Содержание 

1. Насосные  штанги. Назначение, классификация.
2. Центробежные скважинные насосы с электроприводом. Состав оборудования.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Насосные  штанги. Назначение, классификация.

 

     Прекращение или  отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность, например, посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков килограмм в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м иногда до 3200 — 3400 м.

     ШСНУ  включает:

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

     б) подземное оборудование — насосно-компрессорные  трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях. 

     

     Рис. 1. Схема штанговой насосной установки 

     Штанговая глубинная насосная установка (рисунок 1) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4, насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8 устьевой арматуры, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.

     ШТАНГИ  НАСОСНЫЕ (ШН)

 

     Насосные  штанги представляют собой стержень круглого поперечного сечения с  высаженными концами, на которых  располагается участок квадратного сечения и резьба. Резьба служит для соединения штанг с муфтами, а участок квадратного сечения используется для захвата штанги ключом при свинчивании и развинчивании резьбового соединения. ШН предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса. Изготавливаются в основном из легированных сталей круглого сечения длиной 8000 мм и укороченные — 1000 - 1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.

     

     Рисунок 1 — Насосная штанга 

     Шифр  штанг — ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей — сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ с пределом текучести от 320 до 630 МПа.

     Основными характеристиками насосных штанг являются: диаметр по телу штанги d0 и прочностная  характеристика штанги - величина приведенного допускаемого напряжения [σ]. У нас в стране штанги выпускаются диаметром 16, 19, 22, 25 мм, а допускаемое напряжение, для наиболее широко распространенных марок сталей, составляет 70...130 МПа. В небольших количествах выпускаются штанги с допускаемыми напряжениями 150 Мпа.

     Насосные  штанги применяются в виде колонн, составленных из отдельных штанг, соединенных  посредством муфт.

     Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ  — для соединения штанг  одинакового размера и переводные типа МШП — для соединения штанг разного диаметра.

     

     Рисунок 2 — Соединительная муфта

     а — исполнение I; б — исполнение II

     Для соединения штанг применяются муфты  — МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр соединяемой штанги по телу (мм).

     АО  «Очерский машиностроительный завод» изготавливает штанги насосные из одноосноориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 80 кгс/мм². Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 8000 ¸ 11000 мм.

     Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 ¸ 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород». 
 

ШТАНГИ  НАСОСНЫЕ СТАНДАРТНЫЕ

Предназначены для передачи поступательного или вращательного движения от наземного привода к скважинному насосу при добыче нефти. Штанги представляют собой металлический стержень круглого сечения, на концах которого высажены головки, заканчивающиеся резьбой. Для предохранения от износа штанг, муфт и насосно-компрессорных труб штанги могут оснащаться центраторами различных типов, а для снятия парафиновых отложений дополнительно подвижными скребками. Штанги насосные класса "D" (по спецификации API) обладают павышенными прочностными и антикорозийными свойствами и по своему качеству не уступают продукции известных зарубежных компаний.  
 

Cтандарт ТУ 3665-007-002175515-98

 Типоразмер ШН 5/8" ШН 3/4" ШН 7/8" ШН 1" ШН 1 1/8"

 Диаметр,  мм   15,88  19,05            22,23            25,40              28,58

 Длина,  мм                                                8000, 9140

 Укороченная  длина Любая от 500 мм по требованию Заказчика

 Подгоночные  штоки, мм менее 500 мм 
 

Cтандарт API Spec 11B

 Типоразмер ШН 5/8" ШН 3/4" ШН 7/8" ШН 1" ШН 1 1/8"

 Диаметр,  мм 15,88              19,05  22,23            25,40      28,58

 Номинальная  длина, мм*         25(7620), 30(9144)

 Длина,  мм                                               7518, 9042

 Укороченная  длина** Любая от 500 мм по требованию Заказчика 
 
 

* номинальная  длина - размер от торца упорного  бурта штанги до торца муфты  , навинченной на ниппель. 

** длина-  размер между торцами упорных  буртов штанги.

Класс  Группа стали Минимальный предел  Предел прочности

     текучести, МПа

К Никель-молибденовая   414   620...793

C Марганцовистая    414   620...793

D Марганцовистая     586    793...965 

     Хромомолибденовая    586    793...965

D спец Специальный   630   820...990

     никелесодержащий  сплав

D супер Хромомолибденовая  720   930...1050

     углеродистая 
 

НАСОСНЫЕ  ШТАНГИ УТЯЖЕЛЕННЫЕ

Используются  для оптимизации нагрузки на привод. 

Cтандарт      API Spec 11B

 Типоразмер ШН 1 1/2" ШН 1 5/8" ШН 1 3/4"

 Диаметр,  мм 38,1             41,28     44,45

 Типоразмер  присоединяемой штанги 

     ШНУ 3/4 ШН 7/8 ШН 7/8

 Длина,     мм 8000

 Масса,  кг  70  80  94 

Класс  Группа стали Минимальный предел

     прочности на растяжение, МПа

1 Углеродистая  448

2 Легированная  620 
 

ШТАНГИ  НАСОСНЫЕ ШАРНИРНЫЕ

     Предназначены для предохранения от развинчивания  резьбовых соединений колонны насосных штанг при добыче нефти станками-качалками. Крутящий момент, от движения насосной колонны, компенсируется поворотом деталей шарнирной штанги внутри муфты.

Стандарт    ТУ 3665-027-002175515-02

Типоразмер            ШНШ.М ¾  ШНШ.М 7/8 ШНШ.М3/4х7/8 ШНШ.М 7/8х1

Наружный диаметр, мм  45           53  53  55,6

       53

Длина, мм 495 507

Разрывное усилие, кгс 14000  20000  20000  20000

     20000

Типоразмер  ШН 3/4 ШН 7/8 ШН 3/4; ШН7/8; присоединяемой штанги    ШН 7/8 ШН 1 

     Для увеличения долговечности штанг, уменьшения воздействия на них коррозионной среды (пластовой жидкости) они подвергаются термической обработке и упрочнению поверхностного слоя металла. Наиболее часто используется следующий вид термообработки: нормализация, закалка объемная, закалка ТВЧ. Поверхностное упрочнение обеспечивается за счет дробеструйной обработки, обкатки роликом. Основная цель поверхностного упрочнения - создание снимающих напряжений в поверхностном слое материала. Кроме того, поверхность штанг покрывают лаками или металлами, стойкими к воздействию окружающей среды.

     Для уменьшения износа штанговой колонны  и труб НКТ, на штангах рекомендуется  использование центраторов. Центраторы могут быть неподвижными, устанавливаемые  непосредственно на тело штанги методом  литья под давлением. Центраторы вращающиеся, размещаются между упорами на теле штанги и могут вращаться на теле штанги. Кроме защиты от износа, центраторы препятствуют образованию отложений внутри труб НКТ и повышают межремонтный срок эксплуатации скважины.

     Материал  центраторов – износостойкий, нейтральный к нефтепродуктам пластик, армированный стекловолокном. Конструкция и размеры скребков защищены Российскими патентами.

     Особенностью  штанг является накатка резьбы. Для  сборки ступенчатой колонны из штанг  различных диаметров используют переводные муфты МПШГ, позволяющие соединять штанги диаметрами 16 и 19, 19 и 22, 22 и 25 мм. Соединительные муфты изготавливают с лысками и без лысок.

     В зависимости от условий работы применяют  штанги, изготовленные из сталей следующих  марок:

для легких условий работы - из стали 40, нормализованные;

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

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

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

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

     Колонна штанг - один из наиболее ответственных  элементов установки, работающей в  наиболее напряженных условиях. Прочность и долговечность штанг, как правило, обусловливает подачу, как всей установки, так и максимальную глубину спуска насоса. Обрыв штанг вызывает простои и необходимость подземного ремонта. Разрушение колонны штанг происходит, как правило, либо при разрыве тела штанги, либо при разрушении резьбовых соединений.

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

     Необходимо  отметить, что наиболее приемлемыми  для затяжки резьбовых соединений являются механические ключи с гидро- и электроприводом, позволяющие  свинчивать штанги со строго определенным моментом.