1. Насосные штанги. Назначение, классификация

а) наземное оборудование — станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

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)

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.

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

20000

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.

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.

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.

Расчет и конструирование колонны штанг

Во время двойного хода (цикла) нагрузка на штанги переменна, поэтому при расчете штанг на прочность исходят не из максимальных напряжений, определяющих статическую прочность, а из «приведенного» напряжения, учитывающего циклический характер приложения нагрузки.

Изобретение относится к области добычи нефти. Способ изготовления насосной штанги, включающий получение заготовки и ее обработку. В качестве заготовки используют штангу, выработавшую не менее 80% ресурса в насосной колонне, которую обрабатывают на меньший типоразмер тела. Изобретение позволит обеспечить надежность при повышении суммарного срока службы штанги. 1 ил.

Изобретение относится к области добычи нефти.

Известен способ изготовления насосной штанги включающий получение заготовки и ее обработку - см. ГОСТ 13877-80 на "Штанги насосные и муфты к ним" (технические условия), стр.9.

В качестве заготовки при таком способе изготовления штанги (например, ШН22) используется стандартный прокат - пруток 22 мм, одной из рекомендованных этим ГОСТом марок сталей. В процессе обработки прутка производят горячую высадку головок штанги, термообработку и нарезку резьбы на ее концах.

Недостаток такого способа заключается в малой надежности.

Малая надежность способа объясняется малой долговечностью изготовленных с его применением насосных штанг, так как при их эксплуатации в коррозионных условиях происходит коррозионный и механический износы поверхностного слоя штанги и последующий ее обрыв или выбраковка; причем коррозионный износ на конечной стадии эксплуатации штанги происходит значительно быстрее, чем в начале эксплуатации.

Известен другой способ изготовления насосной штанги, включающий получение заготовки и ее обработку - см. тот же источник, стр.9.

По своим признакам и достигаемому результату этот способ наиболее близок к заявляемому и принят за прототип.

В качестве заготовки при этом способе изготовления штанги (например, ШН19) используется также стандартный прокат пруток 19 мм. Эта штанга эксплуатируется при более низких нагрузках (например, внизу штанговой колонны), но при работе примерно в тех же коррозионных условиях долговечность ее остается фактически на прежнем уровне.

Задачей изобретения является повышение надежности способа.

Для решения этой задачи усовершенствуется способ изготовление насосной штанги, включающий получение заготовки и ее обработку.

Усовершенствование состоит в том, что в качестве заготовки используют штангу, выработавшую часть ресурса в насосной колонне, которую затем обрабатывают на меньший типоразмер тела.

В варианте исполнения способа в качестве заготовки используют штангу, выработавшую не менее 80% ресурса.

Использование в качестве заготовки штанги, выработавшей часть ресурса в насосной колонне, исключает эксплуатацию ее в процессе ускоренной коррозии и механического износа, то есть при сниженной надежности штанги в конце эксплуатации (ресурса).

Обработка штанги на меньший типоразмер тела позволяет полноценно использовать ее еще раз в работе одной из насосных колонн.

Выполнение способа изготовления насосной штанги по изобретению обеспечивает повышение его надежности при увеличении суммарного (с исходным диаметром тела и после обработки) срока службы штанги, например в 1,5 раза.

Выполнение способа с использованием в качестве заготовки штанги, выработавшей не менее 80% ресурса, еще больше повышает ее суммарный срок службы.

Ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж дается описание способа по изобретению; тонкими линиями показана штанга-заготовка (короткими тонкими линиями показано коррозионное поражение ее поверхностного слоя).

При реализации предлагаемого способа в качестве заготовки используют штангу 1 (например, ШН22), выработавшую часть ресурса в штанговой колонне и имеющей пораженный механически или коррозией 2 поверхностный слой 3.

Производят механическую (токарную) обработку по крайней мере тела штанги 1 до меньшего типоразмера (ШН19) с последующей обкаткой (благодаря чему удаляется пораженный коррозией слой тела и исключается дальнейшее ускоренное коррозионное его разрушение, создается новый несущий поверхностный слой и обеспечивается полноценное использование штанги в режиме, допускаемом новым типоразмером ее тела, за счет чего увеличивается суммарный с заготовкой эксплуатационный ресурс штанги, например в 1,5 раза). При этом могут быть обработаны на меньший типоразмер и другие элементы штанги 1 (на чертеже не показано).

В варианте исполнения способа в качестве заготовки используют штангу 1, выработавшую не менее 80% ресурса, например, из-за коррозионного поражения (благодаря чему ресурс эксплуатации штанги еще более увеличивается).

Предлагаемый способ изготовления насосной штанги (благодаря увеличению срока ее безаварийной эксплуатации) имеет повышенную надежность.

Формула изобретения

1. Способ изготовления насосной штанги, включающий получение заготовки и ее обработку, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют штангу, выработавшую часть ресурса в насосной колонне, которую обрабатывают на меньший типоразмер тела.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют штангу, выработавшую не менее 80% ресурса.

Поиск патентов

ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

Поиск по сайту

способ изготовления непрерывной насосной штанги

Классы МПК: B23K31/00 Способы пайки, сварки или резки, предназначенные для специальных целей или для изготовления особых изделий, не отнесенные к какой-либо одной из основных групп 1/00

B23K101/04 трубчатые или полые изделия

E21B17/22 штанги или трубы винтовой конструкции

Автор(ы): ЛАБОНТЕ Давид (CA), ДЖЕРЕЛАК Рики (CA)

Патентообладатель(и): УИЗЕРФОРД КЭНАДА ПАРТНЕРШИП (CA)

Приоритеты: подача заявки:

2003-06-27публикация патента:

10.04.2008

Линия Розлива Бутылок ПЭТ!

Линии розлива любых жидкостей! От 400 до 32000 бут/час. Пр-во Россия, Китай, Европа.

ПОДРОБНЕЕ

METAGRUP.RU

Яндекс.Директ

Изобретение относится к области изготовления непрерывных насосных штанг. Из множества исходных прутков в бухтах выбирают те, обладающие одинаковой однородной твердостью по длине и от бухты к бухте. Сваривают сваркой оплавлением соседние свободные концы исходных прутков в бухтах с получением непрерывной длинной штанги. Обрабатывают каждую из образовавшихся зон термического влияния для уменьшения неоднородностей, вызванных сваркой. Сматывают полученную насосную штангу в бухту. Повышается производительность изготовления насосных штанг и уменьшаются капитальные затраты при сохранении основных свойств, предъявляемых к насосным штангам. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.способ изготовления непрерывной насосной штанги, патент № 2321483

Рисунки к патенту РФ 2321483

способ изготовления непрерывной насосной штанги, патент № 2321483 способ изготовления непрерывной насосной штанги, патент № 2321483 способ изготовления непрерывной насосной штанги, патент № 2321483

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к упрощенному способу и оборудованию для изготовления непрерывных насосных штанг.

Предпосылки создания изобретения

В нефтяных и газовых буровых скважинах насос, расположенный в забое скважины, соединяется «приводной колонной» с приводной системой, расположенной на поверхности. Обычные насосные штанги представляют собой длинные стальные стержни длиной 20-30 футов (6-9 м). Приводная колонна традиционной конструкции состоит из ряда обычных насосных штанг с соединительными приспособлениями на каждом конце каждой обычной насосной штанги, обеспечивающими соединение соседних штанг встык. Напротив, непрерывная насосная штанга представляет собой единый стержень, состоящий из непрерывного куска стали удлиненной формы. Таким образом, непрерывная насосная штанга не имеет множества мест соединения, включенных в систему соединенных обычных насосных штанг. Каждое место соединения двух последовательных обычных насосных штанг является источником возможного ослабления конструкции и избыточного износа соседних с ним участков буровых и обсадных труб. Однако применение непрерывных насосных штанг может быть связано с дополнительными затратами.

Длина приводной колонны может изменяться от сравнительно небольших значений порядка 500 футов (150 м) до 10000 футов (3000 м) и более, в зависимости от глубины скважины и желаемого местоположения насоса в забое скважины. Непрерывные насосные штанги, как правило, изготовляются и хранятся до поставки на больших транспортных барабанах. Эти транспортные барабаны имеют максимальный диаметр приблизительно 19-20 футов (5,8-6,1 м), но их диаметр может быть и меньшим, вплоть до 9-10 футов (2,75-3,05 м) (максимальный диаметр барабанов определяется ограничениями, сопряженными с их транспортировкой). Намотанный полностью барабан может содержать непрерывную насосную штангу длиной свыше 6000 футов (1830 м), в зависимости от диаметра штанги.

Свойства стали, применяемой для любой насосной штанги приводной колонны, как обычной, так и непрерывной, зависят от характеристик скважины и характеристик приводной системы и насосной системы, применяемых для эксплуатации скважины. Насосные штанги обычно классифицируют по маркам, в зависимости от их пригодности для применения в определенном диапазоне нагрузок и/или условий окружающей среды, например, содержания H2 S в скважине. Конструкция непрерывной насосной штанги должны быть такой, чтобы ее можно было достаточно туго наматывать на транспортный барабан для обеспечения его плотного заполнения, а затем править у скважины, превращая ее в приводную колонну, без потери желаемых для эксплуатации свойств прочности и стойкости к воздействию окружающей среды. Наматывание непрерывной насосной штанги на транспортные барабаны иногда вызывает остаточную деформацию при наматывании на транспортный барабан и последующей правке в полевых условиях для эксплуатации.

В канадском патенте № 942585 на имя Палинчука (Palynchuk) описан один из оригинальных способов изготовления непрерывной насосной штанги. Согласно Палинчуку, для изготовления непрерывной насосной штанги берут ряд исходных прутков в бухтах, соединяют концы прутков в бухтах между собой и подвергают соединенные прутки в бухтах ряду операций обработки. Прутки в бухтах также подвергают горячей обработке для превращения круглого сечения в овальное по всей длине непрерывной насосной штанги. Овальное поперечное сечение позволяет наматывать непрерывную насосную штангу на транспортный барабан в направлении ее меньшего диаметра, что снижает степень остаточной пластической деформации непрерывной насосной штанги. Непрерывные насосные штанги овального сечения применяются, как правило, в установках с возвратно-поступательными насосами.

Скважины для добычи тяжелых нефтей чаще всего эксплуатируются с применением роторных объемных насосов с эксцентрическим винтом (известных специалистам как насосы с перемещающимися полостями или progressive cavity pump). Роторные объемные насосы имеют вращательный привод и, следовательно, приводная колонна, используемая в этих установках, также вращается. Насосные штанги овального сечения непригодны для установок с вращающимися приводными колоннами вследствие эксцентрических нагрузок, возникающих при вращении, и повышенного износа колонны труб. Кроме того, влияние пластической деформации на рабочие характеристики насосной штанги при вращающейся приводной колонне уменьшается, поскольку на колонну действует скручивающее усилие, и вращающиеся приводные колонны не подвергаются высоким циклическим сжимающим/растягивающим нагрузкам, которые действуют на них в установках с возвратно-поступательными насосами. Поэтому дорогостоящие непрерывные насосные штанги овального сечения, подобные изобретенным Палинчуком, как правило, не применяются в установках с вращательными приводами. В этом случае более пригодными являются насосные штанги круглого поперечного сечения и непрерывные насосные штанги.

Сталь, применяемая для изготовления непрерывных насосных штанг, поступает со сталепрокатных предприятий в форме необработанного прутка в бухтах. Эта сталь выпускается сталепрокатными предприятиями в соответствии с техническими требованиями, устанавливаемыми производителями насосных штанг. Известно, что для производства насосных штанг, пригодных для большинства случаев применения в нефте- и газодобыче, пригодна сталь, соответствующая стандарту ASTM A576 и дополнительным требованиям S7, S8, S11, S12 и S18. Для удовлетворения этих требований сталь, используемую в производстве исходного прутка в бухтах, специально легируют известными способами с целью получения марки стали с соответствующей прокаливаемостью, прочностью, ударной вязкостью, коррозионной стойкостью, усталостной прочностью, беспримесностью на микроуровне и свариваемостью.

Однако твердость и, соответственно, прочность на растяжение стальных прутков в бухтах, поставляемых со сталепрокатного предприятия в необработанной форме, неоднородны, сильно изменяются по длине отдельных прутков в бухтах и от бухты к бухте, а также относительно низки. Поскольку прочность на растяжение является одним из определяющих показателей качества для насосной штанги в целом, стальные прутки в бухтах в процессе изготовления непрерывной насосной штанги необходимо подвергать обработке по всей их длине с целью обеспечения соответствия требованиям к прочности на растяжение и однородности этого показателя по всей длине непрерывной насосной штанги. Исходные прутки в бухтах, получаемые со сталепрокатных предприятий при производстве их по известной технологии, как правило, имеют весьма низкую твердость вследствие особенностей химического состава и процессов изготовления, применяемых на этих предприятиях.

Как правило, для получения одной непрерывной насосной штанги желаемой длины необходимо соединять встык сваркой оплавлением концов нескольких необработанных прутков в бухтах. Эти концы обычно соединяют сваркой оплавлением, вследствие чего вблизи зоны сварки образуются зоны термического влияния, которые следует подвергать обработке с целью снятия напряжений и пластической деформации, возникающих в процессе сварки. Без такой обработки зоны термического влияния могут стать местами возможного ослабления, которое может привести к разрушению непрерывной насосной штанги в процессе эксплуатации.

Известные в технике способы обработки штанги по всей длине предусматривают выполнение ряда операций аустенизации, закалки и отпуска, которые обеспечивают получение готовой непрерывной штанги с постоянной твердостью и прочностью, а также уменьшают осложнения, возникающие в зонах термического влияния при сварке. Штангу необходимо выпрямить и подвергнуть многим из этих операций по всей ее длине. Обычно для того, чтобы подвергнуть непрерывную насосную штангу всем необходимым операциям, требуются две или три последовательные технологические линии, причем штанга разматывается из бухты, распрямляется, подвергается обработке при прохождении через каждую линию, сматывается в бухту, транспортируется к началу следующей линии, разматывается из бухты, распрямляется для прохождения через следующую линию и т.д.

Таким образом, известные способы изготовления непрерывной насосной штанги требуют применения дорогостоящего тяжелого капитального оборудования и крупного стационарного производственного помещения для реализации способа. Такие операции, как естественное охлаждение, требуют большого открытого пространства в производственном помещении для обеспечения выдерживания штанги большой длины в течение требуемого времени, и некоторые современные цеха, работающие по известной технологии, могут иметь длину до 300 футов (90 м) и более. В результате известные способы требуют значительных капитальных затрат.

В последнее время предлагаются способы, направленные на снижение упомянутых капитальных затрат путем применения штанг длиной 40 футов (12 м), которые транспортируются непосредственно к скважине и свариваются там с применением «переносной» установки (см. Уидни и др. - Widney et al., канадский патент 2,317,291). Недостатком таких способов является высокая трудоемкость применения в отдаленных районах.

Имеется потребность в способе изготовления непрерывной насосной штанги, обеспечивающем уменьшение количества необходимых операций обработки без ухудшения основных свойств, необходимых для достижения применимости штанги в конкретных условиях нагрузки и окружающей среды. Предпочтительно также создание способа, позволяющего снизить капитальные затраты на оборудование и вспомогательные устройства и тем самым удешевить процесс.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеупомянутые потребности производителей непрерывных насосных штанг, а также другие потребности.

Предлагается способ изготовления непрерывной насосной штанги в бухте, включающий следующие операции:

(a) отбор множества исходных прутков в бухтах, имеющих одинаковую однородную твердость, причем каждый исходный пруток в бухте имеет два свободных конца;

(b) сварка оплавлением соседних свободных концов соседних исходных прутков в бухтах с получением непрерывной длинной штанги, так что при упомянутой сварке оплавлением образуются зоны сплавления и зоны термического влияния вблизи каждой зоны сплавления;

(c) обработка каждой из упомянутых зон термического влияния для уменьшения неоднородностей, возникших при сварке оплавлением;

(d) сматывание полученной насосной штанги в бухту.

В альтернативном варианте способ может содержать следующие операции:

(a) отбор одного или нескольких исходных прутков в бухтах с одной и той же совместимой твердостью, причем каждый исходный пруток в бухте имеет два свободных конца;

(b) контроль упомянутых исходных прутков в бухтах на наличие дефектов;

(c) маркировка упомянутых дефектов;

(d) удаление упомянутых дефектов с образованием дополнительных свободных концов в упомянутом исходном прутке в бухте;

(e) сварка оплавлением соседних свободных концов с получением непрерывной длинной штанги, так что при упомянутой сварке оплавлением образуются зоны сплавления и зоны термического влияния вблизи каждой зоны сплавления;

(f) обработка каждой из упомянутых зон термического влияния для уменьшения неоднородностей, возникших при сварке оплавлением;

(g) сматывание полученной насосной штанги в бухту.

Этот способ устраняет необходимость в тяжелом оборудовании и обеспечивает уменьшение необходимой площади и затрат времени, тем самым снижаются капитальные затраты и обеспечивается возможность применения переносного оборудования.

Краткое описание фигур

На Фиг.1 схематически представлен известный в технике способ изготовления непрерывной насосной штанги.

На Фиг.2 схематически представлен способ изготовления непрерывной насосной штанги по настоящему изобретению.

На Фиг.3 схематически представлен альтернативный вариант способа изготовления непрерывной насосной штанги по настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На Фиг.1, представляющей известный способ, иллюстрированы операции известного в технике способа, согласно которому сталь со сталепрокатного предприятия отбирается без предъявления требований однородности прочности на растяжение от бухты к бухте и по длине исходного прутка, предназначенного для изготовления непрерывной насосной штанги. Как видно из Фиг.1, этот способ предусматривает использование трех технологических линий - Линии 1 (50), Линии 2 (60) и Линии 3 (90).

На Линии 1 стальной пруток в бухтах, поступающий со сталепрокатного предприятия (не показано), разматывается на разматывателе (52), затем правится на машине (54) для холодной правки, после чего проходит через первую установку (56) для стыковой сварки оплавлением. На установке (56) для стыковой сварки оплавлением производится только сваривание оплавлением концов прокатанных прутков для соединения одного конца одного прутка с концом следующего прутка с целью получения непрерывного удлиненного стального изделия. После прохождения через установку для стыковой сварки оплавлением сталь поступает на рабочий барабан (58) большого диаметра для хранения до начала работы на Линии 2.

На Линии 2 сталь сматывается с рабочего барабана (58) и вначале проходит через установку (62) для водоструйного снятия окалины, а затем через линию (64) термообработки. Линия (64) термообработки включает индуктор (66) для аустенизации штанги, валковые клети (68) для прокатки с целью уменьшения поперечного сечения штанги в случае необходимости, закалочную установку (70), второй индуктор (72) для нагревания и секцию естественного охлаждения (73) и охладительный резервуар (74) для охлаждения. Цель операций, выполняемых на линии (64) термообработки, помимо обработки в валковых клетях (68), заключается в структурном преобразовании стали на атомном уровне, в результате которого достигается имеющая решающее значение однородная твердость и определяемая ею прочность на растяжение, необходимая для выдерживания заданной нагрузки и стойкости в условиях окружающей среды промысла. Как видно из Фиг.1, линия (64) термообработки сама по себе включает многочисленное тяжелое оборудование и требует значительной площади. После прохождения через линию (64) термообработки сталь в пределах Линии 2 проходит через установку (76) для упрочняющей дробеструйной обработки и дефектоскоп (78) на вихревых токах с целью обнаружения дефектов, а затем поступает на приемный барабан (80).

На Линии 3 (90) производится ряд отделочных операций, в том числе удаление дефектов, обнаруженных на Линии 2. Линия 3 (90) включает установку (92) для стыковой сварки оплавлением, небольшую установку (94) для термообработки и установку (96) для нанесения антикоррозионного покрытия. После прохождения через Линию 3 непрерывная насосная штанга поступает на транспортный барабан (98) для транспортировки согласно указаниям заказчика.

На Фиг.2 представлен предпочтительный вариант осуществления способа изготовления по настоящему изобретению.

Начальной операцией способа является отбор материала исходных прутков в бухтах (10), имеющий решающее значение. Исходные прутки в бухтах (10) поступают со сталепрокатного предприятия в состоянии после горячей прокатки, имеют желаемый диаметр и заданное поперечное сечение, например круглое сечение. Исходный пруток в бухте (10) имеет состав, пригодный для насосной штанги. Для удовлетворения известных требований к стали, обеспечивающих ее пригодность для эксплуатации в качестве насосных штанг, исходный пруток в бухте (10) предпочтительно представляет собой горячекатаную сталь, соответствующую по качеству требованиям к специальной прутковой стали (Special Bar Quality) по стандарту ASTM A576 и дополнительным требованиям ASTM A576 - S7, S8, S11, S12 и S18, однако могут применяться и другие известные стандарты и технические условия, обеспечивающие изготовление пригодных к эксплуатации насосных штанг. Однако в настоящем изобретении, включающем критерии отбора исходного материала для исходных прутков в бухтах (10), имеется дополнительное требование - характеристика прокаливаемости исходных прутков в бухтах (10) в состоянии после прокатки должна быть однородной по длине и поперечному сечению прутка в пределах бухты и между бухтами, подлежащими соединению и иметь заданное предельное значение в пределах заданного диапазона с целью обеспечения однородной минимальной прочности на растяжение. Этим требованием способ по настоящему изобретению отличается от известного способа, в котором однородность твердости и, соответственно, прочности на растяжение исходных прутков в бухтах (10) в пределах заданного диапазона или граничных значений не определяется.

Для удобства исходные прутки в бухтах (10) для обеспечения качества продукции, изменяющегося в разумных пределах, можно отбирать с учетом соответствия различным маркам согласно современной производственной практике. Количество марок и соответствующие диапазоны характеристик выбирают с учетом возможности применения нескольких марок (вопросов производства и запасов). Выбор сортамента зависит от конкретного назначения изготовляемой приводной колонны.

Минимальная прочность на растяжение, требуемая для любого конкретного случая применения, определяется максимальной нагрузкой, ожидаемой в процессе эксплуатации. Поскольку, как известно, воздействие H2 S вызывает разрушение стальных насосных штанг в случае, если их твердость превышает некоторый предел, то потенциальное воздействие H2S определяет максимальный верхний предел допустимой твердости и, соответственно, максимальную прочность на растяжение насосной штанги, если насосная штанга предназначена для эксплуатации в присутствии H2S. Целесообразно учитывать также показатели стоимости, которая, как правило, возрастает с повышением прочности штанги.

Твердость и прочность на растяжение, заданные для исходных прутков в бухтах, могут быть достигнуты путем введения в сталь известных легирующих элементов, например бора, хрома и т.п., в соответствии с известными способами. Выбор легирующих элементов и применяемых способов определяется условиями конкретного сталепрокатного предприятия и процесса передела, применяемого для изготовления исходных прутков в бухтах. Ранее сталепрокатными предприятиям, производящим прутки в бухтах для использования их в известном способе, не было необходимости учитывать эти соображения при производстве исходных прутков в бухтах, поскольку требования в отношении допустимой твердости и соответствующей разрывной прочности не выдвигались. Естественно, выбранные легирующие добавки и применяемые способы не должны отрицательно влиять на другие желаемые свойства изготовляемых насосных штанг.

Прокаливаемость характеризует склонность стали к закаливанию по глубине и по ширине. Закаливанию стали содействует быстрое охлаждение стали от некоторой критической температуры. Закаливание достигается введением в сталь элементов, способствующих повышению твердости, например, углерода, марганца, хрома, никеля и бора. По соображениям экономичности обычно применяются углерод и марганец. В разработанных в последнее время «микролегированных» сталях применяются титан, ванадий и ниобий в очень малых количествах. Твердость обеспечивает прочность, которая является ключевым конструкционным параметром при разработке колонны штанг. Твердость (прочность) материала непрерывной насосной штанги должна обеспечивать достаточное сопротивление возникающим напряжениям.

Предел прочности на растяжение (UTS) - это наибольшая нагрузка, которую может выдержать материал. UTS пропорционален твердости и достигается тем же путем, что и закаливаемость. Предел текучести - это предел упругости материала. Предел текучести является характеристикой микроструктуры штанги, и два материала, имеющих одно и то же значение UTS, но разные микроструктуры, могут иметь различные значения предела текучести. Легирование материала способствует образованию микроструктуры, для которой характерно повышенное отношение UTS к пределу текучести. Для повышения как обоих показателей, так и их отношения можно использовать микролегирующие элементы. Непрерывные насосные штанги подвергаются относительно высоким нагрузкам, и поэтому для них следует использовать материалы с достаточно высоким UTS. Материал с повышенным отношением UTS к пределу текучести позволяет изготовить более жесткую штангу (в смысле требующую более высокой энергии для разрушения) и может иметь улучшенные усталостные свойства.

Сталь состоит из микроскопически малых зерен. Более мелкозернистые стали имеют более высокую ударную вязкость и прочность, чем крупнозернистые. Существуют разнообразные способы получения мелкозернистых сталей. В настоящем изобретении для подавления роста зерна применяется легирование, хотя данные, свидетельствующие о предпочтительности такого способа, отсутствуют. Горячекатаные углеродистомарганцевые стали, микролегированные ванадием, при пониженных температурах прокатки дают улучшенную структуру в отношении величины зерна. Более мелкие зерна обеспечивают улучшенные показатели ударной вязкости и усталостной прочности, и материалы с такими зернами менее склонны к разрушению по границам зерен.

В случаях, когда составной частью общего способа изготовления продукции является стыковая сварка оплавлением, выбор углерода, в качестве повышающего твердость элемента, является неблагоприятным в связи с возможностью охрупчивания или обезуглероживания в процессе сварки, которое может привести к нежелательному ослаблению или охрупчиванию сварного соединения. Поэтому испытанию в соответствии с настоящим изобретением была подвергнута углеродисто-марганцевая сталь, легированная ванадием. Такая сталь обеспечивает получение прочных швов, более близких по свойствам к основному материалу штанги.

Усталостная нагрузка имеет место при приложении в течение длительного времени повторяющейся нагрузки, величина которой ниже предела прочности материала на растяжение. Усталостные разрушения развиваются постепенно и часто начинаются с поверхностного дефекта. После многократных циклов приложения-снятия нагрузки может возникнуть трещина, распространяющаяся по поперечному сечению. Усталостные свойства можно повысить путем микролегирования, применения соответствующего режима прокатки и термообработки. Добавка ванадия может обеспечить получение мелкозернистой стали с повышенной усталостной прочностью. Непрерывные насосные штанги часто разрушаются по усталостному механизму. Поэтому повышение сопротивления усталости обеспечивает увеличение срока службы штанги.

Различные стали корродируют под действием агрессивной окружающей среды с различными скоростями. Типичными механизмами коррозии в условиях нефтяных скважин являются электрический и механический. Для создания материалов с повышенной коррозионной стойкостью в условиях нефтепромыслов также часто используют легирование. Одним из материалов, которые считаются в промышленности пригодными для применения в условиях нефтепромыслов, является углеродисто-марганцевая сталь. Приемлемая коррозионная стойкость увеличивает срок службы непрерывной насосной штанги.

Лабораторные и полевые испытания были проведены с использованием углеродисто-марганцевой стали, микролегированной ванадием и ниобием, полученной от фирмы Stelco Inc. (Гамильтон, Онтарио, Канада), идентифицированной как 1.031 Grade X.

После отбора исходных прутков в бухтах согласно вышеуказанным требованием возможно выполнение остальных операций предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Как видно из Фиг.2, исходный пруток в бухте (10), отобранный и поставленный со сталепрокатного предприятия в соответствии с вышеуказанными требованиями, поступает на подготовительный участок производственной установки для предварительного осмотра. Исходный пруток в бухте (10) подвергают визуальному осмотру для обнаружения поверхностных дефектов и перегибов. Если такие дефекты выходят за пределы, допускаемые техническими условиями, их следует промаркировать для последующего вырезания или исправления. Если плотность дефектов высока, то исходный пруток в бухте (10) можно отбраковать до обработки.

Исходный пруток в бухте (10) помещают на оправку разматывателя (12) и удаляют транспортные крепежные ленты (не показаны). Разматыватель (12) поддерживает исходный пруток в бухте (10) и облегчает упорядоченное разматывание исходного материала без запутывания и перегибов. Разматыватель (12) применяют для разматывания исходного прутка в бухте (10) известным способом.

После разматывания штанга проходит через двухосную многороликовую машину (16) для холодной правки, на которой производится операция холодной правки. Предпочтительно свитой в бухту стальной материал правят в динамическом режиме по вертикальной и горизонтальной осям так, чтобы обеспечить успешную правку даже материала с относительно высоким пределом текучести до соответствия промышленным стандартам, например, API 11 В (согласно которому на калибровочной длине 11 дюймов (28 см) максимальная допустимая стрела прогиба равна 0,065 дюйма (0,7 см), или суммарное индикаторное биение (TIR) 0,130 дюйма (1,43 см)). Машина (16) для холодной правки осуществляет правку и поступательное перемещение штанги известным способом, обеспечивая пластическую деформацию поступающей штанги в направлении, противоположном направлению изгибания стали при сматывании исходного прутка в бухту (10). Надлежащая правка штанги в процессе изготовления предотвращает принятие штангой «волнистой» формы после наматывания на транспортный барабан и последующего сматывания с транспортных барабанов при изготовлении приводной колонны в полевых условиях. Хотя в некоторых условиях волнистая штанга может оказаться работоспособной, заказчики обычно требуют поставки прямой штанги, которая является более желательным и конкурентоспособным изделием.

После выхода из машины (16) для холодной правки штанга проходит через установку (20) для стыковой сварки оплавлением. Установка (20) для стыковой сварки оплавлением включает автоматическую машину (21) для стыковой сварки оплавлением. Каждый исходный пруток в бухте (10) имеет свободные концы в начале и в конце прутка в бухте. Дополнительные свободные концы в пределах исходного прутка в бухте (10) возникают при вырезании маркированных дефектов (как описано ниже). Вырезание производится с помощью ножниц или газового резака (не показанных на рисунке). Машина (21) для стыковой сварки оплавлением используется для сваривания оплавлением соседних свободных концов (14) исходных прутков в бухтах с образованием непрерывной штанги независимо от того, являются ли эти свободные концы соседними концами, образующимися после вырезания дефекта, или свободными концами одного прутка в бухте и следующего прутка в бухте.

При стыковой сварке оплавлением свободные концы соединяются следующим образом. Соседние свободные концы зажимаются в соосно-противоположном положении двумя электродами противоположной электрической полярности. Один электрод неподвижен, а второй может перемещаться в осевом направлении. Когда на электроды подается энергия, штанга становится проводником тока большой силы. Электрический ток, проходящий через штангу, превращается в тепло вследствие наличия электрического сопротивления штанги. Концы штанги на короткое время нагреваются до температуры плавления стали, после чего быстро прижимаются друг к другу под действием подвижного электрода. В процессе сварки оплавлением образуются зона сплавления и зона термического влияния. Зона термического влияния обычно охватывает 1-2 дюйма (2,5-5 см) с каждой стороны от зоны сплавления (зоны сварки). Сваренная штанга кратковременно выдерживается в положении с прижатыми концами во время охлаждения зоны термического влияния и зоны сплавления. После охлаждения зажимы электродов раскрываются, и зона термического влияния шлифуется и полируется до соответствия требованиям к размерам тела штанги.

После охлаждения зону термического влияния, прилегающую к каждой сварной зоне, следует обработать для уменьшения степени неоднородностей, возникающих при стыковой сварке оплавлением. Эта обработка осуществляется в установке (20) для стыковой сварки оплавлением. Зону термического влияния вновь зажимают в электродах машины (21) для стыковой сварки оплавлением и подвергают отпуску известным образом для снятия напряжений. Например, зону термического влияния можно нагреть до температуры 560°С, которая лежит существенно ниже точки Ас1 (т.е. температуры начала образования аустенита при нагревании), выдержать для снятия напряжений в течение приблизительно 30 с, а затем охладить на воздухе в условиях окружающего пространства. Снятие напряжений обеспечивает отсутствие в зоне сварки остаточных напряжений, возникающих в процессе сварки. После завершения процесса снятия напряжений все сварные швы проверяются на отсутствие трещин и неполного сплавления с применением стандартной методики контроля с применением магнитных частиц.

После завершения стыковой сварки оплавлением свободных концов сваренную оплавлением штангу выводят из установки (20) для стыковой сварки оплавлением.

После выхода из установки (20) для стыковой сварки оплавлением штангу предпочтительно сразу же пропускают через многобарабанную установку (22) для упрочняющей дробеструйной обработки, хотя эта операция не является обязательной во всех вариантах осуществления. В установке (22) для дробеструйной обработки происходит удаление окалины со стали и механическое упрочнение (наклеп) внешней поверхности штанги. Насосные штанги обычно выходят из строя в результате усталостного разрушения вследствие распространения мелких поверхностных дефектов, особенно трещин. Поскольку трещины распространяются только под действием растягивающих напряжений, вершины трещин не раскрываются дальше, если у вершины сохраняется результирующее сжимающее напряжение, возникшее в результате дробеструйной обработки, и таким образом обеспечивается увеличение срока службы непрерывной насосной штанги и повышенная усталостная прочность вследствие сжимающих напряжений, наведенных на поверхности штанги. Кроме того, на месте прокатной окалины, не удаленной с поверхности стали, может возникать щелевая коррозия. Щелевая коррозия представляет собой локализованную форму коррозии, связанной с наличием малых объемов застаивающегося раствора, в данном случае в полостях, возникающих вследствие неплотного сцепления окалины с поверхностью стали. Дробеструйная обработка эффективно удаляет окалину и обеспечивает чистоту поверхности, не содержащей участков, склонных к предпочтительной коррозии. Однако следует иметь в виду, что для очистки от окалины и/или для обеспечения поверхностного сжатия штанги можно применять и другие способы, и что продукция с повышенным сопротивлением растрескиванию, получаемая путем дробеструйной обработки, является факультативным вариантом, хотя и повышенного качества.

После дробеструйной обработки поверхность штанги подвергают факультативному контролю с использованием дефектоскопа (23) на вихревых токах. Дефекты достаточной величины помечаются для вырезания приспособлением (24) для маркировки. На рынке имеются и другие известные средства для обнаружения дефектов. Однако контроль с применением вихревых токов является предпочтительным способом вследствие воспроизводимости его результатов и относительной простоты использования для непрерывного контроля.

После маркировки и идентификации каждого дефекта штангу останавливают и возвращают в установку (20) для стыковой сварки оплавлением. Используют ножницы или газовый резак, входящий в состав установки (20) для стыковой сварки оплавлением, для вырезания дефектов с образованием двух новых свободных концов, которые следует соединять между собой с применением машины (21) для стыковой сварки оплавлением таким же образом, как соединяются свободные концы прутков в бухтах. Затем новый шов пропускают через установку (22) для дробеструйной обработки и дефектоскоп (23) с целью повторного контроля.

Из вышеизложенного очевидно, что штанга непрерывно проходит через разматыватель (12) и машину (16) для холодной правки и не останавливается при первом прохождении через установку (20) для стыковой сварки оплавлением до достижения свободного конца исходного прутка в бухте (10). Свободный конец исходного прутка в бухте (10) сваривается с соседним свободным концом следующего исходного прутка в бухте (10), который проходит через разматыватель (12) и машину (16) для холодной правки таким же образом, как предыдущий исходный пруток в бухте. Штанга, свободно проходящая через установку (20) для стыковой сварки оплавлением, далее непрерывно проходит через установку (22) для дробеструйной обработки и дефектоскоп (23). Однако в случае, если в процессе обнаружения дефектоскопом дефекта, помечаемого для вырезания, процесс необходимо останавливать и возвращать штангу в положение, когда дефект устанавливается в начале установки (20) для стыковой сварки оплавлением, где дефект удаляется, как описано выше, с образованием двух новых прилежащих друг к другу свободных концов, которые затем необходимо сваривать в установке (20) для стыковой сварки оплавлением с образованием зон термического влияния, которые обрабатываются, как описано выше. После этого штанга вновь начинает перемещаться непрерывно, причем зона сплавления и зона термического влияния нового места сварки проходят через установку (22) для дробеструйной обработки и контролируются затем дефектоскопом (23). В случае обнаружения дополнительных дефектов в зоне сплавления и зоне термического влияния или в любом другом месте штанги возврат в установку (20) для стыковой сварки оплавлением можно повторять. В противном случае штанга проходит в следующую часть установки.

Операции контроля и маркировки дефектов и возврата штанги для устранения этих дефектов являются предпочтительными, но факультативными.

На выходе процесса длина штанги точно измеряется с помощью цифрового кодирующего устройства (25), смонтированного на ролике, катящемся по движущейся штанге, или иного пригодного для этого устройства. Точное измерение длины штанги гарантирует соответствие отдельных колонн штанг требованиям заказчика и соответствие намотанных в навал барабанов штанги допустимым пределам веса, соответствующим условиям транспортировки.

После измерения штангу пропускают через ванну (26) с ингибитором атмосферной коррозии, который предотвращает ржавление непрерывной насосной штанги при хранении на складе. Ингибитор наносят на движущуюся штангу с помощью насоса, а избыток ингибитора стирается до выхода штанги из резервуара с ингибирующим составом. Затем штанга с защитным покрытием проходит через ряд валков, обеспечивающих наматывание штанги на транспортный барабан (28) с получением готовой штанги (30) в бухте для хранения на складе и безопасной отгрузки на промысел.

Готовая штанга в бухте (30) имеет заданный предел или диапазон предела текучести. Готовая штанга в бухте (30) пригодна для применения в качестве приводной колонны для ротационного насоса в случаях, когда ее предел текучести достаточен для соответствия условиям максимальной нагрузки, ожидаемой в процессе эксплуатации. Готовая штанга в бухте (30) может быть пригодна также для использования в сочетании с возвратно-поступательным насосом в случаях, когда усталостная прочность не имеет существенного значения.

Согласно альтернативному варианту, можно избежать возврата штанги на вход установки (20) для стыковой сварки оплавлением после идентификации дефектов с помощью дефектоскопа (23) на вихревых токах путем помещения дополнительной установки для стыковой сварки оплавлением непосредственно после дефектоскопа (23). В этом случае свободные концы последовательных исходных прутков в бухтах соединяют в установке (20) для стыковой сварки оплавлением, а вырезание дефектов и сварку дополнительных свободных концов, образующихся при вырезании, осуществляют во второй установке для стыковой сварки оплавлением. В этом варианте зоны сплавления, получаемые во второй установке для стыковой сварки оплавлением, не подвергаются дробеструйной обработке и не контролируются на наличие дефектов.

В другом альтернативном варианте можно поместить установку (22) для дробеструйной обработки и дефектоскоп (23) до установки (20) для стыковой сварки оплавлением. Этот вариант представлен на Фиг.3. Однако, если сварные швы также следует подвергать дробеструйной обработке и контролю (предпочтительный вариант), то штангу перед обеими этими операциями следует возвращать с целью обеспечения зон термического влияния и швов упомянутым операциям.

Из вышеприведенного описания ясно, что настоящее изобретение обеспечивает ряд явных преимуществ по сравнению с известными способами изготовления непрерывных насосных штанг. Способ по настоящему изобретению отличается от известных способов изготовления непрерывных насосных штанг, согласно которым исходные прутки в бухтах поставляются в необработанной форме с различными характеристиками прочности и твердости, и желаемое соответствие прочности и твердости обеспечивается рядом операций аустенизации, закалки и отпуска, применяемыми ко всей штанге (как показано для Линии 2 на Фиг.1, иллюстрирующей известный способ). Отбор исходных прутков в бухтах по желаемой прочности на растяжение и однородным характеристикам твердости устраняет необходимость применения сложных, дорогостоящих и длительных операций на всей длине штанги. Вместо этого применяются операции отпуска и охлаждения на более ограниченных участках зоны термического влияния для более ограниченных целей. Поскольку зона термического влияния ограничена расстоянием 1-2 дюйма (2,5-5 см) по обе стороны от каждого шва, обработке подлежит лишь незначительная часть штанги в отличие от полной длины непрерывной штанги, а операции обработки зон термического влияния относительно просты и кратковременны. При этом снижаются также трудозатраты на единицу длины изготовляемой штанги.

Таким образом, оборудование, необходимое для осуществления предлагаемого способа, значительно менее громоздко, и требования к его стационарному монтажу значительно ниже, чем необходимо при реализации известных способов. Необходима лишь одна технологическая линия. Требуется лишь одна установка для стыковой сварки оплавлением. Используется лишь один разматыватель и машина для холодной правки. Отпадает необходимость в большом открытом пространстве для естественного охлаждения штанги значительной длины, таким образом необходимая длина сооружения значительно уменьшается. Нет необходимости в тяжелом оборудовании для аустенизации, закалки и отпуска.

Следовательно, размеры и длину производственного помещения можно значительно уменьшить. Кроме того, все оборудование, необходимое для реализации способа, можно разместить на нескольких автоприцепах, что обеспечивает возможность транспортирования оборудования и организации осуществления производственного процесса в различных пунктах, в том числе при желании непосредственно на промыслах. Даже при организации производства в постоянных сооружениях местоположение комплекса оборудования можно менять без особых затруднений.

Таким образом, достигается значительное снижение капитальных затрат на оборудование и сооружения, используемые при реализации этого производственного процесса. Согласно оценкам, возможное снижение капитальных затрат может достигать 90% по сравнению с существующими способами.

В описанное изобретение можно вносить несущественные модификации без отхода от существенных характеристик изобретения. Например, нет необходимости в соблюдении стандарта ASTM A576 и любого или всех дополнительных требований S7, S8, S11, S12 и S18 этого стандарта при условии, что выбран материал, пригодный для изготовления насосных штанг. Можно применять также альтернативные способы сварки. Аналогично, можно использовать другие способы обеспечения поверхностного сжатия вместо дробеструйной обработки и другие способы дефектоскопии вместо способа с применением вихревых токов. Как указано выше, в некоторых случаях нет необходимости в правке штанги, однако, как правило, правка обеспечивает получение более конкурентоспособных изделий с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Аналогично, не является обязательным включение в процесс операций дробеструйной обработки и/или дефектоскопии, хотя обе эти операции повышают качество готового изделия. Хотя в предпочтительном варианте осуществления изобретения штанга имеет круглое сечение, следует иметь в виду, что могут быть заданы другие варианты поперечного сечения исходного прутка в бухте, который может поступать с сталепрокатного предприятия с желаемым поперечным сечением.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления непрерывной насосной штанги в бухте, включающий следующие операции:

(a) отбор множества исходных прутков в бухтах, имеющих одинаковую однородную твердость, причем каждый исходный пруток в бухте имеет два свободных конца;

(b) сварка оплавлением соседних свободных концов соседних исходных прутков в бухтах с получением непрерывной длинной штанги, так что при упомянутой сварке оплавлением образуются зоны сплавления и зоны термического влияния вблизи каждой зоны сплавления;

(c) обработка каждой из упомянутых зон термического влияния для уменьшения неоднородностей, возникших при сварке оплавлением;

(d) сматывание полученной насосной штанги в бухту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию удаления окалины с поверхности штанги.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию обеспечения поверхностного сжатия штанги.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию обеспечения поверхностного сжатия штанги.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что операцию удаления окалины с поверхности штанги и операцию обеспечения поверхностного сжатия штанги выполняют посредством дробеструйной обработки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию дробеструйной обработки поверхности непрерывной штанги.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что упомянутую дробеструйную обработку выполняют после упомянутой операции сварки оплавлением.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что упомянутую дробеструйную обработку выполняют до упомянутой операции сварки оплавлением.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операции дефектоскопии и маркировки дефектов для удаления.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутые операции дефектоскопии и маркировки выполняют после упомянутой операции сварки оплавлением.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутые операции дефектоскопии и маркировки выполняют до упомянутой операции сварки оплавлением.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что он дополнительно включает следующие операции: возврат упомянутой штанги в положение, при котором дефекты, маркированные для удаления, устанавливаются в начале упомянутой операции сварки оплавлением, вырезание дефектов с образованием дополнительных прилежащих друг к другу свободных концов, сварка оплавлением упомянутых дополнительных прилежащих друг к другу свободных концов с образованием зон сплавления, дефектоскопию упомянутых зон сплавления и маркировку их дефектов.

13. Способ по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно включает следующие операции: дефектоскопию и маркировку дефектов для удаления, причем упомянутые операции дефектоскопии и маркировки дефектов для удаления выполняют после упомянутой операции сварки оплавлением, возврат упомянутой штанги в положение, при котором дефекты, маркированные для удаления, устанавливают в начале упомянутой операции сварки оплавлением, удаление дефектов с образованием дополнительных прилежащих друг к другу свободных концов, сварка оплавлением упомянутых дополнительных прилежащих друг к другу свободных концов с образованием зон сплавления, последующую дробеструйную обработку и дефектоскопию упомянутых зон сплавления.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию правки упомянутых исходных прутков в бухтах.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию покрытия упомянутых исходных прутков в бухтах ингибитором коррозии.

16. Способ изготовления непрерывной насосной штанги в бухте, включающий следующие операции:

(a) отбор одного или нескольких исходных прутков в бухтах с одной и той же совместимой твердостью, причем каждый исходный пруток в бухте имеет два свободных конца;

(b) контроль упомянутых исходных прутков в бухтах на наличие дефектов;

(c) маркировка упомянутых дефектов;

(d) удаление упомянутых дефектов с образованием дополнительных свободных концов в упомянутом исходном прутке в бухте;

(e) сварка оплавлением соседних свободных концов с получением непрерывной длинной штанги, так что при упомянутой сварке оплавлением образуются зоны сплавления и зоны термического влияния вблизи каждой зоны сплавления;

(f) обработка каждой из упомянутых зон термического влияния для уменьшения неоднородностей, возникших при сварке оплавлением;

(g) сматывание полученной насосной штанги в бухту.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что операцию контроля на наличие дефектов выполняют путем визуального осмотра упомянутых исходных прутков в бухтах.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что операцию контроля на наличие дефектов выполняют путем дефектоскопии с применением вихревых токов по длине штанги.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что операцию контроля на наличие дефектов выполняют путем визуального осмотра упомянутых исходных прутков в бухтах и дефектоскопии с применением вихревых токов по длине штанги.

20. Способ по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию дробеструйной обработки поверхности штанги.

21. Способ по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию покрытия поверхности упомянутых исходных прутков в бухтах ингибитором коррозии.

22. Способ по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно включает операцию правки упомянутых исходных прутков в бухтах.

ШТАНГОВЫЕ СКВАЖИННЫЕ НАСОСЫ ШСН

Главная страница ---> Нефтегазопромысловое оборудование ---> Штанговые скважинные насосы шсн

ШСН предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99 %, температурой не более 130 °С, содержанием сероводорода не более 50 мг/л, минерализацией воды не более 10 г/л.

Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами. Насосы спускают в скважину на штангах и насосно-компрессорных трубах. Различают следующие типы скважинных насосов (рисунок 18).

Рисунок 18 — Типы скважинных штанговых насосов

НВ1 — вставные с заулком наверху;

НВ2 — вставные с замком внизу;

НН — невставные без ловителя;

НН1 — невставные с захватным штоком;

НН2 — невставные с ловителем.

Выпускают насосы следующих конструктивных исполнений:

а) по цилиндру:

Б — с толстостенным цельным (безвтулочным) цилиндром;

С — с составным (втулочным) цилиндром.

б) специальные:

Т — с полным (трубчатым) штоком для подъема жидкости по каналу колонны трубчатых штанг;

А — со сцепляющим устройством (только для насосов типа НН), обеспечивающим сцепление колонны насосных штанг с плунжером насоса;

Д1 — одноступенчатые, двухплунжерные для создания гидравлического тяжелого низа;

Д2 — двухступенчатые, двухплунжерные, обеспечивающие двухступенчатое сжатие откачиваемой жидкости;

У — с разгруженным цилиндром (только для насосов типа НН2), обеспечивающим снятие с цилиндра технической нагрузки при работе.

Насосы всех исполнений, кроме Д1 и Д2, одноступенчатые, одноплунжерные.

в) по стойкости к среде:

без обозначения — стойкие к среде с содержанием механических примесей до 1.3 г/л — нормальные;

И — стойкие к среде с содержанием механических примесей более 1.3 г/л — абразивостойкие.

Скважинные штанговые насосы являются гидравлической машиной объемного типа, где уплотнение между плунжером и цилиндром достигается за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентируемых зазоров. При этом в зависимости от размера зазора (на диаметр) в паре «цилиндр-плунжер» выпускают насосы четырех групп (таблица 5).

Таблица 5

Группа посадки	Размер зазора между цилиндром и плунжером насоса при исполнении цилиндра, мм
	Б	С
0	< 0.045	< 0.045
1	0.01 ¸ 0.07	0.02 ¸ 0.07
2	0.06 ¸ 0.12	0.07 ¸ 0.12
3	0.11 ¸ 0.17	0.12 ¸ 0.17

Группа посадки

Размер зазора между цилиндром и плунжером насоса при исполнении цилиндра, мм

Б

С

0

1

0.01 ¸ 0.07

2

0.06 ¸ 0.12

3

0.11 ¸ 0.17

В условном обозначении насоса, например, НН2БА-44-18-15-2, первые две буквы и цифра указывают тип насоса, следующие буквы — исполнение цилиндра и насоса, первые две цифры — диаметр насоса (мм), последующие длину хода плунжера (мм) и напор (м), уменьшенные в 100 раз и последняя цифра — группу посадки.

Цилиндры насосов изготовляют двух исполнений: ЦБ и ЦС.

ЦБ — цельный безвтулочный толстостенный;

ЦС — составной из набора втулок, стянутых внутри кожуха переводниками.

Исходя из назначения и области применения скважинных насосов, выпускают плунжеры и пары «седло-шарик» клапанов различных поверхностей.

Плунжеры насосов изготавливают четырех исполнений:

ПХ1 — с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и с хромовым покрытием наружной поверхности;

ПХ2 — то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце;

П111 — с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой на верхнем конце и упрочнением наружной поверхности напылением износостойкого порошка;

П211 — то же, без цилиндрической расточки на верхнем конце.

Пары «седло-шарик» клапанов насосов изготавливают в трех исполнениях:

К — с цилиндрическим седлом и шариком из нержавеющей стали;

КБ — то же, с седлом и буртиком;

КИ — с цилиндрическим седлом из твердого сплава и шариком из нержавеющей стали.

Скважинные насосы нормального исполнения по стойкости к среде, применяемые преимущественно для подъема жидкости с незначительным содержанием (до 1.3 г/л) механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения ПХ1 или ПХ2 с парами «седло-шарик» исполнения К или КБ. Скважинные насосы абразивостойкого исполнения И, применяемые преимущественно для подъема жидкости, содержащей более 1.3 г/л механических примесей, комплектуют плунжерами исполнения П1И или П2И и парами «седло-шарик» исполнения КИ.

Конструктивно все скважинные насосы состоят из цилиндра, плунжера, клапанов, замка (для вставных насосов), присоединительных и установочных деталей, максимально унифицированных.

Скважинные насосы типа НВ1 выпускают шести исполнений:

НВ1С — вставной с замком наверху, составным втулочным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б — вставной с замком наверху, цельным (безвтулочным) цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1Б И — то же абразиовостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БТ И — то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД1 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

НВ1БД2 — вставной с замком наверху, цельным цилиндром исполнения ЦБ, двухступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы всех исполнений, кроме исполнения НВ1БД1 и НВ1БД2, одноплунжерные, одноступенчатые.

Скважинные насосы типа НВ2 изготовляют одного исполнения: НВ2Б — вставной с замком внизу, цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноплунжерный, одноступенчатый, нормального исполнения по стойкости к среде (рисунок 19).

Рисунок 19 — Скважинный штанговый насос исполнения НВ2Б

1 — защитный клапан; 2 — упор; 3 — шток; 4 — контргайка; 5 — цилиндр; 6 — клетка плунжера; 7 — плунжер; 8 — нагнетательный клапан; 9 — всасывающий клапан; 10 — упорный ниппель с конусом.

Скважинные насосы типа НН выпускают двух исполнений:

ННБА — невставной без ловителя, с цельным цилиндром исполнения ЦБ, сцепляющим устройством, одноступенчатый, одноплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде;

ННБД1 — невставной без ловителя, с цельным цилиндром исполнения ЦБ, одноступенчатый, двухплунжерный, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН1 изготовляют одного исполнения:

НП1С — невставной с захватным штоком, составным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде.

Скважинные насосы типа НН2 выпускают пяти исполнений:

НН2С — невставной с ловителем, составным цилиндром исполнения ЦС, нормального исполнения по стойкости к среде;

НН2Б — невставной с ловителем, цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде (рисунок 20);

НН2Б…И — то же, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БТ…И — то же, с полым штоком, абразивостойкого исполнения по стойкости к среде;

НН2БУ — невставной с ловителем, разгруженным цельным цилиндром исполнения ЦБ, нормального исполнения по стойкости к среде.

Рисунок 20 — Скважинный штанговый насос исполнения НН2Б и НН2Б…И

1 — цилиндр; 2 — шток; 3 — клетка плунжера; 4 — плунжер; 5 — нагнетательный клапан; 6 — шток ловителя; 7 — всасывающий клапан; 8 — седло конуса.

Все насосы типа НН2 — одноплунжерные, одноступенчатые.

Замковая опора типа ОМ предназначена для закрепления цилиндра скважинных насосов исполнений НВ1 и НВ2 в колонне насосно-компрессорных труб. Высокая точность изготовления поверхностей деталей опоры обеспечивает надежную герметичную фиксацию цилиндра насоса в насосно-компрессорных трубах на заданной глубине скважины и одновременно предотвращает искривление насоса в скважине.

Замковая опора ОМ (рисунок 21) состоит из опорного кольца 2, пружинного якоря 3, опорной муфты 4, кожуха 5 и переводников 1 и 6.

Переводник имеет на верхнем конце гладкую коническую резьбу, при помощи которой опора соединяется с колонной насосно-компрессорных труб. Кольцо изготавливают из нержавеющей стали. Конической внутренней фаской оно сопрягается с ответной конической поверхностью конуса замка насоса и обеспечивает герметичную посадку насоса.

Якорь предотвращает срыв насоса с опоры от усилий трения движущегося вверх плунжера в период запуска в работу подземного оборудования. Максимальное усилие срыва замка 3 ¸ 3.5 кН.

Рисунок 21 — Замковая опора

Штанговые скважинные насосы шсн

Рисунок 22 — Крепление вставных насосов

Штанговые скважинные насосы шсн

Рисунок 23 — Область применения ШСН Сураханского машиностроительного завода

Применение насосов НН предпочтительно в скважинах с большим дебитом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным периодом, а насосы типов НВ в скважинах с небольшим дебитом, при больших глубинах спуска (рисунок 22). Чем больше вязкость жидкости, тем принимается выше группа посадки. Для откачки жидкости с высокой температурой или повышенным содержанием песка и парафина рекомендуется использовать насосы третьей группы посадки. При большой глубине спуска рекомендуется применять насосы с меньшим зазором.

Насос выбирают с учетом состава откачиваемой жидкости (наличия песка, газа и воды), ее свойств, дебита и глубины его спуска, а диаметр НКТ — в зависимости от типа и условного размера насоса.

Изобретение относится к нефтепромысловому машиностроению и предназначено преимущественно для использования при изготовлении насосных штанг. В способе изготовления насосных штанг в качестве заготовки используют пруток диаметром, равным диаметру тела штанги, формирование резьбы проводят на концах прутка, а остальные конструктивные элементы выполняют раздельно и монтируют на теле штанги с помощью сборочных операций. Обеспечивается повышение надежности насосных штанг, упрощение процесса их изготовления и расширение границ применения штанг. 6 ил., 3 табл.

Изобретение относится к нефтепромысловому машиностроению и предназначено преимущественно для использования при изготовлении насосных штанг.

Для быстрого соединения насосных штанг и улучшения надежности их соединительного узла за счет применения запорного кольца известен способ изготовления штанг с формированием штамповкой безрезьбового соединения (см. Фаерман И.Л. Штанги для глубинных насосов. Баку: Азнефтеиздат, 1955 г., с.164-166).

К числу основных недостатков предложенного способа относится наличие значительных зазоров в соединении, которые ведут к появлению при работе штанг ударных нагрузок, снижающих долговечность предложенного соединения.

Известен способ изготовления насосных штанг, включающий подготовку корпуса штанг с установкой по его концам на резьбе головок, при этом внутри корпуса и головок размещается канат. Для соединения отдельных штанг в штанговую колонну головки имеют соединительную часть с резьбовым элементом и установочную часть с внутренней полостью для размещения каната (см. патент US №4205926, кл. Е 21/В 17/00, 03.07.80.)

Недостатком данного технического решения является отсутствие надежного крепления каната во внутренней полости головок в процессе работы, когда штанговая колонна испытывает переменные нагрузки, и технологическая сложность соединения каната и головок штанги.

Известен способ изготовления штанг с головками, включающий высадку утолщения на конце стержневой заготовки штанги и последующее ее соединение с заготовкой головки путем сварки трением торцов высаженного утолщения и заготовки головки, причем с целью получения качественного соединения высадку утолщения производят при температурах, не превышающих температуру высокого отпуска материала стержневой заготовки, формируя на конце утолщения цилиндрический участок диаметром, равным диаметру торца головки (см. а. с. SU №1318343 А1, Е 21 К 1/76, В 21 J 5/08, В 23 К 20/00, 23.06.87).

Недостатком данного способа является появление несоосности свариваемых частей штанги в месте их сварки, ведущее к ужесточению напряженного состояния металла, изменение микроструктуры свариваемого металла, снижающее его прочность и сложность контроля процесса сварки трением.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ производства насосных штанг, предлагающий использование для тела и головок штанг заготовки из разных марок сталей, их раздельную прокатку, термическую и механическую обработку, выполнение на отдельной заготовке профильного размера головок с накаткой резьбы и последующую сварку трением торцов тела штанги и сформированных головок штанг (см. патент RU №2119858, С1, В 23 Р 15/00, Е 21 В 17/00, 10.10.1998).

По данному способу заготовки тела штанг были изготовлены из ст.40, прошедшей термомеханическую обработку, после чего они обтачивались, правились и полировались. Заготовки для головок штанг были изготовлены из ст. 20ХН2М, после чего осуществлялась проточка их концов и высадка головок на горизонтально-ковочной машине. Далее выполнялись проточка буртов, подрезка торца, черновая и чистовая проточка под резьбу, проточка и обкатывание зарезьбовой канавки и последующая накатка резьбы. Приваривание подготовленных головок к торцам тела штанги осуществлялось на машине сварки трением, после чего удалялся появившийся в месте сварки сварной облой (утолщение).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного способа, относится то, что в месте сварки тела штанги и ее головки, представляющей собой процесс соединения двух деталей, располагающихся в зажимах, причем одна из них неподвижная, а другая вращается со скоростью, способной обеспечить в точке соприкосновения торцов головки и тела штанги плавление металла, образуется несоосность тела и головки штанги Е (фиг.1), ведущая при работе штанг к появлению в зоне сварного шва изгибающих напряжений. Так как здесь производится сварка двух деталей с площадью, определяемой диаметром тела штанги, а не большей площадью торца ее головки и высаженного утолщения как в предыдущем способе (см. а.с. №1318343), появление в зоне сварки наравне с растягивающими напряжениями дополнительных изгибающих напряжений будет наиболее жестче лимитировать работоспособность сварного соединения. Кроме того, сварной шов на теле штанги служит концентратором напряжений, что создает, особенно при работе штанг в коррозионно-активных средах и циклических нагрузках, возможность зарождения и развития трещины в зоне перехода сварного шва к основному металлу (см. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. - М.: Машиностроение, 1976, стр.133).

Высадка головок штанг на горизонтально-ковочной машине, обеспечивающая в соответствии с рис.1 Межгосударственного стандарта ГОСТ 13877-96 “Штанги насосные и муфты штанговые. Технические условия” (далее - ГОСТ 13877-96) формирование ниппеля, упорного бурта, квадратной шейки, подэлеваторного бурта, производится при нагреве заготовок до температуры 1200°С, в связи с чем укрупняется зерно и ухудшаются пластические свойства стали, поэтому после высадки головок штанг необходимо дополнительно проводить их улучшающую термообработку, для чего нужны крупногабаритные нагревательные печи. Кроме того, при высадке головок образуются ступенчатые участки, оси которых сдвигаются относительно друг друга, особенно при износе штампов горизонтально-ковочной машины или их неправильной установке (фиг.2, поз 1, 2, 3 и 4), в результате чего появляется несоосность Е тела штанги и ее резьбы, ведущая к появлению изгибающих напряжений. Способ производства насосных штанг (см. стр. 5 прототипа) допускает несоосность резьбы и тела штанги 1,5 мм на длине 200 мм от торца штанги. Расчеты изгибающих напряжений (см. Иоаким Г. Добыча нефти и газа, пер. с румынского. - М.: Недра, 1966, стр. 236) с учетом сложившейся практики эксплуатации штанг и несоосности тела штанги ее резьбы, равной 1,5 мм, приведены в табл.1

Таблица 1

Из табл. 1 видно, что для наиболее распространенных диаметров штанг и действующих эксплуатационных нагрузок при допускаемой несоосности резьбы и тела штанги (или свариваемых тела и головки штанги) из-за появления изгибающих напряжений суммарные напряжения примерно на 40-60% превышают растягивающие напряжения, которые в настоящее время учитываются при подборе штанговых колонн. Из-за за появления дополнительных изгибающих напряжений происходит увеличение обрывов штанг, при этом установлено, что 90% обрывов штанг по телу происходит на двух небольших участках длиной 200-250 мм, прилегающих к их головкам (см. Круман Б.Б. Глубинно-насосные штанги. - М.: Недра, 1977, стр. 15). К причинам, объясняющим такую закономерность в обрывах штанг (см. там же), относят изгиб или эксцентриситет, вибрации, усиливающиеся в зоне скопления масс металла (головка штанги), и концентрацию напряжений в переходных зонах, которые закладываются в процессе высадки головки штанг. Геллер М., изучая влияние эксцентриситета (несоосности) ниппеля (резьбы) штанги относительно ее тела, пришел к выводу, что при эксцентриситете, равном одной десятой диаметра штанги, увеличение напряженного состояния металла составляет 25% его предела усталости, в результате чего обрывы штанг происходят вблизи их концов, т.е. там, где начинается высадка (см. Дрэготеску Н.Д. Глубинно-насосная добыча нефти, пер с румынского. - М.: Недра, 1966, стр. 334). При этом следует отметить, что участки наибольшей обрывности штанг совпадают с зоной термического влияния, образующейся в процессе высадки головок штанг (250 мм от подэлеваторного бурта в сторону тела штанги, см. ГОСТ 13877-96, стр. 3), что может служить причиной снижения усталостных характеристик металла штанг.

Высадка головок штанг штамповкой ведет к созданию разных сечений высаженной части (фиг.2). На участках переходов от одного сечения к другому возникает концентрация напряжений (см. Лепехин Ю.Н. Расчет допускаемого приведенного напряжения для насосных штанг, инф. сб. "Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности". - М.: ВНИИОЭНГ, 1991, вып. 2, стр. 22-25). При этом коэффициент концентрации напряжений, например, в месте перехода тела штанги к упорному бурту равен 0,67, а в резьбе он достигает 2,47, т.е разница примерно равна четырем. Значительные различия напряженного состояния в разных сечениях штанги говорят о ее конструктивном несовершенстве, т.е. понятие равнопрочность, обеспечивающее при эксплуатации изделия равную надежность его элементов, для штанги не реализовано.

Также существенным недостатком предложенного способа является применение при изготовлении одной штанги двух разных марок сталей. Подбор насосных штанг для конкретных скважин осуществляется на основе допускаемого приведенного напряжения (см. ГОСТ 13877-96, п.9.2., стр. 16). В соответствии с обязательным приложением Ж ГОСТ 13877-96 (стр. 24) допускаемое приведенное напряжение установлено для штанги, изготовленной из одной марки стали, т.е. применение штанги, изготовленной из разных марок сталей, требует установления обобщенного для двух марок сталей допускаемого приведенного напряжения, что не сделано, т.е. подбор сварных штанг к условиям конкретных скважин в настоящее время не может быть осуществлен.

Целью изобретения является повышение надежности насосных штанг и расщирение границ их применения, упрощение технологии изготовления штанг, обеспечивающей возможность их изготовления и ремонта предприятиями, не имеющими прокатных станов, крупноногабаритных нагревательных печей и горизонтально-ковочных машин.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства насосных штанг головки и тело штанги выполняют из двух заготовок, сделанных из различных марок сталей, после высадки головок, обеспечивающей увеличение диаметра ее конструктивных элементов, их обработки и накатки резьбы, сваркой трением проводят соединение головок и тела штанги, отличием является то, что в качестве заготовки штанги используется пруток с диаметром, равным диаметру тела штанги, формирование резьбы проводят на концах прутка, а остальные конструктивные элементы штанги выполняют раздельно и монтируют на теле штанги с помощью сборочных операций.

Исключение сварки заготовок тела и головки штанги исключает их несоосность, т.е. появление изгибающих напряжений в месте сварки, кроме того, исключается сварочный шов, являющийся концентратором напряжений, что в целом уменьшает обрывы штанг по их телу. Выполнение резьбы на конце прутка без высадки его концов исключает несоосность резьбы и тела штанги, т.е. появление изгибающих напряжений в зоне головок, что повышает их надежность. Замена технологии изготовления штанг сваркой трением двух заготовок с высадкой концов прутка штамповкой на технологию изготовления отдельных конструктивных элементов головки штанги с последующей их сборкой исключает применение горизонтально-ковочных машин, крупногабаритных нагревательных печей, нужных для проведения после высадки концов прутка улучшающих термообработок, что позволяет выпускать и ремонтировать штанги предприятиям, не имеющим вышеуказанного оборудования. Выполнение резьбы с уменьшенным диаметром дает возможность уменьшить диаметры упорного и подэлеваторного буртов, что позволит использовать штанги диаметром 25 мм в насосно-компрессорных трубах диаметром 60 мм при сохранении площади соприкосновения торца муфты и торца упорного бурта, обеспечивающей при завинчивании муфты контактные давления на указанных торцах, которые удерживают резьбовое соединение от самоотвинчивания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий анализ патентной и литературной информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа. Определение из перечня выявленных аналогов для способа как наиболее близких по совокупности признаков аналогов позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемым заявителем техническим результатам отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. Поэтому заявленный способ соответствует критерию "новизна". Для проверки соответствия заявленного способа изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранного прототипа признаками для заявленного изобретения. Результаты поиска показали, что описанное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного способа преобразований на достижение результата.

Описанный способ изготовления насосных штанг не основан на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида, следовательно, способ соответствует условию "изобретательский уровень".

Техническая сущность способа поясняется чертежом, где на фиг.1 изображены тело и головка штанги, соединенные сваркой трением; на фиг.2 изображен пруток с позициями 1, 2, 3 и 4, последовательно показывающими процесс высадки головки штанги; на фиг.3 изображен пруток с накатанной резьбой и зарезьбовой канавкой; на фиг.4 изображены подэлеваторный бурт (поз.1) квадратная шейка (поз.2) и упорный бурт (поз.3); на фиг.5 изображена деталь,объединяющая подэлеваторный бурт, квадратную шейку и упорный бурт); на фиг.6 изображены тело штанги и ее головка, конструктивные элементы которой выполнены раздельно и установлены на теле штанги с помощью сборочных операций.

Для изготовления штанг по предлагаемому способу предприятие заказывает на металлургическом заводе, например, ОАО "Ижсталь", необходимое количество прутка нужного диаметра и соответствующей термообработки. Поскольку в настоящее время российские изготовители насосных штанг (ОАО "Очерский машиностроительный завод" и ОАО "Мотовилихинские заводы") выпускают штанги в состоянии нормализации, с металлургического завода необходимо получить пруток в состоянии нормализации. На концах прутка накатывается резьба диаметром, равным диаметру тела штанги, и выполняется зарезьбовая канавка (фиг.3). Уменьшение диаметра резьбы штанги по предлагаемому способу по сравнению с резьбой по ГОСТ 13877-96 должно было бы привести к уменьшению предела выносливости резьбового соединения штанг, т.е. к увеличению обрывов штанг по резьбе. Однако выполнение резьбы на конце прутка без его высадки штамповкой исключает несоосность, т.е. изгибающие напряжения, ужесточающие напряженное состояние штанг в резьбовом соединении. По результатам эксплуатации штанговых колонн инструментальными исследованиями было установлено (см. Кузнецов А.П., Акопян С.Ш. Повышение надежности глубинно-насосных штанг, ж-л "Нефтяное хозяйство". - М.: Недра, 1989, №2, стр. 38-41), что кривизна тела штанг в зоне их головок при измерении специальным шаблоном с индикатором часового типа для 63% обследованных штанг составила более 10 мм на 1 метр, тогда как прототипом (стр. 5) и ГОСТ 13877-96 (стр. 11, п.5.1.18) допускается кривизна на участках штанг, примыкающих к головкам не более 1 мм. Замеренная кривизна, создаваемая в основном несоосностью тела и резьбы штанги, при работе штанг приводит к увеличению изгибающих напряжений по сравнению с данными табл.1, что и увеличивает обрывность штанг в зоне их головок.

Поэтому уменьшение диаметра резьбы штанг при исключении несоосности резьбы и тела штанги, исключающее появление изгибающих напряжений в резьбовом соединении, не должно привести к уменьшению предела его выносливости.

В дополнение к вышесказанному следует отметить, что поскольку резьба штанг выполняется накатанной (см. п.5.1.20 ГОСТ 13877-96), диаметр резьбы может незначительно влиять на работоспособность такого резьбового соединении (см. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. - М.: Машиностроение, 1973, стр. 168). В приведенном здесь же рис.184, построенном по данным американских исследователей, показано, что при изменении диаметра резьбы от 20 до 40 мм (в этом диапазоне находятся диаметры резьб штанг по ГОСТ 13877-96) изменение предельной амплитуды, которая определяет предел выносливость резьбовых соединений, фактически несущественно.

Тем не менее для максимального исключения вероятности обрывов штанг по резьбе уменьшенного диаметра можно увеличить длину резьбы (см. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. - М.: Машиностроение, 1988, т.2, стр. 126). Критическая высота гайки Н, равная длине резьбы, обеспечивающая равнопрочность резьбы и тела гайки, колеблется от 0,8 до 1,2 d (где d - диаметр резьбы). При этом автор считает целесообразным для снижения напряжений смятия и изгиба витков резьбы увеличивать ее длину до 1,5-1,6 d (табл. 2).

Таблица 2 Существующие и предлагаемые размеры диаметра и длины резьбы штанг
Диаметр тела штанги, мм	Диаметр резьбы d по ГОСТ 13877-96, мм	Длина резьбы Н по ГОСТ 13877-96, мм	Соотношение H/d	Предлагаемый диаметр резьбы d, мм	Предлагаемая длина резьбы Н, мм	Предлагаемое соотношение Н/d
25	34,9	23	0,65	25	37	1,5
22	30,1	20	0,66	22	33	1,5
19	27,0	17	0,62	19	27	1,5

Таблица 2

Следует отметить, что при увеличение длины резьбы штанги произойдет увеличение времени свинчивания-развинчивания резьбовых соединений штанг, что приведет к некоторому увеличению времени спускоподъемных операций на скважине.

В большинстве случаев насосные штанги применяются для добычи нефти с минимальным содержанием сероводорода, при этом соотношение обрывов по телу штанги и по резьбе оценивается данными табл 3.

Таблица 3 Соотношения обрывов штанг по телу и по резьбе
Вид отказа	Западная Сибирь*	Башкирия**	Румыния***
			Средние скважины	Глубокие скважины
Обрыв штанг по телу	66,7	78	60	91,2
Обрыв штанг по резьбе	1,2	5	17	3,6

Таблица 3

* - см. Лепехин Ю.Н. "Влияние наклонно направленного профиля скважин на работу штанговых колонн" Э/и, сер. "Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений", М, ВНИИОЭНГ, 1990, вып.3, стр 11-15.

** - см. Гоник А.А. "Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения". - М.: Недра, 1976, стр 30.

*** - см. Дрэготеску Н.Д. "Глубинно-насосная добыча нефти", пер. с румынского. - М.: Недра, 1966, стр. 216.

Данные по месторождениям Румынии (табл. 3) относятся к штангам, резьба которых нарезалась плашками и не имела разгрузочной канавки. При накатке резьбы и выполнении зарезьбовой канавки относительное число обрывов штанг по телу увеличится за счет снижения числа обрывов по резьбе (см. Круман Б.Б. Глубинно-насосные штанги. - М.: Недра, 1977, стр. 14). В целом число обрывов штанг по резьбе меньше, как минимум, на порядок числа обрывов штанг по телу, что будет сохраняться при условии проведения высадки концов прутка на горизонтально-ковочных машинах, закладывающей основные причины для обрывности штанг в зоне их головок (несоосность, концентрация напряжений, скопление масс металла и зоны термического влияния).

Предлагаемый способ изготовления штанг дает возможность измененить соотношение между обрывами штанг по телу и резьбе, потому что с практической точки зрения будет оправдано возможное увеличение обрывов штанг по резьбе уменьшенного диаметра, например, в два раза и доведение их числа примерно до 5-10% от общего числа отказов штанговых колонн, если при этом за счет исключения основных причин обрывности штанг в зоне их головок (несоосность, концентрация напряжений, скопление масс металла, зоны термического влияния) обрывы штанг по телу уменьшаться тоже в два раза, т.е. примерно с 70 до 35% также от общего числа отказов штанговых колонн.

При изготовлении деталей с различной конфигурацией для сокращение трудоемкости их изготовления, упрощения форм заготовок, уменьшения массы, а также с целью более полного соответствия отдельных элементов штанги действующим на них нагрузкам целесообразней применять составные конструкции (см. Орлов П.И. Основы конструирования" Справочно-методическое пособие. - М.: Машиностроение, 1988, т.1, стр. 347). Поэтому подэлеваторный бурт, квадратная шейка и упорный бурт (фиг.4, поз 1, 2, 3) выполняются раздельно и монтируются на теле штанги с помощью сборочных операций, позволяющих обеспечить расположение перечисленных конструктивных элементов относительно друг друга с учетом условий эксплуатации штанговых колонн. При этом следует учесть, что подэлеваторный бурт при применении штангового элеватора в процессе спускоподъемных операций работает в основном на срез, т.е. исходя из таких условий нагружения можно подобрать сталь для подэлеваторного бурта, квадратная шейка при применении штанговых ключей работает на смятие, что тоже может служить критерием при подборе стали. Функцией упорного бурта является обеспечение плотности стыка с торцом штанговой муфты, что должно исключать самоотвинчивание штанг. Необходимую плотность стыка можно достичь путем предварительной затяжки соединения и повышением точности формы, жесткости и обработки упорного бурта, что может быть учтено при выборе для него стали. Также для указанных конструктивных элементов может быть выбрана соответствующая технология их обработки. При этом следует учитывать, что поверхности подэлеваторного бурта и квадратной шейки нагружаются только при спускоподъемных операциях штанговой колонны, а упорный бурт в процессе работы колонны и при проведении спускоподъемных операций.

Для уменьшения трудоемкости изготовления подэлеваторный бурт, квадратная шейка и упорный бурт могут быть изготовлены цельной деталью, например штамповкой, что позволит снизить себестоимость изготовления штанг (фиг. 5).

После изготовления конструктивные элементы головки штанги устанавливаются на конце прутка (фиг.6), например, по посадке с некоторым натягом в холодом состоянии, когда сопротивление взаимному смещению деталей создается и поддерживается силами упругой деформации сжатия в охватываемой детали (прутке) и растяжения в охватывающих деталях (подэлеваторном бурте, квадратной шейке и упорном бурте), выполненных раздельно или цельной деталью. Для исключения смещения конструктивных элементов головки штанги должны учитываться максимальные и минимальные нагрузки на штанговую колонну при работе станка-качалки, нагрузки, возникающие при спускоподъемных операциях во время ремонтных работ на скважине, а также ряд аварийных ситуаций, например, нагрузки, которые возникают во время подъема штанговой колонны при заклинивании скважинного штангового насоса.

Обычно натяг определяют по номинальным размерам охватываемой и охватывающей деталей. Также учитывается высота микронеровностей соединяемых поверхностей, поэтому расчетный натяг определяют с учетом высоты микронеровностей прутка, прошедшего нормализацию без всякой механической обработки его поверхности и монтируемых на пруток конструктивных элементов, изготовленных, например, штамповкой. Следует учесть, что температура добываемой жидкости, особенно ближе к забою скважины, может доходить до 80-100 градусов, поэтому надо учитывать ее влияние на надежность соединения с натягом.

При посадке с натягом в холодном состоянии требуемая сила запрессовки может быть значительной, поэтому в целях облегчения посадки деталей их можно нагреть, при этом тепловая сборка в 1,2-1,5 раза увеличивает несущую способность соединения с натягом.

Нагрев подэлеваторного бурта, квадратной шейки и упорного бурта, выполненных раздельно или цельной деталью, необходимо произвести до температуры, не превышающей 200 градусов, т.е. каких-то изменений в структуре металла этих конструктивных элементов не произойдет (см. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. - М.: Машиностроение, т. 2. стр. 236).

Завершающей операцией является мехобработка торца упорного бурта, которая может быть проведена после установки на пруток конструктивных элементов. При этом следует отметить, что последовательность выполнения операций подготовки резьбы с зарезьбовой канавкой, монтаж отдельных конструктивных элементов головки штанг на пруток и их последующая мехобработка не играет значительной роли и зависит от технологических возможностей изготовителя. Например, для ОАО "Очерский машиностроительный завод" практичнее будет сначала смонтировать конструктивные элементы головки штанги на пруток, а потом выполнить резьбу с зарезьбовой канавкой и обработать торец упорного бурта, потому что в данном случае можно будет использовать автоматическую линию для механической обработки насосных штанг и нарезки резьбы типа ЛМО-768, применяемую на этом заводе (см. патент РФ №2068484, кл. Е 21 В 17/00, 27.10.96, стр. 7).

При появлении брака в процессе изготовлении штанг можно, сняв конструктивные элементы головки штанги с помощью съемника, установить их на новую часть прутка, тем самым использовать оставшуюся часть прутка для изготовления штанги с учетом выполнения на ней резьбы и зарезьбовой канавки. Данную технологию можно применять в условиях ремонтных предприятий нефтяников. Если обрыв штанги произошел в центральной ее части, то можно будет изготовить укороченные штанги (например, метровые или двухметровые) Если обрыв штанги произошел вблизи головки, то на оставшейся части можно выполнить резьбу с зарезьбовой канавкой и установить конструктивные элементы головки, получив шести- или семиметровую штангу.

Таким образом на основании вышесказанного подтверждается возможность осуществления данного способа изготовления и ремонта насосных штанг с помощью описанных в заявке средств и методов, что доказывает его соответствие требованию "промышленная применимость".

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Фаерман И.Л. Штанги для глубинных насосов. - Баку: Азнефтеиздат, 1955 г., с.164-166.

2. Патент US №4205926, кл. Е 21/В 17/00, 03.07.80.

3. A. C. SU №1318343 A1, E 21 К 1/76, В 21 J 5/08, В 21 К 20/00, 23.06.87. "Способ изготовления штанг с головками для глубинных насосов".

4. Патент RU №2119858 С1, кл. В 23 Р 15/00, Е 21 В 17/00, 10.10.98. “Способ производства насосных штанг”.

Способ изготовления насосной штанги, имеющей тело и головки, состоящие из конструктивных элементов, включающий их изготовление и формирование резьбы на концах тела штанги, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют пруток диаметром, равным диаметру тела штанги, формирование резьбы проводят на концах прутка, а остальные конструктивные элементы выполняют раздельно и монтируют на теле штанги с помощью сборочных операций.

Скважинные штанговые насосы изготавливаются в соответ­ствии с техническими требованиями или стандартом по норма­тивной и технической документации, утвержденной в установ­ленном порядке.Элементы штанговых насосов должны быть выполнены из материалов, которые обеспечивают эксплуатацию изделия в со­ответствии с его заявленными параметрами. Цилиндры сква-жинных штанговых насосов выполняются из металлов различ­ных марок в зависимости от геолого-технических условий добычи.

Внутренний диаметр цилиндра должен соответствовать ука­занному в таблицах 2.26 и 2.27. Значение фактического диамет­ра цилиндра заносится в паспорт насоса.

Конструкция насоса должна обеспечивать высокую степень унификации узлов по присоединительным размерам.

Конструкция переводников должна обеспечивать удобство монтажа насоса на устье скважины и надежность захвата эле­ментов насоса стандартными элеваторами и слайдерами.

Конструкция цилиндров и плунжеров должны соответство­вать следующим требованиям:

Максимальная разность размеров внутреннего диаметра од­ного цилиндра 0,03 мм.

Общая длина цилиндра и удлинителей рассчитывается из ус­ловия обеспечения максимального хода плунжера с выходом в удлинители примерно на 1/4 часть его длины плюс запас не менее 150 мм.

Допускаются различные методы упрочнения внутренней по­верхности цилиндров. Цилиндры, упрочненные азотированием, должны иметь поверхностную твердость внутренней поверхнос­ти не менее HV 8,7 ГПА (870 кгс/мм2) и минимальную микро-твердость на глубине 0,12 мм не ниже Нц 4,4 ГПа (440 кгс/мм2). Общая глубина азотированного слоя от 0,2 до 0,5 мм.

Допуск прямолинейности оси канала цилиндра - 0,1 мм на базовой длине 1 м (допуск зависимый). Допуски торцового бие­ния должны соответствовать 8-й степени точности, цилиндричности — 6-й степени точности по ГОСТ 24643.

Плунжеры глубинных насосов выполняются из металлов раз­личных марок в зависимости от геолого-технических условий добычи. Стальные плунжеры изготавливаются с хромированным, твердосплавным покрытием или азотированными в зависимос­ти от геолого-технических условий добычи.

Заготовки, используемые для изготовления хромированных плунжеров, не должны иметь раскатанных пузырей и загрязне­ний (волосовин), плен и других дефектов. Хромированная по­верхность должна быть блестящей, светло-серого цвета с сине­ватым или молочно-матовым оттенком, без сколов, шелушения, растрескивания. В соответствии с ГОСТ 9.301 допускаются не­равномерности цвета, отдельные риски без нарушения покры­тия, не выводящие размеры детали за предельные отклонения, и не более трех сквозных пор на 100 мм2 площади поверхности. Толщина хромового покрытия должна быть не менее 0,08 мм. Покрытие должно иметь прочное сцепление с основным метал­лом, величина адгезии должна быть выше нагрузок, стремящихся оторвать покрытие при эксплуатации. Микротвердость твердого хромового покрытия — HV 7,5... 11,0 ГПА (750... 1100 кгс/мм2).

Наружная рабочая поверхность плунжера исполнения ПИ должна иметь покрытие толщиной не менее 0,35 мм и твердо­стью не менее HV 6,6 ГПА (660 кгс/мм2).

Плунжеры с упрочненным азотированным слоем должны иметь поверхностную твердость не менее HV 8,7 ГПА (870 кгс/мм2) и минимальную микротвердость на глубине 0,12 мм не менее Н\х 4,4 ГПа (440 кгс/мм2). Общая глубина азотированного слоя от 0,2 до 0,5 мм.

Номинальный наружный диаметр плунжера выполняется в соответствии с требуемой группой посадки в зависимости от внутреннего диаметра цилиндра. Предельные отклонения наруж­ного диаметра для всех типоразмеров плунжеров и любой груп­пы посадки равны: верхнее — 0, нижнее — минус 0,013 мм.

Значение фактического диаметра плунжера записывается в паспорт насоса.

Присоединительные резьбы переводников насоса в зависи­мости от требований заказчика выполняются согласно ГОСТ 633 или по API Spec 5BX. Резьба на штоках и в переводниках, со­прягаемых с деталями скважинных штанговых насосов выпол­няется метрической по ГОСТ 9150.

Резьба на переводниках скважинных штанговых насосов, со­прягаемых с НКТ, выполняется по ГОСТ 633 (резьба гладких труб). По требованию заказчика резьба переводников может выполняться по ГОСТ 633 (резьба НКТ с высаженными наружу концами) или по API Spec 5ВХ.

Резьба на деталях, сопрягаемых с насосными штангами, вы­полняется по ГОСТ 13877. По требованию заказчика резьба на указанных деталях может выполняться по API Spec ПАХ.

Резьба нижних переводников насосов выполняется по ГОСТ 633 (резьба гладких труб) или по ГОСТ 6357 (трубная цилиндри­ческая резьба).

Заусенцы на ребрах и кромках деталей должны быть удалены, острые кромки притуплены с шероховатостью не ниже прилега­ющих поверхностей, если на чертеже нет других указаний.

Детали насоса и опоры, за исключением особо точных и обес­печивающих герметичность (шарик, седло клапана, плунжер и т.п), должны иметь антикоррозионное покрытие. Допускается применение комбинации нескольких видов покрытия, например:

лакокрасочное — для цилиндра, муфт, удлинителей; фосфатирование — для деталей замка, фильтра, корпуса клапана.

На цилиндре насоса или его переводнике, на видном мес­те, доступ к которому обеспечивается после монтажа на устье скважины, должна укрепляться табличка, выполненная по ГОСТ 12971 и ГОСТ 12969. Размер шрифта — не менее 5 по ГОСТ 2.304. На табличке указывается:

— наименование или товарный знак предприятия-изготови­теля;

— типоразмер насоса;

— номер стандарта;

— номер изделия по системе нумерации завода-изготови­теля;

— месяц и год выпуска.

Вместо таблички допускается нанесение шрифта на цилиндр или переводник насоса краской, а также электрохимическим травлением или ударным способом.

Насосные штанги

Насосные штанги, соединенные в штанговую колонну, пере­дают возвратно-поступательное движение от точки подвеса штанг поверхностного привода к плунжеру насоса.

Штанга представляет собой стальной стержень круглого се­чения диаметром 12 (в некоторых источниках указан диаметр 13 мм), 16, 18, 22, 25 мм, с высаженными концами. На концах штанги имеется участок квадратного сечения для захвата под ключ при свинчивании-развинчивании, и выполнена резьба мет­рическая специальная, причем резьба накатывается. Штанги соединяются между собой муфтами.

ГОСТ 13877-80 предусматривает изготовление штанг номи­нальной длиной 8000 мм. Для подбора необходимой длины под­вески колонны изготовляются укороченные штанги длиной 1000, 1200, 1500, 2000 и 3000 мм [34].

Для соединения штанг одинаковых размеров выпускают со­единительные муфты, а штанг разных размеров — переводные муфты. Муфты каждого типа изготовляют в двух исполнениях: с лысками под ключ и без них.

Муфты из стали марок 40 и 45 подвергают поверхностной закалке током высокой частоты (ТВЧ). Для тяжелых условий эксплуатации муфты изготовляют из легированной стали марки 20Н2М.

Штанги поставляют с навинченными на один конец муфта­ми. Открытая резьба штанги и муфты защищается колпачками или пробками;

Для изготовления насосных штанг (табл. 2.38) используют сталь следующих марок:

— 40, нормализованная и нормализованная с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ;

— 20Н2М (никель-молибденовая), нормализованная, норма­лизованная с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ или нормализованная с последующей объем­ной закалкой и высоким отпуском;

—15НЗМА, нормализованная с последующим поверхност­ным упрочнением нагревом ТВЧ;

— 15Х2НМФ, закалка и высокий отпуск или нормализация и высокий отпуск;