Фактори, які впливають на надійність нафтогазового обладнання, механізмів і системи управління ними

До основних факторів, які впливають на надійність ТО відносяться: суб’єктивні, які залежать від діяльності людини та об’єктивні, які включають внутрішні (за рахунок зносу або старіння) і зовнішні (табл. 4.1).

Після достатньо тривалої експлуатації (десятки тисяч годин роботи) на стан ТО починає здійснювати вплив старіння (знос). ТО починають раніше відмовляти.

Швидкість зносу і старіння визначається режимами роботи і інтенсивністю впливу інших факторів. В процесі експлуатації на ТО здійснюють вплив всі види енергії, що може призвести до зміни параметрів окремих елементів і ТО в цілому. При цьому мають місце наступні основні джерела впливів:

– вплив енергії навколишнього середовища (об’єктивні зовнішні фактори), включаючи діяльність людини-оператора (ЛО) чи ремонтника (суб’єктивні фактори);

– внутрішні джерела енергії (об’єктивні внутрішні фактори), зв’язані як з робочими процесами, що протікають в ТО, так і з роботою окремих його елементів;

– потенціальна енергія, накопичена в матеріалах і елементах ТО в процесі їх виготовлення (внутрішні напруження в відливці, монтажні напруження тощо) – об’єктивні внутрішні фактори.

Таблиця 4.1 – Процентний розподіл відмов

Розглянемо основні види енергії, які впливають на надійність ТО.

Механічна енергія, яка не лише передається по всіх елементах ТО в процесі експлуатації, але і впливає на нього у вигляді статичних чи динамічних навантажень від взаємодії із зовнішнім середовищем. Механічна енергія в ТО може виникнути і як наслідок тих втрат енергії, які мали місце при виготовленні елементів ТО і збереглися в них у потенціальній формі. Наприклад, деформація частин при перерозподілі внутрішніх напружень, зміна об’єму деталі після її термічної обробки проходять без всяких зовнішніх впливів.

Теплова енергія здійснює вплив на ТО і його елементи при коливаннях температури навколишнього середовища (сонячна енергія і найближчі об’єкти, які змінюють температуру) та окремими елементами ТО, які випромінюють тепло в процесі функціонування.

Хімічна енергія також впливає на роботу ТО. Навіть повітря, яке містить вологу і агресивні складові, може спричинити корозію окремих елементів ТО.

Електромагнітна енергія у вигляді радіохвиль (електромагнітні коливання) пронизує весь простір навколо ТО і може здійснювати вплив на роботу електронного обладнання.

Таким чином, розглянуті види енергії впливають на ТО чи його елементи у вигляді об’єктивних факторів і викликають в ньому цілий ряд небажаних процесів та створюють умови для погіршення технічних характеристик ТО.

Стосовно ТО, які експлуатуються в свердловинах (в процесі проходки свердловин, видобутку нафти і газу, проведенні підземного ремонту свердловин, їх освоєнні тощо), процентний розподіл їх відмов буде відрізнятись від приведеного в табл. 1.4, що обумовлено специфікою свердловинних факторів, які визначають надійність ТО.

До останніх з них, на прикладі видобутку нафти за допомогою ЗЕУ, можна віднести наступні:

1. Властивості рідини, що видобувається:

– в’язкість та її густина може змінюватися від 0.006 до 6 Ст і від 595 до 1400 кг/м³. Збільшення в’язкості може призвести до значного зносу елементів насоса, а також перегріву електродвигуна, і, як наслідок, його відмови;

– механічні домішки, вміст яких зазвичай складає 3 г/л, руйнують диски і лопатки робочого колеса насоса і його направляючого апарата, що призводить до збільшення амплітуди вібрації з наступним обривом болтів фланцевих з’єднань і падінням вузлів ЗЕУ на вибій свердловини;

– корозійно-активні речовини. Результуюча агресивність складної суміші нафта – вода – газ обумовлена наявністю таких компонентів як сірководень, вуглекислий газ, кисень, мінеральні солі та інш., що викликає корозію елементів і вузлів ЗЕУ з наступною їх відмовою;

– солі. Відкладення кристалів солі на робочих органах насоса викликає заклинювання робочих коліс з наступною поломкою вала чи перегоранням електродвигуна;

– газ. Присутність у рідині, що видобувається, вільного газу (величина газового фактора змінюється від 1 до 380 м/м³) шкідливо впливає на роботу насоса – помітно змінює умови перетворення механічної енергії робочого колеса в гідравлічну. Із збільшенням кількості вільного газу к.к.д. цього перетворення знижується;

– парафін. При відкачуванні парафіністої нафти парафін відкладається на стінках НКТ, зменшуючи прохід для рідини.

2. Властивості нафтоносного пласта:

– пластові води. Присутність у видобуваємій нафті великої кількості води, особливо мінералізованої з вмістом аніонів хлору, яка є корозійно-активною рідиною, різко підвищує знос елементів і вузлів ЗЕУ та пошкодження ізоляції силового кабелю;

– температура на вибої свердловини. Температура рідини, яку відкачують (може змінюватись від 18 до 111 ˚С), особливо висока (до 90 ˚С на нафтових родовищах Західного Сибіру), впливає на обмотку статора електродвигуна, допустима температура роботи якого 70 ˚С. Основною причиною найбільш характерної його відмови – пробій ізоляції обмотки статора;

– пластовий тиск (120÷170 кгс/см²) є причиною виникнення дефектів електродвигуна, так як створює напружений режим роботи вузлів і деталей, що збільшує їх знос.

Режим роботи здійснює суттєвий вплив на надійність елементів, вузлів і ТО в цілому. Зменшення фактичного навантаження сприяє збільшенню надійності. Режим роботи оцінюється коефіцієнтом навантаження.

Природньо, що використання елементів при гранично допустимих навантаженнях скорочує термін їх служби і не гарантує надійної роботи. В процесі експлуатації необхідно слідкувати за тим, щоб ТО не працювали при гранично допустимому навантаженні.

Знання і облік факторів, які впливають на ТО в процесі експлуатації, дозволяють підтримувати надійність ТО, закладену при їх проектуванні.