Трибодинамические аспекты ресурса электропогружных лопастных насосов для добычи нефти

Эксплуатация электропогружных лопастных насосов для добычи нефти сопровождается наличием в пластовой жидкости твердых частиц, коррозионно-активных веществ, асфальтосмолопарафиновых отложений, приводящих к изменению рабочих характеристик и отказам оборудования. Уменьшение ресурса вследствие этого сопровождается увеличением издержек на ремонт и замену оборудования. Основными процессами, негативно влияющими на отказ, являются изнашивание уплотнений рабочих ступеней подшипников скольжения насоса и вибрация, уровень которой может значительно превышать начальный. Разработан стенд и методика испытаний насосных секций на изнашивание в воде с абразивом и одновременной регистрацией вибрационных характеристик. Выявлены две основные формы износа радиальных уплотнений - односторонняя и равномерная. Односторонняя форма износа втулок обусловлена синхронной прецессией вала, равномерная - асинхронной прецессией, а уровень вибрации увеличивается с ростом величины износа. Распределение износа радиальных уплотнений по длине насоса коррелирует с формой упругой линии вала. Износ осевых уплотнений незначительно увеличивает уровень вибрации. При износе изменяется частотный спектр колебаний, возникает частота, которая может служить диагностическим признаком предельного износа насоса. Получена расчетная зависимость виброскорости от величины износа радиальных уплотнений рабочих ступеней, позволяющая прогнозировать наступление отказа функционирования.

The operation of electric submersible vane pumps for oil production is accompanied by the presence of solid particles, corrosive substances, asphalt-resin-paraffin deposits in the reservoir fluid, leading to changes in performance characteristics and equipment failures. The reduction of the resource as a result of this is accompanied by an increase in the costs of repair and replacement of equipment. The main processes that negatively affect the failure are the wear of the seals of the working stages, the pump plain bearings and vibration, the level of which can significantly exceed the initial level. A test bench and methodology for testing pump sections for wear in water with an abrasive and simultaneous registration of vibration characteristics have been developed. Two main forms of wear of radial seals have been identified - one-sided and equal-dimensional. The one-sided form of sleeve wear is caused by synchronous shaft precession, whereas the equal-dimensional one is an asynchronous precession, and the vibration level increases with increasing wear. The wear distribution of radial seals along the length of the pump correlates with the shape of the elastic shaft line. The wear of the axial seals does not significantly increase the vibration level. During wear the frequency spectrum of vibrations changes; there occurs a frequency that can serve as a diagnostic sign of ultimate wear of the pump. The calculated dependence of the vibration velocity on the wear of the radial seals of the working stages is obtained, which makes it possible to predict the onset of a failure of functioning.