Исследование триботехнических характеристик рабочих органов винтового насоса

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности расчетов возникающих крутящих нагрузок, что позволит обеспечить условия для уточнения алгоритмов диагностики и прогнозирования ресурса винтовых насосных установок со штанговым и погружным приводом. Винтовые насосные установки используются в скважинных условиях, характеризующихся высокой вязкостью откачиваемой пластовой жидкости и высоким содержанием механических примесей в ней (коэффициент взвешенных частиц более 500 мг/л). Опыт эксплуатации винтовых насосных установок показывает, что надежность насосных установок зависит от состояния рабочих органов. В процессе эксплуатации эластомер статора набухает, что приводит к росту потерь на трение или к разрушению эластомера. Для повышения эффективности подбора, расчета и диагностики винтовых насосных установок важно понимание процессов, происходящих при трении металлического ротора по эластомеру статора в условиях смазки пластовой жидкостью. Цель исследования заключается в определении зависимости коэффициента трения пары рабочих органов винтового насоса от числа Зоммерфельда для эластомерного материала статора винтового насоса, построении участка кривой Штрибека, характерной для условий работы погружных винтовых насосных установок, и определении характерных режимов трения материала резина-сталь. Методы: экспериментальные исследования на триботехнической установке ИИ-5018 пар металл-эластомер в условиях сухого трения и при различных смазочных средах; статистическая обработка результатов экспериментов. Результаты. Установлена зависимость коэффициента трения от числа Зоммерфельда для пары трения ротор-статор винтового насоса. Определены режимы трения, характерные для условий эксплуатации винтовых насосных установок.

The relevance of the study is caused by the necessity in increasing the precision of calculating the torsional loads, which will provide conditions for refining the diagnostic algorithms and predicting the resource of progressing cavity pumps. They are used in downhole conditions characterized by high viscosity of the pumped fluid (more than 30 mPa·s) and a high content of mechanical impurities in it (the concentration of particles is more than 500 mg/l). The operating experience of the progressing cavity pumps shows that the reliability of pumping units depends on the state of the working bodies. During operation, the stator elastomer swells, which leads to increase in friction losses. To improve the efficiency of selection, calculation and diagnostics of the progressing cavity pumps, it is important to have a deep understanding of the processes occurring during the friction of a metal rotor against the stator elastomer under conditions of formation fluid lubrication. The purpose of the study is to determine the dependence of the friction coefficient of a pair of working bodies of the progressing cavity pump on the Sommerfeld number for the elastomeric material of the progressing cavity pump stator and to plot a section of the Stribeck curve typical for the operating conditions of the progressing cavity pumps. Methods: experimental studies on tribotechnical installation II-5018 metal-elastomer pairs. Results. The authors have determined the friction coefficient dependence on the Sommerfeld number for the rotor-stator friction pair, according to which the Stribeck curve was constructed.