ОПОРНАЯ ШАЙБА РАБОЧЕГО КОЛЕСА МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности и насосостроению, а именно к конструкциям рабочих колес многоступенчатых центробежных насосов, предназначенных для эксплуатации в сложных условиях, и может быть использовано, в частности, при изготовлении скважинных электроцентробежных насосов для добычи нефти в коррозионно-износостойком исполнении.
Известна опорная шайба рабочего колеса многоступенчатого погружного центробежного насоса для добычи нефти, описанная в патенте RU 2215206 С1, 2003.10.27, выполненная из композиционного материала типа карбонит, представляющего собой монолитную волокнисто-ячеистую структуру, состоящую из термореактивного полимерного связующего, нескольких слоев синтетического полотна ("оксалон") и антифрикционного наполнителя (порошок дисульфида молибдена или графит и т.п.).
Описанная опорная шайба обладает повышенной тепло- и износостойкостью по сравнению со стандартными текстолитовыми шайбами, однако основным ее недостатком является склонность к разбуханию в среде пластовой жидкости вследствие достаточно высокого влагопоглощения материала опорной шайбы (влагопоглощение карбонита около 2%), что приводит к ускоренному
износу опорной шайбы и ухудшению условий работы узла трения.
Известна опорная шайба рабочего колеса многоступенчатого погружного центробежного насоса для добычи нефти (см. RU 2274774 С2, 2006.04.20), выполненная из полимерного материала на основе полиамида с наполнителем из стекловолокна, минеральных веществ (мел, слюда, тальк, диоксид кремния), фторопласта, а также дисульфида молибдена или графита, который имеет значительные преимущества в отношении скорости износа, водопоглощения и теплостойкости по сравнению с опорными шайбами из карбонита и текстолита.
Основными недостатками аналога является относительно высокая стоимость опорной шайбы, а также возможность повреждения поверхности ответной детали частицами мехпримесей, задерживающимися на поверхности опорной шайбы, твердость поверхности которой существенно выше твердости карбонитовой или текстолитовой шайбы.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков (прототипом) является опорная шайба рабочего колеса многоступенчатого погружного центробежного насоса для добычи нефти, описанная в патенте RU 63003 U1, которая включает в себя металлический кольцевой несущий элемент, предназначенный для размещения в соответствующем кольцевом пазу рабочего колеса, пористый слой, образованный частицами порошка оловянистой или оловянисто-цинковой бронзы, припеченными к соответствующей поверхности несущего элемента, и наружный слой, сформированный из
антифрикционного композиционного материала на полимерной основе (политетрафторэтилен, полиэфир-эфир-кетон и т.п.), нанесенный на пористый слой.
Основным недостатком прототипа также является высокая вероятность повреждения поверхности трения направляющего аппарата частицами мех-примесей, задерживающимися на поверхности опорной шайбы вследствие высокой твердости несущего элемента шайбы при относительно малой толщине пористого и наружного слоев.
Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в разработке конструкции опорной шайбы рабочего колеса скважинного электроцентробежного насоса в коррозионно-износостойком исполнении.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, заключается в повышении надежности и долговечности центробежного насоса для добычи нефти при работе в сложных условиях за счет повышения триботехнических характеристик узла трения рабочего колеса, стойкости опорной шайбы к коррозии, солеотложениям и разбуханию в среде пластовой жидкости без увеличения ее твердости, а также без повышения требований к материалу опорной шайбы.
Опорная шайба рабочего колеса многоступенчатого погружного центробежного насоса для добычи нефти, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, включает в себя кольцевой несущий элемент с покрытием из полимерного антифрикционного материала. При этом в отличии от прототипа покрытие нанесено на все поверхности несущего
элемента в виде непрерывного слоя, обеспечивающего защиту поверхностей несущего элемента от доступа пластовой жидкости, при этом несущий элемент выполнен из полимерного материала, твердость поверхности которого меньше твердости поверхности материала рабочего колеса.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели покрытие выполнено из материала, обеспечивающего защиту поверхностей несущего элемента от коррозии и солеотложений.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели покрытие выполнено из полимерного материала на основе полиэфир-эфир-кетона.
При этом несущий элемент выполнен из термостойкого материала на основе полиимида.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели покрытие выполнено из материала на основе фторполимера.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели фторполимер представляет собой полифениленсульфид.
При этом несущий элемент выполнен из материала на основе карбонита.
Защитное покрытие, изолирующее опорную шайбу от перекачиваемой жидкости, препятствует влагопоглощению и разбуханию материала опорной шайбы (например, влагопоглощение используемого в качестве покрытия материала на основе полиэфир-эфир-кетона составляет около 0,06%).
Хорошие трибологические свойства материала покрытия, в качестве которого используется антифрикционный (подшипниковый) материал, позволяют уменьшить трение в местах контакта с опорами аппарата
направляющего, а следовательно, уменьшить нагрев и увеличить срок службы шайб. Покрытие позволяет предотвратить солеотложения на поверхности шайб, которые также имеют абразивные свойства. Кроме того, при нанесении покрытия на карбонитовую или аналогичную ей шайбу, имеющую волокнисто-ячеистую структуру, сохраняется свойство шайбы поглощать абразивные частицы при их попадании в зону контакта шайбы и опоры направляющего аппарата.
Таким образом, наличие защитного покрытия обеспечивает высокие антифрикционные свойства и износостойкость шайбы, а также стойкость к коррозии, отложениям и разбуханию в среде пластовой жидкости, что обеспечивается не свойствами материала шайбы, а свойствами покрытия. Это позволяет использовать в качестве несущего элемента относительно недорогие серийные карбонитовые и даже текстолитовые шайбы, а в случае применения покрытия из материала на основе полиэфир-эфир-кетона, который наносится при высоких температурах, несущий элемент должен быть выполнен из термостойкого полимерного материала, например, на основе полиимидов.
Опорная шайба предназначена для использования предпочтительно в высокодебитных ЭЦН, так как в этом случае нет необходимости покрывать рабочее колесо целиком, при этом кольцевого паза под шайбу в дисках рабочего колеса необходимо делать с учетом толщины защитного покрытия, что не сопряжено с существенными конструктивными проблемами для рабочих колес высокодебитных насосов.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной
приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием конструкции рабочего колеса скважинного многоступенчатого центробежного насоса для добычи нефти с опорными шайбами, выполненными в соответствии с заявленной полезной моделью, сопровождаемым графическими материалами, на которых изображено следующее:
На Фиг.1 изображено рабочее колесо в сборе с опорными шайбами.
На Фиг.2 изображен увеличенный в масштабе 5:1 фрагмент А на Фиг.1.
Рабочее колесо 1 скважинного многоступенчатого центробежного насоса для добычи нефти включает в себя ступицу 2, ведущий 3 и ведомый 4 диски, а также размещенные между ними лопасти 5. Диски 3 и 4 выполнены с кольцевыми пазами 9, в которые запрессованы опорные шайбы 6.
Опорная шайба 6 состоит из кольцевого несущего элемента 7, предназначенного для закрепления в кольцевом пазу рабочего колеса, и покрытия 8, образованного полимерным антифрикционным материалом, нанесенным методом распыления или трибостатическим методом на поверхность несущего элемента в виде непрерывного слоя, обеспечивающего защиту несущего элемента от доступа пластовой жидкости.
Несущий элемент выполнен из композиционного материала типа карбонит (см., в частности, патент RU 2215206 С1, 2003.10.27). В качестве покрытия используют полимерный антифрикционный материал, обеспечивающий защиту поверхности несущего элемента от коррозии и солеотложений. Например, фторполимерый материал на основе полифениленсульфида (ПФС или PPS), известный под торговой маркой Фортран и др. Это покрытие
обеспечивает эффективную защиту от солеотложений и коррозии, оно хорошо подходит для эксплуатации в скважинах с низким абразивом, но высокими солеотложениями. Может быть использовано также покрытие из материала на основе полиэфир-эфир-кетона (PEEK или ПЭЭК), например, продаваемого под маркой Ketron HPV, максимальная температура эксплуатации которого существенно выше чем у фторполимеров, кроме того это покрытие отличается повышенными антифрикционными свойствами и износостойкостью, и предназначено для наиболее тяжелых условий эксплуатации. При использовании покрытия на основе ПЭЭК несущий элемент опорной шайбы должен быть выполнен из термостойкого материал, например на основе полиимида, так как это покрытие наносится при температуре около 400°С.