Штанга насосная, Караганда

Насосные
штангипредставляют
собой стержень круглого поперечного
сечения с высаженными концами, на которых
располагается участок квадратного
сечения и резьба. Резьба служит для
соединения штанг с муфтами, а участок
квадратного сечения используется для
захвата штанги ключом при свинчивании
и развинчивании резьбового соединения

Основными
характеристикаминасосных
штангявляются:
диаметр по телу штанги d0 и прочностная
характеристика штанги - величина
приведенного допускаемого напряжения
[σ]. 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 допускаемыми
напряжениями 150 Мпа.

Указанные
величины по сравнению с аналогичными
прочностными показателями сталей,
применяемых в машиностроении, ниже и
определяются условиями работы колонны
штанг - циклическим нагружением в
коррозионно-активной среде, ускоряющей
процесс усталостного разрушения штанг.

Выпускаются
штанговые муфты: соединительные типа
МШ для соединения штанг одного размера
и переводные типа МПШ для соединения
штанг разного размера.

Муфты
каждого типа изготавливаются в исполнении
I с «лысками» под ключ и в исполнении II
без «лысок».

Муфты
каждого типа большей частью изготавливаются
из углеродистой стали марок 40 и 45.
Предусматривается также изготовление
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
термической обработке и упрочнению
поверхностного слоя металла. Наиболее
часто используется следующий вид
термообработки: нормализация, закалка
объемная, закалка ТВЧ. Поверхностное
упрочнение обеспечивается за счет
дробеструйной обработки, обкатки
роликом. Основная цель поверхностного
упрочнения - создание снимающих напряжений
в поверхностном слое материала. Кроме
того, поверхность штанг покрывают лаками
или металлами, стойкими к воздействию
окружающей среды.

Для
регулирования положения плунжера
относительно цилиндра скважинного
насоса используют короткие штанги -
«метровки» длиной 1000...3000 мм. Длина
обычной штанги 8000 мм.

Особенностью
штанг является накатка резьбы. Для
сборки ступенчатой колонны из штанг
различных диаметров используют переводные
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
применяютштанги,
изготовленные из сталей следующих
марок:

• для
  легких условий работы - из стали 40,
  нормализованные;

• для
  средних и среднетяжелых условий работы
  - из стали 20НM, нормализованные;

• для
  тяжелых условий работы - из стали марки
  40, нормализованные с последующим
  поверхностным упрочнением тела штанги
  по всей длине токами высокой частоты
  (ТВЧ) и из стали ЗОХМА, нормализованные
  с последующим высоким отпуском и
  упрочнением тела штанги по всей длине
  ТВЧ;

• для
  особо тяжелых условий работы - из стали
  20НМ, нормализованные с последующим
  упрочнением штанги ТВЧ.

Колонна
штанг - один из наиболее ответственных
элементов установки, 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
штанги, либо при разрушении резьбовых
соединений.

Наиболее
часто обрывы штанг происходят вследствие
усталости металла, в результате переменных
нагрузок, концентраций напряжений,
коррозионности среды. Усталостное
разрушение штанг обычно начинается с
поверхности образованием микротрещины.
Поверхность излома имеет характерный
вид: она состоит из двух зон - мелкозернистой
и крупнозернистой. Усталостное разрушение
штанг ускоряется переменными нагрузками,
концентрацией напряжений и воздействием
коррозионной среды, поэтому выбор
допускаемых напряжений для штанг
представляет собой важную задачу.

На
долговечность резьбовых соединений
большое влияние оказывает плотность
контакта торцов муфты, ниппеля и насосной
штанги. 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
электроприводом, позволяющие свинчивать
штанги со строго определенным моментом.

Важнейшее
условие безаварийной работы колонны
штанг - их прямолинейность. Так, при
стреле прогиба штанги, равной 0,5d,
растягивающие напряжения увеличиваются
в 5 раз. Для искривленных и сильно
искривленных скважин применяют шарнирные
муфты. Благодаря наличию двух шарниров
муфта может изгибаться в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях. Применение
подобных муфт позволяет уменьшить
напряжения, возникающие в результате
изгиба, а также нормальные силы,
обусловленные трением штанг о
насосно-компрессорные трубы.

Помимо
штанг со сплошным сечением применяют
полые штанги для привода скважинного
насоса с использованием внутрискважинной
депарафинизации, деэмульсации,
ингибирования - в этих случаях по
внутренней полости штанг подается с
поверхности к насосу соответствующий
химический реагент. Кроме того их
используют для отбора продукции при
одновременно-раздельной эксплуатации
пластов, а также при необходимости
подъема пластовой жидкости с повышенной
скоростью, например для предотвращения
образования песчаных пробок.

Наиболее
распространена конструкция полых штанг
с приваренной головкой, имеющей накатанную
резьбу для соединения штанг муфтами.

В
настоящее время разработана конструкция
полых штанг с наружным диаметром тела
- 42 мм, внутренним - 35 мм. Материалы - сталь
45 или 35. Поверхность штанг обрабатывается
ТВЧ и имеет твердость HRC 48...53. Головка
приваривается к телу штанги.

Одним
из важнейших требований к резьбовым
соединениям колонны является обеспечение
их герметичности.

Применение
полых штанг требует применения
специального устьевого оборудования:
гибких шлангов или коленчатых шарнирных
соединений, позволяющих отводить
пластовую жидкость из перемещающейся
колонны к неподвижному трубопроводу
нефтепромыслового коллектора.