Подшипники в нефтегазовом секторе: механика бурения и транспортировки углеводородов

Добыча нефти и газа сопряжена с воздействием высоких внутрипластовых давлений, сероводородной коррозии и абразивных промывочных жидкостей. В этой отрасли выход оборудования из строя на морской платформе или удаленной арктической скважине ведет к значительным экономическим потерям от простоя.

Опорные узлы здесь проектируются с расчетом на длительную эксплуатацию в средах, где применение стандартных уплотнений и смазок физически невозможно.

Специфика среды и инженерные решения

Проходка скважины сопровождается значительными осевыми нагрузками на долото и интенсивной вибрацией бурильной колонны. Одновременно на забое циркулирует буровой раствор, представляющий собой агрессивную взвесь глины и выбуренной породы. Защитить подшипник от такого абразива традиционными сальниками технически невыполнимо из-за высоких перепадов давления.

Решением становится применение открытых многорядных упорных подшипников, которые смазываются и охлаждаются непосредственно протекающим буровым раствором. Для противостояния износу их кольца и тела качения изготавливаются из карбида вольфрама или сталей со специальным износостойким покрытием. В наземной инфраструктуре компрессорных станций инженеры идут другим путем, внедряя технологии электромагнитного подвеса ротора.

Стандартизация и виды опорных узлов

Оборудование нефтегазового комплекса требует интеграции узлов, параметры которых часто регламентируются не общепромышленными ГОСТами, а стандартами API (Американского института нефти) и внутренними техническими условиями:

Точки интеграции в буровое и насосное оборудование

Распределение подшипников по агрегатам строго подчинено векторам прилагаемых усилий, ограничениям по габаритам и требованиям к взрывопожаробезопасности объектов.

Основные точки установки опорных элементов в оборудование:

• Винтовые забойные двигатели (ВЗД). В шпиндельной секции двигателя устанавливается пакет из нескольких упорных подшипников. Они передают осевую нагрузку от веса труб на долото, позволяя ему вращаться при разрушении твердых пород. Разделение нагрузки на несколько рядов шариков позволяет вписать высокую несущую способность в ограниченный диаметр скважины.
• Системы верхнего привода (СВП). Этот узел заменяет традиционный ротор и несет на себе всю массу подвешенной колонны. Главный упорный подшипник СВП воспринимает вес колонны, достигающий сотен тонн, и обеспечивает плавное вращение под нагрузкой при свинчивании обсадных труб.
• Буровые насосы. Поршневые агрегаты закачивают промывочную жидкость в скважину под давлением до 50 МПа. Их эксцентриковые валы опираются на крупногабаритные цилиндрические радиальные роликоподшипники, способные гасить ударные пульсации при нагнетании раствора.
• Газоперекачивающие компрессоры. В турбинах магистральных газопроводов активно внедряются магнитные подшипники. Ротор удерживается в электромагнитном поле, что практически исключает механическое трение в штатном режиме работы. Такая архитектура предотвращает риск попадания паров масла в перекачиваемый природный газ.

FAQ

Почему в забойных двигателях не используют закрытые подшипники с консистентной смазкой?

На глубине в несколько километров высокое забойное давление разрушает любые эластомерные уплотнения. Рациональнее использовать открытые узлы из твердых сплавов, где протекающий буровой раствор выступает естественной охлаждающей жидкостью.

Как работает многорядный упорный подшипник в шпинделе ВЗД?

Это сборная конструкция, в которой продольная нагрузка равномерно распределяется между несколькими контурами шариков. За счет пакетирования рядов инженеры увеличивают общую грузоподъемность узла без увеличения его наружного диаметра.

В чем главное преимущество магнитных подшипников для газопроводов?

Полный отказ от сложной маслосистемы. Это устраняет риск воспламенения паров смазки, снижает общую металлоемкость компрессорной установки и существенно сокращает эксплуатационные расходы на регламентное обслуживание.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.