Планирование и обеспечение качества и экономической эффективности эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи

 
 
В. Н. Протасов 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ  
КАЧЕСТВА И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ  
ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ  
ДЛЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ   
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 622.24.05 
ББК 33.361 
П83 
 
 
Рецензенты: 
д. т. н., профессор кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой  
промышленности РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина А. И. Ходырев; 
д. т. н., руководитель Испытательной лаборатории Научного некоммерческого 
партнерства «НПО "Буровая техника – Пермь ВНИИБТ – сертификат"»  
В. И. Семин 
 
 
 
 
 
 
 
Протасов, В. Н.  
П83  
Планирование и обеспечение качества и экономической эффективности эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи : монография / 
В. Н. Протасов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 352 с. : 
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2049-5 
 
Проанализирована структурная схема эксплуатации оборудования. Рассмотрена 
методология предлагаемого системного подхода по принципу иерархии к выбору 
критериев качества и экономической эффективности технологической системы 
эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи и ее структурных составляющих. 
Рассмотрены основные закономерности изменения технического состояния оборудования при использовании его по назначению, применяемые стратегии эксплуатации оборудования, их преимущества и недостатки, соответствующие им стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования, методы и технические средства диагностирования технического состояния оборудования. Проанализированы методы обеспечения качества и экономической эффективности технологических систем использования оборудования по назначению и его технической эксплуатации.  
Для инженерно-технических работников нефтегазовых компаний и обслуживающего их нефтегазового сервиса, занятых планированием и обеспечением качества и 
экономической эффективности эксплуатации оборудования для нефтедобычи. 
 
УДК 622.24.05 
ББК 33.361 
 
 
ISBN 978-5-9729-2049-5 
© Протасов В. Н., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие ........................................................................................... 
6 
Глава 1. Основные понятия о качестве оборудования  
для нефтегазодобычи 
............................................................................. 
8 
1.1. Оборудование для нефтегазодобычи – сложная техническая  
система ........................................................................................................... 8 
1.2. Качество, критерии качества, уровень качества оборудования  
и его элементов 
............................................................................................ 11 
1.3. Иерархическая взаимосвязь качества нефтегазодобычи  
с качеством используемого оборудования и качеством его  
эксплуатации ............................................................................................... 17 
Глава 2. Общие положения о эксплуатации оборудования 
.............. 
19 
2.1. Основные понятия и определения ...................................................... 19 
2.2. Служба эксплуатации оборудования 
.................................................. 21 
2.3. Эксплуатационная документация ....................................................... 26 
Глава 3. Внешние воздействия на элементы оборудования  
при эксплуатации и вызываемые ими дефекты ............................... 
34 
3.1. Специфика условий эксплуатации оборудования  
для нефтегазодобычи .................................................................................. 34 
3.2. Классификация видов внешних воздействий на элементы 
оборудования при эксплуатации и вызываемые ими дефекты ............... 44 
3.3. Актуальность регламентирования нормативных  
диапазонов условий эксплуатации оборудования  
для нефтегазодобычи .................................................................................. 53 
Глава 4. Эксплуатация оборудования – объект планирования  
качества и экономической эффективности……………………………61 
4.1. Эксплуатация оборудования – сложная технологическая  
система ......................................................................................................... 61 
4.2. Основные закономерности изменения технического состояния 
оборудования при эксплуатации 
................................................................ 62 
4.3. Политика в области планирования качества и экономической 
эффективности технологической системы эксплуатации  
оборудования 
............................................................................................... 81 
Глава 5. Методические основы планирования качества  
и экономической эффективности технологической системы 
эксплуатации оборудования ............................................................... 
86 
5.1. Выбор потребительских свойств технологической системы 
эксплуатации оборудования, определяющих ее качество  
и экономическую эффективность .............................................................. 86 
3 

5.2. Выбор показателей потребительских свойств технологической 
системы эксплуатации оборудования, определяющих ее качество  
и экономическую эффективность, норм на эти показатели .................... 87 
5.3. Нормативная документация, регламентирующая критерии качества 
технологической системы эксплуатации оборудования 
.......................... 90 
Глава 6. Обеспечение качества и экономической эффективности 
технологической системы использования оборудования  
по назначению ...................................................................................... 
92 
6.1. Управление режимами работы оборудования ................................... 92 
6.2. Снижение интенсивности воздействия агрессивных 
эксплуатационных и технологических сред на элементы  
оборудования 
............................................................................................. 104 
6.3. Стоимость эксплуатации оборудования........................................... 115 
6.4. Анализ эффективности работы оборудования ................................ 121 
Глава 7. Обеспечение качества и экономической  
эффективности технологической системы технической  
эксплуатации оборудования ............................................................. 
124 
7.1. Транспортирование оборудования ................................................... 124 
7.2. Монтаж – демонтаж оборудования .................................................. 128 
7.3. Техническое обслуживание и ремонт оборудования 
...................... 143 
7.4. Хранение и консервация оборудования ........................................... 174 
Глава 8. Методы и технические средства диагностирования 
технического состояния оборудования ............................................ 
180 
8.1. Основные принципы технического диагностирования .................. 180 
8.2. Методы и средства технической диагностики оборудования 
........ 193 
8.3. Методы и технические средства дефектоскопии материала  
деталей ....................................................................................................... 207 
Глава 9. Технологические основы ремонта оборудования 
............. 
226 
9.1. Структура производственного процесса ремонта  
оборудования 
............................................................................................. 226 
9.2. Подготовительные работы для сдачи оборудования в ремонт ...... 230 
9.3. Моечно-очистные работы 
.................................................................. 231 
9.4. Разборка оборудования 
...................................................................... 238 
9.5. Контрольно-сортировочные работы 
................................................. 243 
9.6. Комплектование деталей оборудования .......................................... 245 
9.7. Балансировка деталей ........................................................................ 245 
9.8. Сборка оборудования 
......................................................................... 252 
9.9. Приработка и испытание агрегатов и машин .................................. 254 
9.10. Окраска оборудования ..................................................................... 260 
Глава 10. Способы восстановления сопряжений и поверхностей  
деталей оборудования 
........................................................................ 
264 
4 

10.1. Классификация способов восстановления сопряжений ............... 264 
10.2. Классификация способов восстановления поверхностей  
деталей ....................................................................................................... 270 
10.3. Выбор рационального способа восстановления  
поверхностей деталей ............................................................................... 272 
Глава 11. Технологические методы, применяемые  
для восстановления поверхностей и неразъемных соединений 
ремонтируемых деталей .................................................................... 
275 
11.1. Восстановление поверхностей наплавкой ..................................... 275 
11.2. Восстановление поверхностей металлизацией 
.............................. 287 
11.3. Восстановление поверхностей гальваническим  
наращиванием 
............................................................................................ 296 
11.4. Восстановление поверхностей деталей пластическим  
деформированием ..................................................................................... 311 
11.5. Восстановление поверхностей полимерным покрытием ............. 315 
11.6. Восстановление поверхностей механической обработкой 
........... 320 
11.7. Соединение деталей и их отдельных частей методами сварки, 
пайки и склеивания ................................................................................... 323 
Глава 12. Типовые технологические процессы ремонта  
деталей ................................................................................................ 
336 
12.1. Ремонт деталей типа валов 
.............................................................. 336 
12.2. Ремонт деталей типа втулок 
............................................................ 340 
12.3. Ремонт деталей типа дисков 
............................................................ 341 
12.4. Ремонт корпусных деталей 
.............................................................. 343 
Заключение 
......................................................................................... 
348 
Используемая литература ................................................................. 
351 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Производственный процесс нефтегазодобычи представляет собой комплекс взаимосвязанных по принципу иерархии высокомеханизированных 
производственных процессов, в частности непосредственно добыча нефти 
и газа (извлечение из пласта на поверхность), сбор и утилизация попутного 
газа, комплексная подготовка нефти и газа, транспорт и хранение нефти, 
ремонт скважин, нагнетание рабочего агента в пласт и др.  
Оборудование, используемое для выполнения указанных процессов, в 
значительной мере определяет научно-технический прогресс в нефтегазовой отрасли, широкое внедрение прогрессивных форм организации труда, 
эффективность капитальных вложений и качество выполняемых работ. 
Проблема обеспечения высокого уровня качества эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи была и остается актуальной.  
Данная проблема неразрывно связана с другой не менее важной проблемой – минимизацией затрат на эксплуатацию оборудования, что определяет ее экономическую эффективность.  
Экономическая эффективность эксплуатации оборудования относится 
к числу ключевых категорий рыночной экономики, которая непосредственно связана с достижением конечной цели развития каждого нефтегазодобывающего общества. В наиболее общем виде экономическая эффективность представляет собой количественное соотношение двух величин – 
результатов хозяйственной деятельности и производственных затрат.  
Непрерывный процесс оснащения предприятий нефтегазодобывающих обществ новым энергонасыщенным и автоматизированным оборудованием все более сложной конструкции и необходимость обеспечения более высокого уровня качества оборудования и экономической эффективности его эксплуатации обусловливают резкое увеличение объемов работ по 
техническому обслуживанию и ремонту. Все это повышает требования к 
состоянию всех звеньев эксплуатационной службы и требует коренного 
улучшения организационных форм использования оборудования по назначению, его транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта, а также совершенствования подготовки специалистов, занимающихся этими вопросами.  
Эксплуатацию оборудования для нефтегазодобычи следует рассматривать как систему управления этим процессом, обеспечивающую эффективное использование техники, поддержание ее в работоспособном состоянии 
с наименьшими затратами. 
При написании монографии автор стремился дать системное представление о: 
– оборудовании для нефтегазодобычи как сложной технической системы; 
6 

– качестве, критериях качества, уровне качества сложных технических 
систем и их элементов; 
– иерархической взаимосвязи качества нефтегазодобычи с качеством 
используемого оборудования и качеством его эксплуатации; 
– эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи как сложной технологической системе;  
– службе эксплуатации оборудования и эксплуатационной документации; 
– специфике условий эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи, необходимости систематизации видов внешних воздействий и их интенсивности; 
– актуальности регламентирования нормативных диапазонов условий 
эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи; 
– качестве эксплуатации оборудования, критериях качества; 
– методических основах планирования качества эксплуатации оборудования для нефтегазодобычи; 
– обеспечении качества оборудования при его технической эксплуатации; 
– обеспечении качества оборудования при его использовании по назначению; 
– методах и технических средствах технической диагностики оборудования и его элементов; 
– технологических основах ремонта оборудования; 
– способах восстановления сопряжений деталей оборудования; 
– технологических методах, используемых при восстановлении поверхностей и неразъемных соединений ремонтируемых деталей; 
– типовых технологических процессах ремонта деталей.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 

ГЛАВА 1 
 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  
О КАЧЕСТВЕ ОБОРУДОВАНИЯ  
ДЛЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ 
 
1.1. Оборудование для нефтегазодобычи –  
сложная техническая система 
 
Специфика парка оборудования для нефтегазодобычи заключается в 
том, что функционирование большинства технологических систем обеспечивается не отдельными видами оборудования, в качестве автономных единиц, а достаточно сложными по структуре техническими системами, состоящими из комплекса разнообразных взаимосвязанных видов оборудования 
разных производителей [8].  
Отдельные элементы технических систем в большинстве случаев представляют собой комплексы, комплекты, сборочные единицы, детали (неделимые элементы), взаимосвязанные между собой в определенной последовательности, определяющей их соподчиненность и взаимосвязь в технической системе по принципу иерархии (рис. 1.1).  
 
 
 
Рис. 1.1. Иерархический принцип взаимосвязи и соподчиненности 
структурных элементов сложных технических систем 
 
8 

Основные признаки технической системы: 
– система состоит из отдельных элементов, т. е. имеет структуру;  
− система создана для выполнения определенных функций;  
− элементы системы связаны друг с другом определенным образом, организованы в пространстве и времени;  
− система в целом обладает качеством, неравным простой сумме качеств составляющих ее элементов; 
− требуемое качество системы определяет по принципу иерархии качество ее отдельных элементов. 
К таким техническим системам, используемым для нефтегазодобычи, 
относятся скважинные колонны насосно-компрессорных и обсадных труб, 
скважинные насосные и газлифтные установки, устьевое оборудование 
скважин, промысловые трубопроводы, наземная промысловая инфраструктура для первичной подготовки нефти и др. [4]. 
 
 
 
Рис. 1.2. Установка штангового скважинного насоса: 
1 – всасывающий клапан; 2 – скважинный насос; 3 – нагнетательный  
клапан; 4 – колонна насосных штанг; 5 – колонна НКТ; 6 – тройник;  
7 – сальник; 8 – полированный шток; 9 – канатная подвеска;  
10 – балансир; 11 – шатун; 12 – кривошип; 13 – редуктор;  
14 – электродвигатель; 15 – стойка 
9 

Например, основными элементами установки штангового скважинного насоса (рис. 1.2) являются: 
– станок-качалка; 
– колонна насосных штанг; 
– скважинный насос. 
Кроме того, подземная часть установки штангового скважинного 
насоса может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якори, хвостовики и др.), присоединяемые к приемному патрубку скважинного насоса и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок, 
газ). 
Необходимо отметить, что скважинные колонны труб, скважинные 
насосные установки, устьевое скважинное оборудование являются техническими подсистемами в технической системе – скважинное оборудование, 
требуемое качество которой определяет качество указанных технических 
подсистем по принципу иерархии. 
При этом скважинное оборудование, промысловые трубопроводы и 
наземная промысловая инфраструктура для первичной подготовки нефти в 
свою очередь являются техническими подсистемами в технической системе для нефтегазодобычи, которая определяет по принципу иерархии качество входящих в ее состав подсистем.  
Это обусловливает недопустимость разработки нормативной документации, регламентирующей качество отдельных элементов технической системы при отсутствии нормативной документации, определяющей качество системы в целом.  
Данный системный подход по принципу иерархии не освоен специалистами нефтегазовых компаний РФ и предприятий нефтегазового сервиса, о 
чем свидетельствует действующая нормативная документация.  
 Ярким подтверждением этого является стандартизированная и корпоративная нормативная документация нефтегазовых компаний, определяющая качество стальной трубной продукции для скважинных колонн 
насосно-компрессорных и обсадных труб, для промысловых трубопроводов и др. при отсутствии нормативной документации, определяющей критерии качества каждой из указанных технических систем.  
Подобный бессистемный подход с нарушением принципа иерархии к 
разработке нормативной документации, определяющей качество отдельных элементов сложных технических систем, является основной причиной 
низкой энергоэффективности и надежности технических систем, для 
нефтегазодобычи, значительных затрат на их создание и применение, частых отказов, длительных простоев, значительных материальные затрат на 
эксплуатацию и ремонт. 
Поэтому разработка методологии системного подхода по принципу 
иерархии к выбору критериев качества технических систем и их элементов 
10