СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ КОЛЕС ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
COMPOSITION FOR MAKING ROTOR WHEELS OF ELECTRIC SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMPS

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к рецептуре составов для изготовления рабочих колес погружного насоса, предназначенного для перекачки текучих сред в нефтяных и газовых скважинах, в нефтепромысловых транспортных системах и установках для подготовки нефти и газа, преимущественно для перекачки вязких водонефтяных смесей с высоким содержанием сероводорода.
Известен состав для изготовления рабочих ступеней (рабочих колес) погружного насоса из пластмассы (Патент РФ №2220327). Однако рабочие колеса, выполненные из указанных пластмасс, не обладают достаточной механической прочностью, термостойкостью и, как следствие, недостаточно высоким сроком службы.
Также известен состав пластмассы для изготовления рабочих колес погружных насосов (Патент РФ №2274769), содержащий следующие компоненты, %:
Стеклонаполнитель
10-50
Минеральное вещество
До 15
Фторопласт
До 10
Дисульфид молибдена
До 20
Графит
До 20
Термопластичный материал
Остальное
Недостатками указанного состава являются следующие:
- многокомпонентность, что усложняет состав;
- невысокая температуростойкость лишь до 100°С, что ограничивает область применения изделий из указанной композиции;
- низкая химическая стойкость в концентрированных кислотах и щелочах, что не позволяет использовать рабочее колесо в составе насоса для химических предприятий;
- высокая стоимость изделий за счет применения дорогостоящих компонентов (в частности, фторопласта).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является композиционный материал, известный из патента РФ №2255097, содержащий композицию на основе эпоксивинилэфирной смолы ЭВС-9133 и армирующего наполнителя - дискретного базальтового волокна.
Однако рабочие колеса, изготовленные из указанного композиционного материала, характеризуются недостаточными износостойкими свойствами, в частности, как при работе в жидкой абразивной среде, так и при работе в режиме сухого трения с абразивной средой.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении степени износостойкости изделий, изготовленных из заявляемого состава, как в жидкой среде, содержащей абразивный материал, так и в режиме сухого трения, при одновременном снижении вероятности солеотложений на поверхности изделий.
Указанный технический результат достигается предлагаемым составом для изготовления рабочих колес погружного электроцентробежного насоса, включающим смесь из связующего - эпоксивинилэфирной смолы ЭВС-9133 и из наполнителя - дискретного базальтового волокна, при этом согласно изобретению в качестве наполнителя состав содержит дискретное базальтовое волокно с диаметром волокон 9-12 мкм и длиной до 1000 мкм, при его концентрации в смеси 30-70 мас.%.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря введению в заявляемый состав в качестве наполнителя дискретного базальтового волокна с заявленными параметрами происходит, прежде всего, улучшение эксплуатационных механических характеристик материала, в частности - повышение стойкости к гидроабразивному износу и износу сухим трением. Использование дискретного базальтового волокна с другими параметрами (с диаметром волокон больше 12 мкм или меньше 9 мкм и другой длиной) не обеспечивает получение изделий с высокой износостойкостью. Это, вероятно, объясняется тем, что базальтовые волокна наполнителя именно с таким соотношением диаметра и длины хорошо смешиваются со связующим и плотно укладываются в его структуру.
Отвержденный состав, содержащий базальтовые волокна с диаметром менее 9 мкм, по-видимому, имеет некоторые межмолекулярные пустоты в материале, в результате чего не будет обеспечиваться однородность и равнопрочность материала. Как следствие - снижение механических характеристик материала к истиранию, особенно в сухом режиме.
Состав же с базальтовыми волокнами с диаметром более 12 мкм и длиной более 1000 мкм также отличается от однородного, т.к. грубые волокна таких размеров невозможно равномерно распределить по объему материала, что негативно влияет на механический характер материала.
Предлагаемый состав был испытан в лабораторных и промысловых условиях.
Для его приготовления были использованы следующие вещества:
- эпоксивинилэфирная смола марки ЭВС-9133 по ТУ 05758799-044-99,
- дискретное базальтовое волокно с диаметром волокон 9-12 мкм и длиной до 1000 мкм по ТУ 5769-007-80104765-2009 производства ООО НПО «Вулкан» г.Пермь;
- рубленное базальтовое волокно с диаметром волокон 12-21 мкм длиной до 1000 мкм по ТУ 5769-005-80104765-2009 производства ООО НПО «вулкан» г.Пермь;
- дискретное базальтовое волокно с диаметром волокон 3-7 мкм по ТУ 6-48-142-97, производства компании ООО «ЭМПРО» г.Москва;
- непрерывное базальтовое волокно с диаметром волокон 3-10 мкм (Маты) производства ООО «Базальтовые технологии» г.Тула.
Заявляемый состав готовили следующим образом. При комнатной температуре в мешалку барабанного типа загружали 35 кг смолы марки ЭВС-9133 и далее вводили 65 кг базальтового волокна с диаметром волокон 9-12 мкм и длиной до 1000 мкм. Смесь тщательно перемешивали в течение 6 ч. Получили предлагаемый состав со следующим содержанием компонентов, мас.%: эпоксивинилэфирная смола марки ЭВС-9133 - 35; указанное базальтовое волокно - 65.
Составы с другим соотношением компонентов готовили аналогичным образом.
Рабочие колеса из предлагаемого состава готовили с использованием специальных пресс-форм путем размещения в последних приготовленного вышеуказанным способом состава и последующего горячего прессования при температуре 150-200°С. Затем производили доподготовку поверхности рабочего колеса путем механического шлифования.
В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства отвержденного предлагаемого состава:
- термостойкость путем определения температуры размягчения образцов по методике ГОСТ 15088;
2+
2+
-
3
- стойкость к солеотложениям по методике, приведенной в монографии В.Е.Кащавцева «Солеобразование при добыче нефти» (М.: Орбита-М, 2004) - путем выдерживания образцов с последующим определением изменения веса в модели пластовой воды с повышенным содержанием солеобразующих ионов (Са, Mg и HCO ) в течение 720 ч;
- стойкость к гидроабразивному износу по изменению веса образцов после испытаний в динамических условиях в установке барабанного типа в водном растворе, содержащем в качестве абразивного материала кварцевый песок с размером частиц 0,30-0,40 мм и концентрацией 2 г/л. Время испытаний - 2 ч, частота вращения шпинделя - 2000 об/мин;
- стойкость к износу сухим трением по изменению веса образцов после испытаний по методике ГОСТ 20811 на машине типа МИВОВ-2 в течение 10 циклов.
Для сравнения готовили составы с различными базальтовыми волокнами, которые также подвергали испытаниям.
Данные, полученные в ходе лабораторных испытаний, приведены в таблице.
Данные, полученные в ходе испытаний, показывают, что рабочие колеса, изготовленные с использованием предлагаемого состава, имеют следующие преимущества перед параметрами рабочих колес, изготовленных с использованием базальтовых волокон с другими характеристиками:
- стойкость к гидроабразивному износу выше не менее чем в 3 раза;
- стойкость к износу сухим трением выше в 1,3-6,8 раз;
- полное отсутствие солеотложений на поверхности;
- высокая химическая стойкость в агрессивных средах нефтедобычи.
Рабочие колеса, изготовленные из предлагаемого состава, были испытаны в составе погружного электроцентробежного насоса ЭЦН 60/1700, спущенного в добывающую нефтяную скважину Ольховского месторождения в течение 120 сут. После подъема указанных насосов на дневную поверхность и их разбора были извлечены рабочие колеса, изготовленные из предлагаемого состава, визуальный осмотр которых показал следующее: поверхность дисков, лопатки рабочих колес - гладкие, без следов износа и без деформаций, солеотложения отсутствуют.
Таблица
№
Исследуемый состав
Характеристики отвержденного исследуемого состава
Термостой-кость (Т<sub>тд</sub>)
Стойкость к солеотложениям, кг/м<sup>2</sup> за 720 ч
Стойкость к гидроабразивному износу, г/м<sup>2</sup> на 1000 м пути
Стойкость к износу в режиме «сухого» трения, г/м<sup>2</sup> на 1000 м пути
Для предлагаемого состава
ЭВС-9133+БВ (9-12 мкм; до 1000 мкм) (70:30) мас.%
460
Без осадка
0.01
0.100
ЭВС-9133+БВ (9-12 мкм; до 1000 мкм) (50:50) мас.%
500
Без осадка
0.005
0.060
ЭВС-9133+БВ (9-12 мкм; до 1000 мкм) (30:70) мас.%
530
Без осадка
0.002
0.010
Для составов с разными БВ
ЭВС-9133+БВ (дискретное 3-7 мкм) (50:50) мас.%
320
Без осадка
0,055
0,680
ЭВС-9133+БВ (3-10 мкм, непрерывное) (30:70) мас.%
360
Без осадка
0,034
0,240
ЭВС-9133+БВ (12-21 мкм, рубленное до 1000 мкм) (50:50)
390
Пленка СаСО<sub>3</sub>
0,01
0,130
ЭВС-9133+БВ (12-21 мкм рубленное до 1000 мкм) (30:70)
390
Отложения на поверхности
0,01
0,290
Примечание: 1. БВ - базальтовое волокно; ЭВС-9311 - эпоксивинилэфирная смола.2. Коррозионная стойкость в H<sub>2</sub>S-МПВ, мм/год; Коррозионная стойкость в 20%-ной HCl, мм/год и Коррозионная стойкость в 10%-ном NaOH, мм/год у всех составов высокая.