Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия¹ ; АО «ЭЛКАМ-нефтемаш», Пермь, Россия²

С. Н. Мольцен, аспирант кафедры металловедения и термической обработки металлов (МТО)¹, директор по качеству², эл. почта: stanislav@vputehod.ru
А. В. Кравченко, аспирант кафедры МТО¹, начальник ОТК², эл. почта: andrew@vputehod.ru

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
Ю. Н. Симонов, заведующий кафедрой МТО, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: simonov@pstu.ru
М. Ю. Симонов, директор объединенной лаборатории фундаментальных исследований в металловедении, канд. техн. наук, эл. почта: simonov@pstu.ru

Представлены результаты исследования устойчивости насосных штанг и штоков штанговых глубинных насосов (ШГН) к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН). Рассмотрены стали 15Х2ГМФ (группы прочности Д и К по ГОСТ 31825-2012), 15Н3МА и 40Х, применяемые в серийном производстве элементов глубинно-насосного оборудования. Разработана ускоренная методика оценки деградации механических свойств в сероводородной (H2S) среде, позволяющая выявить склонность материалов к СКРН в течение 48 ч. Результаты по ускоренной методике сопоставлены с испытаниями по методу A стандарта NACE TM0177 и они продемонстрировали достоверную корреляцию. Установлено, что материалы группы прочности К (15Х2ГМФ-К) и сталь 40Х обладают высокой устойчивостью к СКРН при напряжении до 182 МПа, а стали группы прочности Д (15Х2ГМФ-Д, 15Н3МА) характеризуются сниженной пластичностью и чувствительны к разрушению в аналогичных условиях. Также предложены конструктивно-технологические решения, направленные на снижение эксплуатационных напряжений и предотвращение СКРН, в том числе введение деконцентраторов напряжений и их герметизация. Полученные результаты формируют основу для выбора оптимальных материалов и проектных решений при разработке и эксплуатации оборудования в H2S средах.

1. Сапрыкина Л. Э., Бобылев А. И. Анализ причин коррозионного разрушения насосных штанг и разработка рекомендаций по его предупреждению // Севергеоэкотех-2024 : материалы XXV Международной молодежной научной конференции. В 2 частях, Ухта, 28-29 марта 2024 года. — Ухта : Ухтинский государственный технический университет, 2024. — С. 400–410.
2. Лунин Д. А., Минченко Д. А., Носков А. Б., Клюшин И. Г. и др. Промысловый опыт эксплуатации внутрискважинного оборудования в сероводородсодержащих средах // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». 2023. № 3. С. 47–92. DOI: 10.17122/ogbus-2023-3-47-92
3. ГОСТ 31825-2012. Штанги насосные, штоки устьевые и муфты к ним. Технические условия. — Введ. 01.01.2014.
4. ГОСТ 4543-2016. Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия. — Введ. 01.10.2017.
5. ГОСТ 18895-97. Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа. — Введ. 01.01.1998.
6. ГОСТ 1497-2023. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.07.2024.
7. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. — Введ. 01.01.1969.

8. Кравченко А. В., Мольцен С. Н., Симонов Ю. Н., Соколов И. Ю., Туркменбай Д. А. Оценка стойкости насосных штанг с использованием ускоренных и стандартных методов испытания в H2S среде : материалы V Международной отраслевой конференции «Материалы и технологии в нефтегазовой отрасли» (Санкт-Петербург, 2025 г.). — Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2025. — С. 43–44.
9. Юрченко А. Н., Симонов Ю. Н., Ефимова О. В., Никитин Д. А., Кравченко А. В. Коррозионное растрескивание с кислородной деполяризацией стали 40Х // Сталь. 2023. № 4. С. 32–36.
10. Мольцен С. Н., Кравченко А. В., Симонов Ю. Н., Полежаев Р. М. Повышение долговечности резьбовых соединений штоков при циклической нагрузке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2021. Т. 23, № 2. С. 27–35. DOI: 10.15593/2224-9877/2021.2.04
11. Кравченко А. В., Мольцен С. Н., Никитин Д. А., Некрасова Т. В. Оптимизация термообработки стали 30Х13 для сероводородной среды нефтяной промышленности: анализ ускоренных и стандартных испытаний // Черные металлы. 2024. № 10. С. 51–57. DOI: 10.17580/chm.2024.10.08
12. Chalfoun D. R., Kappes M. A., Perez T. E., Otegui J. L., Iannuzzi M. The role of nickel in low alloy steels exposed to H2S-containing environments. Part I: Trench formation at the open-circuit potential // Corrosion. 2023. Vol. 79, Iss. 12. P. 1345–1359.
13. Штремель М. А. Разрушение. В 2 кн. Кн. 1. Разрушение материала : монография. — М. : Изд. дом «МИСиС», 2014. — 670 с.
14. Heidersbach R. Metallurgy and corrosion control // Oil and Gas Production. — 2nd ed. — Wiley, 2018. — 368 p.
15. Groysman А. Corrosion for everybody. — Dordrecht : Springer, 2010. — 378 p. DOI: 10.1007/978-90-481-3477-9
16. Аверьянов Г. Защита от коррозии в нефтегазовой отрасли: тенденции и проблемы // Нефть и газ Сибири. 2019. № 3 (36). — С. 58.
17. Wasim M., Djukic M. B. External corrosion of oil and gas pipelines: a review of failure mechanisms and predictive preventions // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2022. Vol. 100. 104467. DOI: 10.1016/j.jngse.2022.104467
18. Brown B. F. Stress corrosion cracking control measures. — Washington, DC : National Bureau of Standards, 1977. — 96 p.
19. Пумпянский Д. А., Пышминцев И. Ю., Выдрин А. В. и др. Основы металловедения и технологии производства труб из коррозионно-стойких сталей. — Москва : Металлургиздат, 2023. — 682 с.
20. Кондратьев С. Ю., Альхименко А. А., Харьков А. А. и др. Критерии ускоренной оценки склонности трубных сталей к коррозионному растрескиванию в условиях нефтедобычи // Металловедение и термическая обработка металлов. 2021. № 10(796). С. 16–22.
21. Песин М. В., Павлович А. А., Мельников С. А. Инновационный технологический процесс упрочняющей обработки резьбы бурильных труб // Инновации в машиностроении (ИнМаш-2020) : материалы XI Международной научно-практической конференции, Бийск, 22–23 окт. 2020 г. — Бийск : Изд-во АлтГТУ им. И. И. Ползунова, 2020. — С. 94–98.