2015-05-13
2414
Для передачи возвратно-поступательного движения от привода
к плунжеру скважинного насоса используется колонна насосных
штанг. Она собирается из отдельных штанг, соединяемых муфтами.
Насосные штанги представляют собой стержень круглого попе
речного сечения с высаженными концами, на которых располагается
участок квадратного сечения и резьба. Резьба служит для соедине
ния штанг с муфтами, а участок квадратного сечения используется
для захвата штанги ключом при свинчивании и развинчивании резь
бового соединения (рис. 4.31).
Основными характеристиками насосных штанг являются: диаметр
по телу штанги dg и прочностная характеристика штанги - величина
приведенного допускаемого напряжения [а]. У нас в стране штанги
выпускаются диаметром 16,19, 22,25 мм, а допускаемое напряжение,
для наиболее широко распространенных марок сталей, составляет
70... 130 МПа. В небольших количествах выпускаются штанги с до
пускаемыми напряжениями 150 МПа.
Указанные величины по сравнению с аналогичными прочностны
|
|
|
ми показателями сталей, применяемых в машиностроении, ниже
и определяются условиями работы колонны штанг - циклическим
нагружением в коррозионно-активной среде, ускоряющей процесс ус
талостного разрушения штанг.
Выпускаются штанговые муфты: соединительные типа МШ для
соединения штанг одного размера и переводные типа МПШ для со
единения штанг разного размера.
Муфты каждого типа изготавливаются в исполнении I с «лыска-
ми» под ключ и в исполнении II без «лысок».
Муфты каждого типа большей частью изготавливаются из угле
родистой стали марок 40 и 45. Предусматривается также изготовле
ние муфты из легированной стали марки 20Н2М для применения
в тяжелых условиях эксплуатации.
Для увеличения долговечности штанг, уменьшения воздействия на них
коррозионной среды (пластовой жидкости) они подвергаются термичес
кой обработке и упрочнению поверхностного слоя металла. Наиболее ча
сто используется следующий вид термообработки: нормализация, закал
ка объемная, закалка ТВЧ. Поверхностное упрочнение обеспечивается за
счет дробеструйной обработки, обкатки роликом. Основная цель поверх
ностного упрочнения - создание снимающих напряжений в поверхност
ном слое материала. Кроме того, поверхность штанг покрывают лаками
или металлами, стойкими к воздействию окружающей среды.
Для регулирования положения плунжера относительно цилинд
ра скважинного насоса используют короткие штанги - «метровки»
длиной 1000...3000 мм. Длина обычной штанги 8000 мм.
Особенностью штанг является накатка резьбы. Для сборки сту
пенчатой колонны из штанг различных диаметров используют пере
|
|
|
водные муфты МПШГ, позволяющие соединять штанги диаметрами
16 и 19, 19 и 22, 22 и 25 мм. Соединительные муфты изготавливают
с лысками и без лысок.
В зависимости от условий работы применяют штанги, изготов
ленные из сталей следующих марок:
- для легких условий работы - из стали 40, нормализованные;
- для средних и среднетяжелых условий работы - из стали 20НМ,
нормализованные;
- для тяжелых условий работы - из стали марки 40, нормализо
ванные с последующим поверхностным упрочнением тела штанги по
всей длине токами высокой частоты (ТВЧ) и из стали ЗОХМА, нор
мализованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела
штанги по всей длине ТВЧ;
- для особо тяжелых условий работы - из стали 20НМ, нормали
зованные с последующим упрочнением штанги ТВЧ.
Колонна штанг - один из наиболее ответственных элементов ус
тановки, работающей в наиболее напряженных условиях. Прочность
и долговечность штанг, как правило, обусловливает подачу, как всей
установки, так и максимальную глубину спуска насоса. Обрыв штанг
вызывает простои и необходимость подземного ремонта. Разрушение
колонны штанг происходит, как правило, либо при разрыве тела штан
ги, либо при разрушении резьбовых соединений.
Наиболее часто обрывы штанг происходят вследствие усталости
металла, в результате переменных нагрузок, концентраций напряже
ний, коррозионности среды. Усталостное разрушение штанг обычно
начинается с поверхности образованием микротрещины. Поверхность
излома имеет характерный вид: она состоит из двух зон - мелкозер
нистой и крупнозернистой. Усталостное разрушение штанг ускоря
ется переменными нагрузками, концентрацией напряжений и воздей
ствием коррозионной среды, поэтому выбор допускаемых напряже
ний для штанг представляет собой важную задачу.
На долговечность резьбовых соединений большое влияние ока
зывает плотность контакта торцов муфты, ниппеля и насосной штан
ги. При свинчивании резьбовых соединений муфта- штанга должен
обеспечиваться контакт между торцами при максимальной нагрузке
на штанги.
Необходимо отметить, что наиболее приемлемыми для затяжки
резьбовых соединений являются механические ключи с гидро- и элек
троприводом, позволяющие свинчивать штанги со строго определен
ным моментом.
Важнейшее условие безаварийной работы колонны штанг - их
прямолинейность. Так, при стреле прогиба штанги, равной 0,5d, рас
тягивающие напряжения увеличиваются в 5 раз. Для искривленных
и сильно искривленных скважин применяют шарнирные муфты. Бла
годаря наличию двух шарниров муфта может изгибаться в двух вза
имно перпендикулярных плоскостях. Применение подобных муфт
позволяет уменьшить напряжения, возникающие в результате изги
ба, а также нормальные силы, обусловленные трением штанг о насос-
но-компрессорные, трубы.
