Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов 

Детали оборудования при работе подвергается статическим и динамическим нагрузкам, интенсивному изнашиванию и коррозии. Детали работают в абразивных и коррозионных средах при высоких температурах  (-50° …+50° С).

По мере углубления скважин температура на забое возрастает и основные детали бурового инструмента работают при температуре 200-300° С.

Указанные условия эксплуатации приводят к преждевременному выходу из строя основных деталей бурового и нефтегазопромыслового оборудования и инструмента.

Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин в экс­плуатации позволяют выделить пять основных видов разрушения деталей:

1)   деформацию и изломы (хрупкий излом, вязкий излом, остаточная деформация,  усталостный излом,  контактные усталостные по­вреждения);

2)   механический износ (истирание металлических пар, абразив­ный износ);

3)   эрозионно-кавитационные повреждения  (жидкостная  эрозия, кавитация, газовая эрозия);

4)   коррозионные  повреждения   (атмосферная   коррозия,   коррозия  в  электролитах,  газовая коррозия);

5)   коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость,  коррозионное растрескивание,  коррозия при трении).

Деформация и изломы возникают при чрезмерном увеличении напряжений в материале детали, превосходящих предел текучести или предел прочности. Деформация материала сопровождается изме­нением формы и размеров детали.

Механический износ проявляется в результате взаимодействия трущихся пар. В зависимости от характера смазки различают три основных вида трения:

1.   Жидкостное трение - трущиеся поверхности тел совершенно отделены друг от друга слоем смазки.

2.   Трение при неполной или несовершенной смазке — трущиеся поверхности частично соприкасаются своими выступами;  этот вид трения разделяется на три подвида;

а) полужидкостное трение, когда слой смазки недостаточно толст и происходит частичное сухое (твердое) трение;

6)  полусухое трение, когда происходит трение твердых поверхностей, на которых имеется некоторое количество смазки;

в) граничное, или молекулярное, трение, когда геометрическая ферма трущихся тел правильная, а обработка поверхностей весьма чистая, в результате чего между трущимися поверхностями обра­зуется молекулярная пленка смазки.

3. Сухое трение — трение металлических поверхностей без смазки.

Наименьший износ трущихся пар, очевидно, наблюдается при жидкостном трении. Износ сопряжений, работающих в условиях жидкостного трения, происходит при пуске машин, перегрузках и применении несоответствующей смазки.

По условиям жидкостного трения рассчитываются подшипники скольжения валов, имеющих большие скорости вращения. Абразив­ный износ проявляется в подвижных сопряжениях вследствие цара­пающего и режущего действия твердых абразивных частиц. В ре­зультате абразивного износа происходит весьма интенсивное разру­шение деталей машин.

Эрозионно-кавитационные повреждения деталей машин и обору­дования возникают при действии на металл потоков жидкости или газа, движущихся с большой скоростью. С увеличением твердости поверхности интенсивность разрушения резко снижается.

Коррозия металлов и сплавов представляет собой процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического воздей­ствия внешней среды.

Коррозионные повреждения имеют следующие основные особен­ности:

разрушение металла всегда начинается с поверхности;

внешний вид детали, как правило, меняется;

в результате коррозии металл обычно превращается в окислы или гидраты окислов.

По характеру внешней среды коррозия разделяется на три основ­ных вида: атмосферную, газовую и коррозию в электролитах.

Коррозионно-механические повреждения — это такие поврежде­ния, которые возникают под влиянием коррозии и механических факторов (напряжений, деформаций, трения и др.). Наиболее ти­пичными являются коррозионная усталость, коррозионное растре­скивание и коррозия при трении.

Коррозионная усталость представляет собой процесс разрушения металлов и сплавов при одновременном действии коррозионной среды и циклических напряжений. Вследствие коррозии на поверхности детали может возникнуть микроскопический питтинг, вокруг кото­рого концентрируются напряжения, являющиеся причиной образо­вания  сетки микротрещин.

Трещины коррозионной усталости, подвергаясь воздействию кор­розионной среды, развиваются более интенсивно.

Для повышения долговечности деталей, машин, работающих в условиях коррозионной усталости, необходимо по возможности тщательно изолировать рабочую поверхность детали от коррозион­ной среды, снижать величину и цикличность напряжений, действу­ющих в поверхностных волокнах металла.

Рисунок 1 График износа трущейся пары

Наиболее распространен механический износ. В работе каждой трущейся пары более или менее четко выделяются три периода:

1) приработка, период естественного износа и аварийный износ (рис.1) Повышение величины износа в период приработки (участок ОА) объясняется сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до достижения стабильной шероховатости и постоянной площади контакта. Весьма важно соблюдать нормальные условия приработки, так как это позволяет предотвратить преждевременный выход оборудования из строя.

2) естественный износ (участку АБ), который характеризуется приблизительно постоянной скоростью изнашивания.

3) Третий период (участок за точкой Б) характе­ризуется быстрым износом, увеличением зазора в сопряжении, что приводит к ударам при работе деталей и вызывает повышенные пластические деформации материала. Эта зона износа называется ава­рийной, а износ, соответствующий на
графике точке Б, носит название предельного. Если деталь достигла предельного износа, то она должна быть немедленно заменена новой или восстановлена.  

В отличие от предельного износа в ремонтной практике различают допустимый износ, при котором де­таль может быть оставлена в маши­не, если ее предельный износ насту­пит не раньше следующего ремонта. Существует и выбраковочный износ, который определяют полную непригодность детали к работе и вос­становлению. Это относится к деталям, которые работали в зоне аварийного износа.

Нельзя доводить оборудование до аварийного износа. Его сле­дует остановить до того, как износ становится предельным. Этого можно добиться только путем строгого соблюдения графиков про­филактических осмотров и ремонтов, в процессе которых получают наиболее достоверные данные о величине износа.