Характеристика материалов отечественных насосных штанг

Показатель	Сталь марки
40, Нор­ма­ли­за­ция или нор­ма­лиза­ция с после­дую­щим поверх­ност­ным упрочне­нием твч	20Н2М, Термоу­луч­­шение	ЗОХМА, Термо­улучше­ние	15НЗМА, Термо­улучше­ние	15Х2НМ, закалка + вы­сокий отпуск	15Х2ГМФ, Термоу­луч­­шение в процессе изготов­ле­ния про­ка­та	15Х2ГМФ, Термоу­луч­шение в процессе изготов­ле­ния про­ка­та и штам­пов­ки го­ло­вок
Предел прочности при растяжении, МПа
Предел текучести, МПа
Относительное су­жение, %
Твердость по Бри­не­лю

 

— 30ХМА, нормализованная с последующим высоким отпус­ком и упроч­не­нием нагревом ТВЧ;

— 15Х2ГНМФ, закалка и высокий отпуск или нормализация и высокий отпуск.

Маркировка насосных штанг наносится на двух противопо­ложных сторонах каждого квадрата. На одной стороне квадрата наносятся товарный знак или условное обозначение предприя­тия-изготовителя и условный номер плавки, на другой стороне квадрата — марка стали, год выпуска и квартал. Допускается после обозначения наносить технологическую маркировку заво­да-изготовителя. На штанге, подвергнутой обработке ТВЧ, на­носится буква Т.

На наружной поверхности муфты поверхностно-пластичес­ким деформи­рованием наносится маркировка, содержащая: то­варный знак или условное обозначение предприятия-изготови­теля; марку стали; год выпуска и квартал; букву С (для муфт, не подвергнутых обработке ТВЧ).

Марку стали маркируют буквами:

У - сталь 40 и сталь 45; Н - 20Н2М; X - ЗОХМА;

Р - 15НЗМА; П - 15Х2НМФ; Т-15Х2ГМФ;

С — 36М17 (для румынских штанг).

Год выпуска маркируют одной последней цифрой календар­ного года. Кварталы маркируют буквами:

А — первый; Б — второй; Г — третий; И — четвертый.

Условный номер плавки маркируется тремя цифрами.

 

Примеры маркировки штанг:

 

Ш375 Н9А, где Ш — условное обозначение завода им. лейте­нанта Шмидта; 375 — номер плавки; Н — сталь марки 20Н2М; 9 — год изготовления 1999; А — первый квартал; МПОБ С52А, где М — условное обозначение Мотовилихинского завода; П — сталь марки 15Х2НМФ; 0 — год изготовления — 2000; Б — вто­рой квартал; С — штанги сорбитизированные; 52 — номер плав­ки; А — литер смены.

Примеры условного обозначения штанг и муфт (по ГОСТ 13877-80).

Штанга диаметром 19 мм, длиной 8000 м из стали марки сталь 40: штанга насосная ШН19-40;

то же длиной 3000 мм:

штанга насосная ШН 19-3000-40;

то же, подвергнутая поверхностному упрочнению нагревом ТВЧ:

штанга насосная ШН19-3000-40Т;

то же, с соединительной муфтой исполнения 1:

штанга насосная ШН19-3000-40Т-1.

Муфта соединительная диаметром 19 мм; исполнения 1, из стали марки сталь 40, подвергнутая обработке ТВЧ: муфта МШ19 (ГОСТ 13877-80);

то же, не подвергнутая обработке ТВЧ:

муфта МШ19-С (ГОСТ 13877-80);

то же, исполнение 2, из стали марки 20Н2М, не подвергну­той поверхностному упрочнению нагревом ТВЧ:

муфта МШ19-2 -20Н2М-С (ГОСТ 13877-80).

Резьба штанги диаметром 19 мм обозначается:

резьба Ш19 (ГОСТ 13877-80).

Соответствие прочности штанг российского производства клас­сам прочности штанг по API Spec 11В представлено в табл. 7.39.

Величина предела пропорциональности материала штанг ха­рактеризует и классифицирует прочностные характеристики са­мой штанги (класс С, К, Д по API Spec 11B) [35].

Продолжаются разработки стеклопластиковых или углеплас-тиковых насосных штанг для использования в скважинах с коррозионно-активной средой. Конструкция аналогична стальным штангам, т.е. есть гладкое тело штанги и высаженная часть с резьбой. Но здесь могут быть разные варианты: либо сама выса­женная часть и резьба выполняется из композита (стеклоплас­тик или углепластик), либо резьба и высаженная часть штанги выполнена из стали, а сама высаженная часть прикрепляется к гладкому телу штанг. Вариант крепления высаженной части штан­ги к ее гладкой части представлен на рис. 7.109. Основная осо­бенность стеклопластиковых штанг — их малая масса: при оди­наковой прочности они в 3—4 раза легче стальных, но в 2—3 раза эластичнее. Обычно их используют (в сочетании со сталь­ными штангами) в глубоких скважинах (более 2000 м) или в скважинах с высококоррозионной пластовой жидкостью.

Таблица 7.39

Соответствие прочности штанг российского производства классам прочности штанг по API Spec 11В

Марка стали	Вид термо­обработки	Класс штанг в соответст­вии с API Spec 11В	Нагрузка, при которой достигается предел текучести, кН	Нагрузка, при которой достигается предел прочности, кН
ШН19	ШН22	ШН19	ШН22
	Нормали­зация	С
20Н2М	Нормали­зация	К
15НЗМА	Термоулуч­шение	К
15Х2НМФ	Закалка и высокий отпуск	К
15Х2ГМФ	Термоулуч­шение в процессе изготовления	Д
15Х2ГМФ	Термоулуч­шение в процессе изготовления	д

Рис. 7.109 Конструкция стеклопластиковой насосной штанги.

 

Кроме сплошных насосных штанг, могут применяться полые или трубчатые штанги. Полые штанги предназначены для пере­дачи движения от головки балансира станка-качалки плунжеру скважинного насоса при непрерывной или периодической по­даче в полость насосных труб ингибиторов коррозии, ингибито­ров отложения парафина, растворителей парафина, теплоноси­телей, деэмульгаторов, жидкости гидрозащиты насоса. Продук­ция скважины при этом отбирается по кольцевому пространству между полыми штангами и НКТ. Другим вариантом примене­ния полых штанг является откачка пластовой жидкости с высо­ким содержанием механических примесей. При этом откачка пластовой жидкости проводится по центральному каналу. За счет малого диаметра проходного сечения увеличивается скорость движения откачиваемой жидкости по каналу, что препятствует выпадению (оседанию) механических примесей из потока жид­кости. Полые штанги конструктивно состоят из трубчатой ос­новной части и резьбовых концов, которые присоединяются к трубчатой части с помощью сварки (рис. 7.110) [36].

 

Рис. 7.110. Конструкция полой насосной штанги

 

Марки стали, применяемые для изготовления полых насос­ных штанг, соответствуют маркам стали, применяемым для из­готовления обычных насосных штанг. Исходным материалом для изготовления полых насосных штанг служит бесшовная холод-нокатанная калибрированная труба. Головки, изготовляемые методом горячей объемной штамповки, предварительно свер­лятся. Вслед за предварительной обработкой головка штанги соединяется с трубой многослойной сваркой кольцевым швом. Затем зона сварного шва — корневой слой сварочного соедине­ния — растачивается. Этим специальным методом обработки и сварки достигается точная соосность штанги и головки. После сварки вся штанга подвергается термической обработке, правке растяжением и дополнительному контролю соосности. Дефек­тоскопия, нарезание резьбы, и калибровка производятся таким же образом, что и у цельнометаллических штанг. Ввиду того, что у полых насосных штанг самым критическим местом явля­ется зона сварного шва, этой зоне следует уделять особое вни­мание. Полые насосные штанги после нанесения каждого слоя сварки полностью проверяются капиллярным методом. В до­полнение к этой проверке определенное количество готовых штанг подвергается 100 %-й рентгеноскопии всей зоны сварно­го шва.