В статье рассмотрена разработка методики исследования эрозии металлических материалов при взаимодействии с абразивными частицами в потоке газа. Газоабразивный износ элементов промыслового оборудования в результате выноса механических примесей из пласта – распространенная проблема в нефте- и газодобывающей промышленности, которая является причиной аварийных ситуаций, простоя оборудования, производственных потерь, дорогостоящих ремонтных операций вследствие преждевременного выхода из строя важнейших узлов и элементов промыслового оборудования и ухудшения продуктивных характеристик скважин.
При разработке комплексной модели эрозии важной задачей является определение области применимости и соответствующих выбранной модели эмпирических данных. Предложена методология проведения лабораторных испытаний пар материалов типа абразив - сталь с целью установления степени стойкости ряда сталей к газоабразивному износу, а также выявления наиболее агрессивных условий с точки зрения эрозии. Испытания пар материалов проводилось на специальной лабораторной установке, основной частью которой являлось сопло, направляющее поток воздуха с примесями и установленное напротив жестко закрепленного стального образца. Эксперимент заключался в определении зависимостей потери массы испытываемого материала от скорости полета частиц абразива, их размера, концентрации, угла атаки и массы. Конструкция крепления образца позволяла устанавливать образец под произвольными углами к направлению потока воздуха с примесями. В качестве абразива использовался кварцевый песок разного фракционного состава. Для фиксации скорости частиц использовалась технология скоростной видеосъемки. Исходя из полученных зависимостей, в результате эксперимента получены основные эмпирические параметры, необходимые для дальнейшего математического моделирования: материальная константа и экспонента скорости.
Экспериментальные данные, полученные в результате лабораторных испытаний, планируется использовать в качестве входных параметров при дальнейшей разработке имитационных моделей элементов промыслового оборудования на основе новой методики прогнозирования скорости газоабразивного износа элементов на примере фонтанной арматуры, обвязки скважин и газосборной системы.
Список литературы
1. Обоснование выбора технологий защиты осложненного фонда добывающих скважин / А.Ю. Пресняков, А.М. Хакимов, А.И. Волошин [и др.] // Экспозиция Нефть Газ. – 2017. – № 7 (60). – С. 45–47.
2. Kleis I., Kulu P. Solid Particle Erosion: Occurrence, Prediction and Control. – London: Springer-Verlag London Limited, 2008. – 206 p.
3. Aperador W., Caballero-Gómez J., Delgado A. Erosion Corrosion Evaluation of CrN/AlN Multilayer Coatings, by Varying the Velocity and Impact Angle of the Particle // Int. J. Electrochem. Sci. – 2013. – V. 8. – P. 6709–6721.
4. Erodent Impact Angle and Velocity Effects on Surface Morphology of Mild Steel / M.Y. Naza, N.I. Ismailb, S.A. Sulaimana, S. Shukrullahc // Procedia Engineering. – 2016. – V. 148. – P. 896–901.
5. Investigations on the Corrosion-Enhanced Erosion Behavior of Carbon Steel AISI 1020 / J. Malik, I.H. Toor, W.H. Ahmed [et al.] // Int. J. Electrochem. Sci. – 2014. – V. 9. – P. 6765–6780.
6. Карасик И.И. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира / под ред. В.С. Кершенбаума. – М.: Центр «Наука и техника». – 1993. – 328 с.
7. Effect of particle size on erosion characteristics / V.B. Nguyen, Q.B. Nguyen, Y.W. Zhang [et al.] // Wear. – 2016. – V. 348–349. – P. 126–137. – http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2015.12.003
8. Naim M., Bahadur S. Work hardening in erosion due to single-particle impacts // Wear. – 1984. – V. 98. – P. 15–26.
9. Divakar M., Agarwal V.K., Singh S.N. Effect of the material surface hardness on the erosion of AISI316 // Wear. – 2005. – V. 259. – P. 110–117.
10. Oka Y.I., Yoshida T. Practical Estimation of Erosion Damage Caused by Solid Particle Impact Part 2: Mechanical properties of materials directly associated with erosion damage // Wear. – 2005. – V. 259. – P. 102–109.
11. Finnie I., Stevick G.R., Ridgely J.R. The influence of impingement angle on the erosion of ductile metals by angular abrasive particles // Wear. – 1992. – V. 152. – P. 91–98.
12. Felten F.N. Numerical prediction of solid particle erosion for elbows mounted in series // ASME-FEDSM2014–21172.
13. Ukpai J.I. Erosion-Corrosion Characterisation for Pipeline Materials Using Combined Acoustic Emission and Electrochemical Monitoring: PhD thesis. – The University of Leeds, 2014. – 296 p.
