Штанги насосные (стр. 1 из 3)
Содержание
1. Насосные штанги. Назначение, классификация.
2. Центробежные скважинные насосы с электроприводом. Состав оборудования.
1. Насосные штанги. Назначение, классификация.
Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, например, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков килограмм в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200 — 3400 м.
ШСНУ включает:
а) наземное оборудование — станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;
б) подземное оборудование — насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.
Рис. 1. Схема штанговой насосной установки
Штанговая глубинная насосная установка (рисунок 1) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8 устьевой арматуры, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.
ШТАНГИ НАСОСНЫЕ (ШН)
Насосные штанги представляют 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. ШН предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса. Изготавливаются в основном из легированных сталей круглого сечения длиной 8000 мм и укороченные — 1000 - 1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.
Рисунок 1 — Насосная штанга
Шифр штанг — ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей — сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ с пределом текучести от 320 до 630 МПа.
Основными характеристиками насосных штанг являются: 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.
Насосные штанги применяются в виде колонн, составленных из отдельных штанг, соединенных посредством муфт.
Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ — для соединения штанг одинакового размера и переводные типа МШП — для соединения штанг разного диаметра.
Рисунок 2 — Соединительная муфта
а — исполнение I; б — исполнение II
Для соединения штанг применяются муфты — МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр соединяемой штанги по телу (мм).
АО «Очерский машиностроительный завод» изготавливает штанги насосные из одноосноориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 80 кгс/мм2. Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 8000 ¸ 11000 мм.
Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 ¸ 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».
ШТАНГИ НАСОСНЫЕ СТАНДАРТНЫЕ
Предназначены для передачи поступательного или вращательного движения от наземного привода к скважинному насосу при добыче нефти. Штанги представляют собой металлический стержень круглого сечения, на концах которого высажены головки, заканчивающиеся резьбой. Для предохранения от износа штанг, муфт и насосно-компрессорных труб штанги могут оснащаться центраторами различных типов, а для снятия парафиновых отложений дополнительно подвижными скребками. Штанги насосные класса "D" (по спецификации API) обладают павышенными прочностными и антикорозийными свойствами и по своему качеству не уступают продукции известных зарубежных компаний.
Cтандарт ТУ 3665-007-002175515-98
Типоразмер ШН 5/8" ШН 3/4" ШН 7/8" ШН 1" ШН 1 1/8"
Диаметр, мм 15,88 19,05 22,23 25,40 28,58
Длина, мм 8000, 9140
Укороченная длина Любая от 500 мм по требованию Заказчика
Подгоночные штоки, мм менее 500 мм
Cтандарт API Spec 11B
Типоразмер ШН 5/8" ШН 3/4" ШН 7/8" ШН 1" ШН 1 1/8"
Диаметр, мм 15,88 19,05 22,23 25,40 28,58
Номинальная длина, мм* 25(7620), 30(9144)
Длина, мм 7518, 9042
Укороченная длина** Любая от 500 мм по требованию Заказчика
* номинальная длина - размер от торца упорного бурта штанги до торца муфты , навинченной на ниппель.
** длина- размер между торцами упорных буртов штанги.
Класс Группа стали Минимальный предел Предел прочности
текучести, МПа
К Никель-молибденовая 414 620...793
C Марганцовистая 414 620...793
D Марганцовистая 586 793...965
Хромомолибденовая 586 793...965
D спец Специальный 630 820...990
никелесодержащий сплав
D супер Хромомолибденовая 720 930...1050
углеродистая
НАСОСНЫЕ ШТАНГИ УТЯЖЕЛЕННЫЕ
Используются для оптимизации нагрузки на привод.
Cтандарт API Spec 11B
Типоразмер ШН 1 1/2" ШН 1 5/8" ШН 1 3/4"
Диаметр, мм 38,1 41,28 44,45
Типоразмер присоединяемой штанги
ШНУ 3/4 ШН 7/8 ШН 7/8
Длина, мм 8000
Масса, кг 70 80 94
Класс Группа стали Минимальный предел
прочности на растяжение, МПа
1 Углеродистая 448
2 Легированная 620
ШТАНГИ НАСОСНЫЕ ШАРНИРНЫЕ
Предназначены для предохранения от развинчивания резьбовых соединений колонны насосных штанг при добыче нефти станками-качалками. Крутящий момент, от движения насосной колонны, компенсируется поворотом деталей шарнирной штанги внутри муфты.
Стандарт ТУ 3665-027-002175515-02
Типоразмер ШНШ.М ¾ ШНШ.М 7/8 ШНШ.М3/4х7/8 ШНШ.М 7/8х1
Наружный диаметр, мм 45 53 53 55,6
53
Длина, мм 495 507
Разрывное усилие, кгс 14000 20000 20000 20000
20000
Типоразмер ШН 3/4 ШН 7/8 ШН 3/4; ШН7/8; присоединяемой штанги ШН 7/8 ШН 1
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 уменьшения износа штанговой колонны и труб НКТ, на штангах рекомендуется использование центраторов. Центраторы могут быть неподвижными, устанавливаемые непосредственно на тело штанги методом литья под давлением. Центраторы вращающиеся, размещаются между упорами на теле штанги и могут вращаться на теле штанги. Кроме защиты от износа, центраторы препятствуют образованию отложений внутри труб НКТ и повышают межремонтный срок эксплуатации скважины.
Материал центраторов – износостойкий, нейтральный к нефтепродуктам пластик, армированный стекловолокном. Конструкция и размеры скребков защищены Российскими патентами.
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 применяют штанги, 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.
Для регулирования положения плунжера относительно цилиндра скважинного насоса используют короткие штанги - «метровки» длиной 1000...3000 мм. Длина обычной штанги 8000 мм.
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.
Необходимо отметить, что наиболее приемлемыми для затяжки резьбовых соединений являются механические ключи с гидро- и электроприводом, позволяющие свинчивать штанги со строго определенным моментом.