Оценка изменения абразивности частиц механических примесей, содержащихся в жидкостях, перекачиваемых установками скважинных насосов

Приведены общие сведения о конструктивном устройстве водопонижающих скважин карьеров. Показано, что данные скважины оснащаются, главным образом, установками погружных электроцентробежных насосов, время наработки которых определяется интенсивностью гидроабразивного изнашивания рабочих ступеней. Таким образом, выявление и изучение неявных особенностей процесса гидроабразивного изнашивания узлов электроцентробежных насосов, а также обоснование технических решений, направленных на повышение времени наработки на отказ погружных насосов, перекачивающих гидроабразивные смеси, представляет научный и практический интерес. Описаны методика и стенд для проведения ускоренных ресурсных испытаний направляющих аппаратов, рабочих колес и межступенчатых уплотнений электроцентробежных насосов, предназначенных для эксплуатации в водопонижающих скважинах карьеров и разрезов в условиях высокой концентрации твердых абразивных частиц в откачиваемой жидкости. Показано, что основными факторами, влияющими на интенсивность гидроабразивного изнашивания рабочих ступеней, являются твердость, крупность и форма абразивных частиц, концентрация механических примесей в откачиваемой жидкости, режим работы погружного электроцентробежного насоса. Для снижения интенсивности гидроабразивного изнашивания узлов рабочих ступеней авторами предлагается в состав установки электроцентробежного насоса включить предвключенное входное устройство — самоочищающийся щелевой фильтр оригинальной конструкции, а также удлинитель колонны насосно-компрессорных труб.

Шишлянников Д. И., Коротков Ю. Г., Иванченко А. А., Дремина Д. И., Картавцев В. К. Оценка изменения абразивности частиц механических примесей, содержащихся в жидкостях, перекачиваемых установками скважинных насосов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 7. – С. 125–141. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2024_7_0_125.

Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0005).

Шишлянников Дмитрий Игоревич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: dish844@gmail.com,
Коротков Юрий Григорьевич¹ — аспирант, e-mail: korotkov1197@mail.ru,
Иванченко Анна Анатольевна¹ — старший преподаватель, e-mail: anna_ivanchenko94@mail.ru,
Дремина Дарья Игоревна¹ — ассистент, e-mail: dreminadi9@gmail.com,
Картавцев Вадим Кириллович¹ — ассистент, e-mail: vadk10@yandex.ru,
¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Дремина Д.И., e-mail: dreminadi9@gmail.com.

1. Alexandrov V., Trufanova I. The Kachkanarsky MCC iron ore processing tailings slurry hydraulic transport parameters / International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 2019, vol. TS 19, pp. 57—65.

2. Koteleva N., Frenkel I. Digital processing of seismic data from open-pit mining blasts // Applied Sciences (Switzerland). 2021, vol. 11, no. 1, article 383. DOI: 10.3390/app11010383.

3. Gülich J. F. Centrifugal pumps. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2014, 1146 p.

4. Haiwen Zhu, Jianjun Zhu, Risa Rutter, Jiecheng Zhang, Hong-Quan Zhang Sand erosion model prediction, selection and comparison for electrical submersible pump (ESP) using CFDmethod / Proceedings of the ASME, 5th Joint US-European Fluids Engineering Summer Conference FEDSM-2018, Montreal, Quebec, Canada. 2018, pp. 101—108.

5. Morrison G., Yi Chen, Steck D., Yiming Chen, Changrui Bai, Abhay Patil Effect of gas presence on erosive wear of split-vane electrical submersible pump / Texas A&M University, College Station, TX 46th Turbomachinery & 33rd pump symposia. Houston, Texas. 2017, pp. 80—86.

6. Korzhev A. A., Bolshunova O. M., Voytyuk I. N., Vatlina A. M. Mathematical simulation of transient operation modes of an electric drive of a centrifugal pump for a slurry pipeline / Scientific Conference on Energy, Environmental and Construction Engineering-2019. 2019, vol. 140. DOI: 10.1051/ e3sconf/201914004012.

7. Shabalov M. Yu., Zhukovskiy Yu. L., Buldysko A. D., Gil B., Starshaia V. V. The influence of technological changes in energy efficiency on the infrastructure deterioration in the energy sector // Energy Reports. 2019, vol. 7, pp. 2664—2680. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.05.001.

8. Giro R. A., Bernasconi G., Giunta G., Cesari S. A data-driven pipeline pressure procedure for remote monitoring of centrifugal pumps // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 205, article 108845. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108845.

9. Costa E. A., de Abreu O. S. L., Silva T. D. O., Ribeiro M. P., Schnitman L. A Bayesian approach to the dynamic modeling of ESP-lifted oil well systems: An experimental validation on an ESP prototype // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 205, article 108880. DOI: 10.1016/j. petrol.2021.108880.

10. Zhu H., Zhu J., Lin Z., Zhao Q., Rutter R., Zhang H.-Q. Performance degradation and wearing of Electrical Submersible Pump (ESP) with gas-liquid-solid flow: Experiments and mechanistic modeling // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 200, article 108399. DOI: 10.1016/j. petrol.2021.108399.

11. Iakovleva E. V., Sychev Yu. A. The complex system of power quality control and improvement for minimization of deleterious effect on environment in conditions of oil production enterprises // Journal of Ecological Engineering. 2017, vol. 18, no. 3, pp. 43—47. DOI: 10. 12911/22998993/69356.

12. Filatova I., Nikolaichuk L., Zakaev D., Ilin I. Public-private partnership as a tool of sustainable development in the oil-refining sector: Russian case // Sustainability (Switzerland). 2021, vol. 13, no. 9, article 5153. DOI: 10.3390/su13095153.

13. Zhukovskiy Y. L., Batueva D. E., Buldysko A. D., Gil B., Starshaia V. V. Fossil energy in the framework of sustainable development: analysis of prospects and development of forecast scenarios // Energies. 2021, vol. 14, article 5268. DOI: 10.3390/en14175268.

14. Vasilyev V. E., Kholmskiy A. V., Sankovsky A. A. Determination of main vertical ore-lift shaft location in two planes // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 194, no. 8, article 082043. DOI: 10.1088/1755-1315/194/8/082043.

15. Bolobov V., Chupin S., Bochkov V. About increasing wear resistance of rock-breaking tool to abrasion by using mechanical and thermo-mechanical treatment // International Review of Mechanical Engineering. 2017, vol. 15, no. 11, pp. 301—304. DOI: 10.15866/ireme.v11i5.11581.

16. Островский В. Г., Пещеренко С. Н. Стендовое моделирование коррозионно-абразивного разрушения направляющих аппаратов нефтяных насосов // Научные исследования и инновации. — 2010. — Т. 4. — № 1. — С. 86—88.

17. Островский В. Г., Зверев В. Ю. Стенд для испытания ступеней электроцентробежных насосов нефтяных промыслов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2017. — № 7. — С. 102—106.

18. Perissinotto R., Monte Verde W., Biazussi J. L., Bulgarelli N. A. V., Fonseca W. D. P., de Castro M. S., Franklin E., Bannwart A. C. Flow visualization in centrifugal pumps. A review of methods and experimental studies // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 203, article 108582. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108582.

19. Chang L., Yang C.-Y., Zhang X.-M., Xu Q., Guo L.-J. Experimental study on pressurization property of three-stage centrifugal multiphase pump on gas-liquid two-phase flow conditions // Journal of Engineering Thermophysics. 2021, vol. 42, no. 5, pp. 1233—1237.

20. Bulgarelli N. A. V., Biazussi J. L., Monte Verde W., Perles C. E., de Castro M. S., Bannwart A. C. Experimental investigation on the performance of Electrical Submersible Pump (ESP) operating with unstable water/oil emulsions. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 197, article 107900. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107900.

21. Boikov A., Savelev R., Payor V., Potapov A. Universal approach for dem parameters calibration of bulk materials // Symmetry. 2021, vol. 13, no. 6. DOI: 10.3390/sym13061088.

22. Островский В. Г., Пещеренко М. П. Влияние утечек на рабочие характеристики и надежность нефтяных насосов // Научные исследования и инновации. — 2011. — Т. 5. — № 2. — С. 171—176.

23. Vasilyeva M. A. Equipment for generating running magnetic fields for peristaltic transport of heavy oil / 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, Proceedings. 2017, 8076356.

24. Vasilyeva M. A. Modeling of wave processes when the heterogeneous flow is moving in a low-frequency magnetic peristaltic pump of pulsating type // Vibroengineering Procedia. 2019, no. 25, pp. 111—115. DOI: 10.21595/vp.2019.20751.

25. Alexandrov V. I., Vasilyeva M. A. Express-diagnosis of the technical state slurry pumps in systems hydrotransport processing tails of ore / Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects: 11th conference of the Russian-German Raw Materials, 2018. 2019, pp. 273—282.

26. Яковлев А. Л., Савенок О. В. Анализ эффективности применяемого оборудования и возможных причин отказа при интенсификации добычи нефти на месторождениях Краснодарского края // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 5. — С. 149—163.

27. Лыкова Н. А. Защита УЭЦН от засорения: комплексный подход // Инженерная практика. — 2016. — № 4. — С. 44—50.

28. Лыкова Н. А. Оборудование для работы УЭЦН в условиях интенсивного выноса механических примесей // Инженерная практика. — 2017. — № 3. — С. 58—62.

29. Закатов О. П., Бархатов С. П., Устинова Я. В., Семенов А. С. Перспективы использования буровой установки БУ 1500/900 ДЭР для сверхглубокого бурения // Заметки ученого. — 2021. — № 10. — С. 290—293.

30. Овчинников Н. П., Портнягина В. В., Дамбуев Б. И. Установление предельного технического состояния пульпового насоса без разборки // Записки Горного института. — 2020. — T. 241. — С. 53. DOI: 10.31897/pmi.2020.1.53.

31. Васильева М. А., Пушкарев А. Е. Разработка методологии оценки технического уровня проектируемого насосного оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № S7. — С. 26—38. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_4_7_26.

32. Сафрончук К. А., Князькина В. И., Иванов С. Л. Оценка параметров механизма масляного насоса с зубчато-эксцентриковым преобразователем движения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № S33. — С. 3—11. DOI: 10.25018/02361493-2020-10-33-3-11.

33. Шишлянников Д. И., Дремина Д. И., Картавцев В. К., Коротков Ю. Г. Патент RU 2811050 С1 МПК E21B 17/07 (2006.01). Удлинитель колонны насосно-компрессорных труб. № 2023107251; заявл. 27.03.2023; опубл. 10.01.2024, Бюл. №1. — 12 с.

34. Шишлянников Д. И., Картавцев В. К., Коротков Ю. Г., Иванченко А. А., Южаков Н. С. Патент RU 2807658 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01). Щелевой фильтр. № 2023118200 заявл. 11.07.2023 опубл., 21.11.2023, Бюл. № 33. — 11 с.

35. Данченко Ю. В. Патент RU 2559973 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01). Скважинный расширяющийся фильтр. № 2014124149; заявл. 11.06.2014; опубл. 20.08.2015. Бюл. № 23. — 6 с.

36. Данченко Ю. В., Дорогокупец Г. Л., Иванов О. Е., Кулаков С. В. Патент RU 2289680 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01). Скважинный расширяющийся фильтр. № 2005125165; заявл. 11.06.2005; опубл. 20.12.2006. Бюл. № 35. — 5 с.

37. Данченко Ю. В., Закревская Е. А., Калан А. Л., Пошвин Е. В. Патент RU 2456054 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01). Регенерируемый щелевой фильтр. № 2011103572; заявл. 01.02.2011; опубл. 20.07.2012. Бюл. № 23. — 6 с.

38. Шишлянников Д. И., Шавалеева А. В., Коротков Ю. Г., Перельман М. О., Пошвин Е. В. Патент RU 2709580 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01). Щелевой фильтр. № 2019128459; заявл. 10.09.2019; опубл. 18.12.2019. Бюл. № 35. — 13 с.

39. Шишлянников Д. И., Шавалеева А. В., Коротков Ю. Г., Перельман М. О., Пошвин Е. В. Патент RU 2715774 С1 МПК E21B 43/08 (2006.01), E03B 3/18 (2006.01). Щелевой фильтр / . № 2019134083; заявл. 23.10.2019; опубл. 03.03.2020. Бюл. № 7. — 13 с.