Лурье Александр Зямович Заместитель генерального директора по развитию бизнеса ЗАО «Плакарт»

Все способы, применяемые для защиты узлов УЭЦН от коррозии, обладают как преимуществами, так и недостатками. Так, ингибиторы коррозии действуют только в течение определенного периода времени. В свою очередь замена материала узлов и корпусных деталей ЭЦН на более стойкие к коррозии (например, на нержавеющую сталь) материалы представляет собой весьма дорогостоящую операцию, которая к тому же не решает проблему коррозии обсадной колонны и колонны НКТ. Пропитывающие материалы, которые используются при защите покрытия, нанесенного методом электродуговой металлизации (ЭДМ), действуют как теплоизоляция узлов УЭЦН, вызывая перегрев деталей, что неблагоприятно сказывается на работе всей установки.

Сегодня нанесение металлических и протекторных покрытий признано наиболее эффективным методом борьбы с коррозией погружного оборудования, а одно из актуальных направлений его совершенствования связано с оптимизацией состава, структуры и технологии нанесения.

Газотермическое напыление (ГТН) представляет собой процесс нагрева, диспергирования и переноса активированных частиц распыляемого материала газовым потоком с формированием на подложке компактного слоя. Для получения этого покрытия применяются технологии высокоскоростного газопламенного напыления, газопламенного напыления и электродуговой металлизации.

Электродуговая металлизация (ЭДМ), так же как и газопламенное напыление (ГПН) с использованием нержавеющей стали и монели, характеризуется следующими показателями: прочность сцепления – 15-35 МПа, пористость – 5-10%, микротвердость – 150-330 HV. Причем нержавеющая сталь наносится только в России, тогда как на Западе применяются монельные покрытия. Все покрытия, наносимые по технологиям ЭДМ и ГПН, отличаются высокой пористостью и нуждаются в специальной пропитке для закрытия пор.

Высокоскоростное газопламенное напыление (ВГН) подразумевает использование сверхзвукового потока материалов, что позволяет получать покрытия с максимально возможными для газотермических методов адгезионными и когезионными характеристиками. Металлизационные покрытия, применяемые для защиты оборудования от коррозии, делятся на изолирующие и протекторные. Выполняя функцию защиты от коррозии, изолирующие покрытия ограничивают воздействие окружающей среды. Данные покрытия полностью исключают доступ среды к базовому металлу и за счет более высокой стойкости к коррозии не корродируют сами. Как правило, они применяются для борьбы с коррозией в высокоагрессивных средах, в которых присутствуют концентрированные кислоты. Механизм работы протекторных покрытий заключается в том, что они корродируют, защищая основной металл за счет электрохимических процессов.

Изучив большое количество коррозионных повреждений погружного оборудования на разных месторождениях и ремонтных площадках, инженеры ЗАО «Плакарт» пришли к следующим выводам. Во-первых, как протекторная защита металлизированное покрытие не работает.

Во-вторых, любое покрытие, нанесенное на УЭЦН, работает только как изолирующее, и чем выше его твердость и толщина металлизированного антикоррозионного защитного слоя, тем меньше вероятность возникновения проникающего повреждения.

И третий вывод – наличие пропитывающего состава также обеспечивает дополнительную защиту от повреждения и увеличивает срок службы оборудования. На рис. 1 показан типичный пример защитного покрытия, нанесенного на поврежденные узлы УЭЦН методом ЭДМ. Подобное можно наблюдать практически на любой сервисной площадке.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: чем выше твердость защитного антикоррозионного слоя, тем в меньшей степени оборудование подвержено повреждению при спуске в скважину и, соответственно, дальнейшему разрушению и выходу из строя по причине коррозии.

Основные свойства металлизационных покрытий, применяемых для защиты узлов УЭЦН в России, приведены в таблице.

РЕМОНТ ПЭД С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ВГН

Если говорить об экономической эффективности применения технологии ВГН для продления ресурса ремонтных ПЭД, то по данным одного из ведущих российских отраслевых НТЦ стоимость восстановления одной секции двигателя длиной 5 м составляет в среднем порядка 33 тыс. рублей. При средней стоимости закупаемого ПЭД 400 тыс. руб. экономический эффект от применения технологии ВГН для западносибирского предприятия составит 25,7 млн руб. в год (при восстановлении 100 корпусов). Поскольку некорректно сравнивать новый ПЭД и ПЭД  с наработкой, в расчете принят снижающий коэффициент – 0,7.

Работы по защите узлов УЭЦН ЗАО «Плакарт» начаты еще в 2003 году для ОАО «Самаранефтегаз», но несмотря на достижение положительных результатов, они были приостановлены. С 2008 года наша компания предоставляет услуги по защите ремонтных ПЭД для ОАО «Сургутнефтегаз» и ООО «РН-Пурнефтегаз». По итогам работ, проведенных по заказу ООО «РН-Пурнефтегаз», главный инженер совместно с другими специалистами предприятия разместил на сайте Сообщества инженеров-нефтяников (SPE) статью (Analysis of Causes of High-Rate Corrosion Occurring at Electric Motors of Submersible Pumps Исследование причин ускоренной коррозии электродвигателей скважинных насосов в ООО «РН-Пурнефтегаз» и способы ее снижения, SPE-117407), в которой отмечено, что с помощью применения технологии высокоскоростного газопламенного напыления удалось остановить коррозию погружных электродвигателей. На сегодняшний день аналогичные работы проводятся ЗАО «Плакарт» на различных объектах российских нефтедобывающих предприятий.

На рис. 2 показано, как выглядят ремонтные ПЭД, поступающие на антикоррозионную защиту, и в каком виде оборудование возвращается после нанесения защитного покрытия по технологии ВГН.

Отдельно хотелось бы остановиться еще на одном примере. Около четырех лет назад к нам поступила первая партия из 20 двигателей, принадлежавших одному из крупнейших западносибирских нефтедобывающих предприятий: у одного из ПЭД толщина металла корпуса составляла 1 мм. Специалисты нефтяной компании обнаружили это после 200 суток успешной эксплуатации, когда подняли установку для проведения ГТМ. После долгих обсуждений корпус ПЭД снова спустили в скважину, где он успешно работал. После этого случая была разработана методика отбора ПЭД на напыление с указанием минимальной остаточной толщины стенки корпуса, равной 2 мм.

ЗАЩИТА ВТУЛОК И ПЛУНЖЕРОВ

Помимо защиты корпусов УЭЦН от коррозии, технология ВГН может применяться в том числе при изготовлении защитных втулок вала, устанавливаемых в направляющие аппараты и промежуточные подшипники с покрытием из карбидов хрома или вольфрама, а также плунжеров для ГРП и струйной добычи нефти (рис. 3).

Применение втулок не из спеченных материалов, а из стали с напылением по технологии ВГН позволяет экономить средства при их закупке и ремонте оборудования на базах в процессе разборки насосов. По своим характеристикам втулки с напылением практически не уступают втулкам из сплавов ВК8 и ВК10.

Плунжеры с напыленным покрытием по своим свойствам не уступают плунжерам, предлагаемым заводами-производителями оборудования для ГРП и струйной добычи, и в отличие от заводских, поверхность которых упрочнена при помощи технологий поверхостного упрочнения (фосфатирования, азотирования и т.п.), полностью ремонтопригодны.