Подготовка к зиме вашего парка ГРП: защита проточных частей в условиях замерзания

Почему температура замерзания особенно опасна для проточной части

Гидравлический конец, который безупречно работает летом в Техасе, может катастрофически выйти из строя при первых сильных морозах в сезоне - не потому, что изменилось оборудование, а потому, что изменилась физика. Внутри блока жидкости насоса для гидроразрыва в холодную погоду действуют одновременно три условия: полости высокого давления, которые когда-то удерживали жидкость, теперь задерживают остаточную воду, прецизионно обработанные зазоры, которые почти не оставляют места для изменения размеров, и эластомерные уплотнения, работа которых зависит от сохранения гибкости. Когда температура падает ниже 32°F, оставшаяся в насосе вода начинает расширяться при замерзании, оказывая радиальное давление до 2000 фунтов на квадратный дюйм на стенки цилиндров, отверстия клапанов и торцевые поверхности торцевых крышек. Эта сила не делает различия между тонким дефектом и звуковой поверхностью.

Профиль ущерба также обманчив. В отличие от разрыва уплотнения во время работы, растрескивание, связанное с замерзанием, часто начинается внутри и остается невидимым до тех пор, пока насос снова не окажется под давлением. К этому времени вы увидите треснувший блок, зазубренное отверстие плунжера или вышедшую из строя крышку выпускного отверстия — неисправности, которые выключают агрегат в середине работы и редко проявляются предупреждающими знаками. Вот почему защита от замерзания гидравлические концевые узлы высокого давления, разработанные для сложных условий нефтепромысла это не приятно иметь; в этом разница между продуктивной зимней кампанией и дорогостоящим сезоном восстановления.

Американский институт нефти подчеркивает, насколько важна целостность оборудования в экстремальных полевых условиях: API Std 16FI, новый стандарт безопасности железа гидроразрыва , был специально разработан для суровых условий эксплуатации при высоком давлении, когда оборудование работает в условиях, выходящих за пределы проектных ограничений. Холодная погода является одним из таких ограничений, и большинство операторов его до сих пор недооценивают.

Наиболее уязвимые компоненты блока подачи жидкости зимой

Не каждая часть блока подачи в равной степени подвержена риску замерзания. Понимание того, какие компоненты выходят из строя первыми и почему, позволяет вам расставить приоритеты при проверке там, где это действительно важно.

Упаковочные уплотнения

Упаковочные тюлени, возможно, являются первой жертвой холодной погоды. Эластомерные материалы затвердевают значительно ниже 20°F, теряя прилегаемость, необходимую для поддержания динамического уплотнения вокруг поршня, совершающего возвратно-поступательное движение. Уплотнение, которое герметично закрывается при температуре 70°F, может дать течь при запуске в условиях минусовой температуры даже до того, как произойдет видимое повреждение. Термическое циклирование усугубляет проблему: повторяющиеся циклы замораживания-оттаивания вызывают микротрещины в корпусе уплотнения, ускоряя износ, намного превышающий тот, который можно предсказать по счетчику часов эксплуатации. Уплотнительные уплотнения, предназначенные для сохранения эластичности при термоциклировании. стоят затраченных средств в преддверии зимы в северном бассейне.

Плунжеры

Поверхности плунжера имеют строгие допуски на размеры и имеют твердое защитное покрытие. В условиях замерзания возникают два режима отказа. Во-первых, любые остатки жидкости в сальнике могут замерзнуть вокруг плунжера, создавая ледяной захват, который фиксирует плунжер на месте, заставляя приводной конец преодолевать это сопротивление при запуске и концентрируя напряжение на границе раздела с покрытием. Во-вторых, резкие перепады температур между корпусом плунжера (стальным или с керамическим покрытием) и окружающей замороженной жидкостью создают тепловой удар, который приводит к образованию микротрещин на поверхности. Закаленные плунжеры устойчивы к поверхностной усталости в абразивных и холодных средах. обеспечить значимое преимущество, когда температура достигает нижнего предела.

Клапаны и седла

Функционирование всасывающих и нагнетательных клапанов зависит от точной геометрии седла. Загрязнение льдом, даже в следовых количествах, может удерживать клапан открытым или заблокированным. В обоих случаях результатом является неравномерность давления: либо жидкость обходит клапан и снижает расход, либо заклинивший клапан вызывает скачки давления, которые неравномерно нагружают блок. Жидкости гидроразрыва, содержащие песок, усугубляют ситуацию; Вместе лед и проппант могут уплотнить отверстие клапана более эффективно, чем каждый из них по отдельности.

Крышки нагнетания и всасывания

Торцевые крышки подвергаются наибольшей концентрации растягивающих напряжений в корпусе проточной части, особенно вокруг отверстий под болты и поверхностей фланцев. В условиях замерзания расширение льда внутри полости покрытия оказывает внешнее давление именно там, где напряжение материала уже наиболее велико. Крышки нагнетания и всасывания рассчитаны на то, чтобы выдерживать нагрузку на торцевую крышку. зависят от прочности материала при низких температурах — характеристика, которая становится критической в условиях редких пермских глубоких заморозков и повседневной жизни в Баккене.

Предзимний осмотр и управление жидкостями

Наиболее экономически эффективные работы по подготовке к зиме проводятся до первых заморозков, а не после. Структурированная предсезонная проверка каждого узла подачи жидкости в вашем парке занимает примерно два-три часа на единицу и может предотвратить недели простоя.

• Полностью слейте всю оставшуюся жидкость. Перед хранением или переводом в режим ожидания используйте самую нижнюю точку слива на стороне подачи жидкости и убедитесь, что полость пуста. Не предполагайте, что гравитационный дренаж завершен — в случае сомнений используйте сжатый воздух для продувки всасывающих каналов.
• Осмотрите сальниковые уплотнения на наличие износа. Любое уплотнение, имеющее выдавливание, порезанную кромку или сжатие, следует заменять до наступления холодов, а не после них. Немного проходящее уплотнение при температуре 60°F выйдет из строя при температуре 15°F.
• Проверьте узлы клапанов на наличие мусора и целостность седла. Выход из строя клапана в холодную погоду почти всегда имеет уже существующую первопричину — прорезанное седло, изношенная пружина, налет песка за корпусом клапана. Обратитесь к этому сейчас.
• Проверьте момент затяжки болтов крышки нагнетания и всасывания. Болты, ослабленные во время последней кампании, создают небольшие ловушки для жидкости. Повторно затяните согласно спецификации и проверьте состояние резьбы.
• Перейти на низкотемпературную сальниковую смазку. Стандартные смазочные материалы для уплотнений значительно загустевают при температуре ниже 32°F. Используйте смазку, рассчитанную на предполагаемую минимальную температуру окружающей среды.
• Если возможно, испытание под давлением при низкой температуре. Холодное гидростатическое испытание выявляет микротрещины, которые исчезают, когда металл возвращается к температуре окружающей среды. Даже короткое испытание при давлении 1500–2000 фунтов на квадратный дюйм дает значимые диагностические данные.

Управление жидкостью выходит за рамки самого насоса. Убедитесь, что всасывающие линии либо полностью опорожнены, либо поддерживаются в постоянной циркуляции, а также убедитесь, что все прокладки или вытесняющая жидкость на водной основе были заменены альтернативой на основе гликоля, если в режиме ожидания агрегат будет работать при температуре ниже нуля.

Сохранение потока жидкости в тепле: стратегии обогрева и изоляции

Для активно работающего оборудования цель проста: поддерживать температуру на конце жидкости выше 40°F перед запуском и поддерживать ее выше нуля в течение любого периода простоя, превышающего 30 минут. Существует два подхода — активное отопление и пассивная изоляция, и в наиболее эффективных зимних программах используются оба.

Активное отопление

Погружные и циркуляционные нагреватели установленный во всасывающем коллекторе или непосредственно в системе подачи жидкости, предотвращает попадание холодной поступающей жидкости в насос. Это особенно важно для жидкостей гидроразрыва на водной основе, которые начинают замерзать при температуре 32°F и могут частично замерзнуть во всасывающих линиях задолго до того, как температура окружающей среды достигнет этого порога. Для дорогостоящих или непрерывно работающих агрегатов электрическая нагревательная лента, обернутая вокруг корпуса проточной части и покрытая изоляцией, обеспечивает прямую тепловую защиту при минимальных эксплуатационных расходах. Блочные нагреватели на стороне двигателя поддерживают поток смазки со стороны привода, но не предполагайте, что это тепло достигает стороны с жидкостью — они достаточно термически изолированы, поэтому сторона с жидкостью все еще может быть опасно холодной, когда двигатель теплый.

Пассивная изоляция

Изоляционные покрытия, предназначенные для корпусов насосов, могут удерживать остаточное тепло в течение нескольких часов в периоды простоя, экономя время, необходимое между работами, без непрерывного нагревания. Временные укрытия с теплым воздухом — палаточные укрытия над местом разлома — являются стандартной практикой в ​​бассейнах северной Канады и все чаще встречаются на севере США. Инвестиции в инфраструктуру укрытий быстро окупаются, если в период между этапами наступит сильный заморозок.

Одно правило, которое применяется независимо от метода: никогда не запускайте подачу жидкости в холодном состоянии при полном рабочем давлении. Прежде чем начинать закачку, дайте нагнетательной стороне нагреться как минимум до 40°F. Термический удар, вызванный прохождением холодной, жесткой жидкости через замерзшую или почти замерзшую часть жидкости на высокой скорости, является одним из наиболее надежных способов взлома блока, срок службы которого в противном случае оставался бы годами.

Подготовка к зиме простаивающего оборудования: протоколы слива и хранения

Оборудование, которое простаивает более 24 часов в условиях холода, требует специальной процедуры, а не просто быстрого слива. Разница между насосом, который возвращается в исправном состоянии весной, и насосом, нуждающимся в полной реконструкции гидроблока, часто сводится к тому, насколько тщательно был выполнен этот этап.

1. Полностью слейте всю жидкость , включая крышки всасывания, нагнетания и любые полости в нижних точках узла коллектора. При необходимости наклоните устройство, чтобы обеспечить полноценный дренаж под действием силы тяжести.
2. Продуть сжатым воздухом при низком давлении (30–60 фунтов на квадратный дюйм) через всасывающее соединение, чтобы удалить остатки жидкости из каналов, куда не может попасть сила тяжести.
3. Нанесите ингибитор коррозии или консервационное масло. через зону упаковки для покрытия внутренних поверхностей. Это также предотвращает сжатие сухих уплотнений во время длительного хранения.
4. Закройте все открытые порты — всасывающие и нагнетательные соединения, а также любые контрольно-измерительные порты — для предотвращения проникновения влаги. Конденсации внутри полости проточной части в течение зимнего периода хранения достаточно, чтобы вызвать коррозию седел клапанов и отверстий плунжеров.
5. Отмечайте и документируйте статус сохранности устройства поэтому возвращающиеся бригады не запустят случайно консервированный насос без повторного ввода в эксплуатацию.

При повторном вводе в эксплуатацию после холодного хранения всегда предварительно заполняйте блок подачи жидкостью перед запуском, проверяйте, чтобы все колпачки и консервационные фитинги были сняты, и запускайте насос на низкой скорости и низком давлении на период обкатки, прежде чем переходить к рабочему давлению. Руководство по техническому обслуживанию приводной части насосов ГРП охватывает дополнительные этапы повторного ввода в эксплуатацию со стороны механического привода, которые должны выполняться параллельно.

Создание запаса зимних запасных частей

Холодная погода ускоряет износ именно тех компонентов, которые труднее всего достать быстро. Правильная стратегия запасных частей в преддверии зимы заключается не в хранении всего на складе, а в хранении тех деталей, которые чаще всего выходят из строя в холодных условиях и отсутствие которых приводит к наиболее длительному простою.

Наличие запасных частей в отдаленных северных районах во время пиковых зимних буровых работ редко можно предсказать. Складирование на месте — будь то у вас во дворе или в региональном распределительном пункте — устраняет риск, связанный со временем выполнения заказа, который может превратить двухчасовой ремонт в двухдневный простой. Комплектные детали гидравлической части и запасные компоненты Наличие складов на складах в США дает операторам возможность быстро пополнить запасы, не дожидаясь сроков доставки за границу. Планирование инвентаризации до начала сезона, а не во время него, является единственным наиболее эффективным решением по подготовке к зиме, которое может принять менеджер автопарка.