RU69140U1

RU69140U1 - CASE OF INSTALLATION OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMPS FOR OIL PRODUCTION

Info

Publication number: RU69140U1
Application number: RU2007130537/22U
Authority: RU
Inventors: Лев Христофорович Балдаев
Original assignee: Лев Христофорович Балдаев
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Полезная модель относится к установкам погружных центробежных насосов для добычи нефти, в частности к корпусам их узлов, таких как: электродвигатель, гидрозащита, насос и концевые детали. Корпус узла установки погружных центробежных насосов для добычи нефти выполнен из конструкционной стали с защитным покрытием на его наружной поверхности. Покрытие выполнено посредством напыления порошка, состоящего из смеси металлического порошка с окисью алюминия Аl₂O₃, причем использован металлический порошок следующего химического состава, масс.%: углерод - 1,0÷2,0; молибден - 3,0÷6,0; кремний - 0,5÷1,5; никель - 9÷20; хром - 20÷32; бор - 0,001÷1,0; марганец - 0,0÷1,2; железо - остальное, при этом содержание окиси алюминия Аl₂O₃ составляет от 5 до 50% от общего количества напыляемого порошка. Размер частиц напыляемого порошка составляет от 5 до 63 мкм. Покрытие может быть выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ. Полезная модель позволяет повысить гарантированный ресурс эксплуатации установки.The invention relates to the installation of submersible centrifugal pumps for oil production, in particular to the housings of their units, such as: electric motor, hydraulic protection, pump and end parts. The casing of the submersible centrifugal pump installation unit is made of structural steel with a protective coating on its outer surface. The coating was performed by spraying a powder consisting of a mixture of a metal powder with aluminum oxide Al ₂ O ₃ , and a metal powder of the following chemical composition was used, wt.%: Carbon - 1.0 ÷ 2.0; molybdenum - 3.0 ÷ 6.0; silicon - 0.5 ÷ 1.5; nickel - 9 ÷ 20; chrome - 20 ÷ 32; boron - 0.001 ÷ 1.0; Manganese - 0.0 ÷ 1.2; iron - the rest, while the content of aluminum oxide Al ₂ O ₃ is from 5 to 50% of the total amount of sprayed powder. The particle size of the sprayed powder is from 5 to 63 microns. The coating can be performed by impregnation with a solution of fluorine-containing surfactants. The utility model allows to increase the guaranteed lifetime of the installation.

Description

Полезная модель относится к установкам погружных центробежных насосов для добычи нефти, в частности к корпусам их узлов, таких как: электродвигатель, гидрозащита, насос и концевые детали.The invention relates to the installation of submersible centrifugal pumps for oil production, in particular to the housings of their units, such as: electric motor, hydraulic protection, pump and end parts.

Известен корпус узла установки погружного центробежного насоса для добычи нефти из конструкционной стали с нанесенным на его наружную поверхность покрытием в виде напыленного слоя толщиной 0,05-1,2 мм на основе порошка, включающего в себя железо, хром, никель, молибден, кремний и углерод (Патент РФ на полезную модель №38817, 2004 г.).Known housing unit installation of a submersible centrifugal pump for oil production from structural steel with a coating deposited on its outer surface in the form of a sprayed layer with a thickness of 0.05-1.2 mm based on a powder including iron, chromium, nickel, molybdenum, silicon and carbon (RF Patent for utility model No.38817, 2004).

Недостаточная коррозионная стойкость корпусов узлов установки погружного центробежного насоса значительно снижает ресурс работы установки. Защита корпусов от коррозии путем применения металлических покрытий является наиболее эффективной, однако металлические покрытия должны обладать высокой плотностью, высокой адгезией, высокой коррозионной стойкостью, высокой твердостью и износостойкостью, а также высокой эластичностью. Малейшей несплошности покрытия достаточно, чтобы началась интенсивная коррозия элемента, поэтому важно, чтобы все вышеперечисленные свойства покрытия имели как можно более высокие показатели. Несмотря на то, что известное покрытие обладает высоким уровнем прочностных и коррозионных свойств и является мелкопористым, на практике все же имеет место проникновение агрессивных компонентов среды сквозь поры покрытия и, как следствие, образование подпленочной коррозии.Insufficient corrosion resistance of the housings of the submersible centrifugal pump installation units significantly reduces the service life of the installation. Corrosion protection by applying metal coatings is most effective, however metal coatings should have high density, high adhesion, high corrosion resistance, high hardness and wear resistance, as well as high elasticity. The slightest discontinuity of the coating is enough to begin intensive corrosion of the element, therefore it is important that all of the above properties of the coating have the highest possible performance. Despite the fact that the known coating has a high level of strength and corrosion properties and is finely porous, in practice there is still penetration of aggressive components of the medium through the pores of the coating and, as a result, the formation of sub-film corrosion.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение коррозионной стойкости корпусов узлов установки погружных центробежных насосов для добычи нефти, их износостойкости, повышение эластичности и микротвердости наносимого покрытия и его адгезионных характеристик.The task to which the claimed utility model is directed is to increase the corrosion resistance of the housings of submersible centrifugal pumps for oil production, their wear resistance, increase the elasticity and microhardness of the applied coating and its adhesive characteristics.

Технический результат достигается тем, что в корпусе узла установки погружных центробежных насосов для добычи нефти из конструкционной стали с нанесенным на его наружную поверхность покрытием, покрытие выполнено посредством напыления порошка, состоящего из смеси металлического порошка с окисью алюминия Аl₂О₃, причем использован металлический порошок следующего химического состава, масс.%: углерод - 1,0÷2,0; молибден - 3,0÷6,0; кремний - 0,5÷1,5; никель - 9-20; хром - 20÷32; бор - 0,001÷1,0; марганец - 0,0÷1,2; железо - остальное, при этом содержание окиси алюминия Аl₂О₃ составляет от 5 до 50% от общего количества напыляемого порошка.The technical result is achieved in that in the casing of the installation site of submersible centrifugal pumps for oil extraction from structural steel with a coating applied to its outer surface, the coating is made by spraying a powder consisting of a mixture of metal powder with aluminum oxide Al ₂ O ₃ , and metal powder is used the following chemical composition, wt.%: carbon - 1.0 ÷ 2.0; molybdenum - 3.0 ÷ 6.0; silicon - 0.5 ÷ 1.5; nickel - 9-20; chrome - 20 ÷ 32; boron - 0.001 ÷ 1.0; Manganese - 0.0 ÷ 1.2; iron - the rest, while the content of aluminum oxide Al ₂ About ₃ is from 5 to 50% of the total amount of sprayed powder.

Кроме того, размер частиц напыляемого порошка составляет от 5 до 63 мкм, а само покрытие может быть выполнено с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ.In addition, the particle size of the sprayed powder is from 5 to 63 microns, and the coating itself can be performed by impregnation with a solution of fluorine-containing surface-active substances.

Применение для нанесения покрытия смеси металлического порошка с окисью алюминия (Al₂О₃) обеспечивает в процессе напыления интенсивную бомбардировку напыляемой поверхности, в результате которой с этой поверхности удаляются недостаточно закрепленные на ней частицы покрытия, которые в последствии могут привести к дефектам покрытия, а так же упрочнение поверхности наклепом, что значительно увеличивает адгезионные и когезионные свойства покрытия. Кроме того, частично внедренные при напылении в материал покрытия частицы окиси алюминия (2-5% от общего количества Al₂О₃) способствуют повышению твердости и износостойкости покрытия. При использовании Аl₂О₃ в количестве, большем, чем 50% от общего количества напыляемого порошка, с поверхности начинает удаляться большая часть покрытия, поскольку процесс напыления фактически переходит в режим пескоструйки.The use of a mixture of a metal powder with aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) for coating provides an intensive bombardment of the sprayed surface during the spraying process, as a result of which insufficiently fixed coating particles are removed from this surface, which can subsequently lead to coating defects, and hardening of the surface with hardening, which significantly increases the adhesive and cohesive properties of the coating. In addition, particles of aluminum oxide (2-5% of the total amount of Al ₂ O ₃ ) partially introduced during spraying into the coating material contribute to increasing the hardness and wear resistance of the coating. When using Al ₂ O ₃ in an amount greater than 50% of the total amount of sprayed powder, most of the coating begins to be removed from the surface, since the spraying process actually goes into sandblasting mode.

Использование металлического порошка следующего химического состава, масс.%: углерод - 1,0÷2,0; молибден - 3,0÷6,0; кремний - 0,5÷1,5; никель - 9÷20; хром - 20÷32; бор - 0,001÷1,0; марганец - 0,0÷1,2; железо - остальное, позволяет сформировать на поверхности корпуса защитный слой из The use of metal powder of the following chemical composition, wt.%: Carbon - 1.0 ÷ 2.0; molybdenum - 3.0 ÷ 6.0; silicon - 0.5 ÷ 1.5; nickel - 9 ÷ 20; chrome - 20 ÷ 32; boron - 0.001 ÷ 1.0; Manganese - 0.0 ÷ 1.2; iron - the rest, allows you to form a protective layer of

коррозионностойкого сплава с требуемым уровнем прочностных и коррозионных свойств, обеспечивающий гарантированный ресурс эксплуатации корпусов узлов погружных установок. Предлагаемый состав покрытия обеспечивает защиту при работе в очень агрессивной среде, и, кроме того, обладая высокой твердостью и эластичностью, хорошо противостоит истиранию и растрескиванию при достаточно частых подъемах и спусках погружной установки в скважину. Процентное содержание каждого элемента в покрытии обусловлено необходимостью оптимального обеспечения тех или иных свойств покрытия. Сочетание железа, никеля, хрома и молибдена обеспечивает коррозионную стойкость в условиях солевой среды скважин, а также является хорошей защитой от сероводородной коррозии. Содержание углерода от 1.0 до 2.0% оптимально сточки зрения обеспечения твердости покрытия (при содержании углерода более 2% покрытие становится слишком хрупким). Содержание в покрытии кремния, марганца и бора определяется требуемым уровнем прочностных характеристик, микротвердости и пластичности. Присутствие марганца в покрытии может способствовать увеличению его износостойкости, а кремний и бор, кроме того, что являются компонентами, повышающими микротвердость покрытия, одновременно, за счет образования легкоплавких эвтектик с никелем, снижают температуру плавления и обеспечивают получение плотного безпористого покрытия. При увеличении концентрации в покрытии этих компонентов выше указанных пределов повышается хрупкость покрытия, и, следовательно, снижается его износостойкость.a corrosion-resistant alloy with the required level of strength and corrosion properties, which provides a guaranteed service life of submersible unit bodies. The proposed coating composition provides protection when working in a very aggressive environment, and, in addition, having high hardness and elasticity, it is well resistant to abrasion and cracking with quite frequent ups and downs of the submersible installation into the well. The percentage of each element in the coating is due to the need to optimally ensure certain properties of the coating. The combination of iron, nickel, chromium and molybdenum provides corrosion resistance in the salt environment of wells, and is also a good protection against hydrogen sulfide corrosion. A carbon content of 1.0 to 2.0% is optimal from the point of view of ensuring the hardness of the coating (with a carbon content of more than 2%, the coating becomes too brittle). The content in the coating of silicon, manganese and boron is determined by the required level of strength characteristics, microhardness and ductility. The presence of manganese in the coating can increase its wear resistance, and silicon and boron, in addition to being components that increase the microhardness of the coating, at the same time, due to the formation of fusible eutectics with nickel, reduce the melting temperature and provide a dense non-porous coating. With an increase in the concentration in the coating of these components above the specified limits, the fragility of the coating increases, and, therefore, its wear resistance decreases.

Диапазон частиц порошка напыляемого покрытия выбираются из необходимости обеспечения плотного слоя покрытия с высокими адгезионными свойствами по отношению к основному материалу. При размере частиц менее 5 мкм снижаются адгезионные характеристики и происходит сильное окисление материала, а при размере частиц выше 63 мкм резко повышается пористость покрытия.The range of powder particles of the sprayed coating are selected from the need to provide a dense coating layer with high adhesive properties with respect to the base material. With a particle size of less than 5 μm, the adhesion characteristics decrease and strong oxidation of the material occurs, and with a particle size above 63 μm, the coating porosity sharply increases.

Выполнение покрытия с пропиткой раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ обеспечивает образование на поверхности покрытия тонкой (около 30-50 А) пленки, обладающей высокими гидофобизирующими свойствами и рядом других положительных свойств, в том числе способностью защитить контактирующие поверхности от окисления и истирания.The implementation of the coating impregnated with a solution of fluorine-containing surface-active substances ensures the formation of a thin (about 30-50 A) film on the coating surface with high hydrophobizing properties and a number of other positive properties, including the ability to protect contacting surfaces from oxidation and abrasion.

Установка погружного центробежного насоса, как правило, включает в себя электродвигатель, гидрозащиту, насос и концевые детали.Installation of a submersible centrifugal pump, as a rule, includes an electric motor, hydraulic protection, a pump and end parts.

Корпус узла установки погружного центробежного насоса для добычи нефти (в основном узла, находящегося глубоко в скважине), например корпус электродвигателя, корпус гидрозащиты или корпус насоса выполнен в виде полого цилиндра из конструкционной или низкоуглеродистой стали. На наружную поверхность корпуса нанесен слой износо и коррозионностойкого покрытия на основе порошка сплава, включающего железо, никель, хром, молибден, кремний, бор, марганец и углерод при следующем соотношении компонентов, масс.%; углерод - 1,0÷2,0; молибден - 3,0÷6,0; кремний - 0,5÷1,5; никель - 9÷20; хром - 20÷32; бор - 0,001÷1,0; марганец - 0,0÷1,2; железо - остальное, в смеси с порошком окиси алюминия Al₂О₃ содержание которого от общего количества напыляемого порошка составляет от 5 до 50%.The housing of the submersible centrifugal pump installation unit for oil production (mainly the unit located deep in the well), for example, the motor housing, the hydroprotection housing, or the pump housing is made in the form of a hollow cylinder made of structural or low carbon steel. A layer of wear and corrosion-resistant coating based on an alloy powder including iron, nickel, chromium, molybdenum, silicon, boron, manganese and carbon is applied to the outer surface of the housing in the following ratio of components, wt.%; carbon - 1.0 ÷ 2.0; molybdenum - 3.0 ÷ 6.0; silicon - 0.5 ÷ 1.5; nickel - 9 ÷ 20; chrome - 20 ÷ 32; boron - 0.001 ÷ 1.0; Manganese - 0.0 ÷ 1.2; iron - the rest, mixed with Al ₂ O ₃ alumina powder, whose content of the total amount of sprayed powder is from 5 to 50%.

Толщина слоя покрытия составляет от 0,05 до 1,2 мм. Диапазон размера частиц порошка напыляемого покрытия выбирается из необходимости обеспечения плотного слоя с высокими адгезионными свойствами по отношению к основному материалу. Покрытие нанесено на поверхность корпуса узла установки высокоскоростным газопламенным методом, что способствует снижению его пористости и увеличению коррозионной стойкости.The thickness of the coating layer is from 0.05 to 1.2 mm. The particle size range of the powder of the sprayed coating is selected from the need to provide a dense layer with high adhesive properties with respect to the base material. The coating is applied to the surface of the casing of the installation unit using a high-speed gas-flame method, which helps to reduce its porosity and increase corrosion resistance.

После нанесения на поверхность корпуса покрытие обрабатывается составом, представляющим собой композицию фторсодержащих поверхностно активных веществ в специально подобранных растворителях. Такие растворы применяются с целью придания поверхности коррозионной стойкости, After application to the surface of the body, the coating is treated with a composition that is a composition of fluorine-containing surface-active substances in specially selected solvents. Such solutions are used to give the surface corrosion resistance,

влагозащиты и низкой поверхностной энергии и, как следствие этого повышение износостойкости, и обладают высокой проникающей и смачивающей способностью. Защитная пленка, образованная раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ, прочно сцепляется практически с любыми поверхностями, в том числе металлами.moisture protection and low surface energy and, as a consequence of this increase in wear resistance, and have high penetrating and wetting ability. The protective film formed by a solution of fluorine-containing surfactants adheres firmly to almost any surface, including metals.

При работе установки погружного центробежного насоса в скважине защитный слой покрытия, обработанный раствором фторсодержащих поверхностно активных веществ, предохраняет наружную поверхность корпусов его узлов от коррозии, возникающей в результате взаимодействия с агрессивной средой, а также от абразивного истирания при подъемах и спусках насосного оборудования в скважину, повышая гарантированный ресурс эксплуатации установки.When a submersible centrifugal pump installation is installed in a well, a protective coating layer treated with a solution of fluorine-containing surfactants protects the outer surface of the housings of its units from corrosion resulting from interaction with an aggressive environment, as well as from abrasion during ups and downs of pumping equipment into the well, increasing the guaranteed lifetime of the installation.

Claims

1. The housing of the installation site of submersible centrifugal pumps for oil production from structural steel with a coating deposited on its outer surface, characterized in that the coating is made by spraying a powder consisting of a mixture of a metal powder with aluminum oxide Al ₂ O ₃ , and the metal powder of the following chemical composition, wt.%:

Carbon 1,0 ÷ 2,0 Molybdenum 3.0 ÷ 6.0 Silicon 0.5 ÷ 1.5 Nickel 9 ÷ 20 Chromium 20 ÷ 32 Boron 0.001 ÷ 1.0 Manganese 0,0 ÷ 1,2 Iron Rest

wherein the content of alumina Al ₂ O ₃ is from 5 to 50% of the total amount of sprayed powder.

2. The housing according to claim 1, characterized in that the particle size of the sprayed powder is from 5 to 63 microns.

3. The housing according to claim 2, characterized in that the coating is impregnated with a solution of fluorine-containing surface-active substances.