книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

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 со­ ответствии с его заявленными параметрами. Цилиндры сква­ жинных штанговых насосов выполняются из металлов различ­ ных марок в зависимости от геолого-технических условий до­ бычи.

Внутренний диаметр цилиндра должен соответствовать ука­ занному в таблицах 2.26 и 2.27. Значение фактического диамет­ ра 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 эле­ ментов насоса стандартными элеваторами и слайдерами.

Конструкция цилиндров и плунжеров должны соответство­ вать следующим требованиям:

Максимальная разность размеров внутреннего диаметра од­ ного цилиндра 0,03 мм.

Общая длина цилиндра и удлинителей рассчитывается из ус­ ловия 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 по­ верхности цилиндров. Цилиндры, упрочненные азотированием, должны иметь поверхностную твердость внутренней поверхнос­ ти не менее HV 8,7 ГПА (870 кгс/мм2) и минимальную микро­ твердость на глубине 0,12 мм не ниже Нр 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 бие­ ния должны соответствовать 8-й степени точности, цилиндричности — 6-й степени точности по ГОСТ 24643.

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

Заготовки, используемые для изготовления хромированных плунжеров, не должны иметь раскатанных пузырей и загрязне­ ний (волосовин), плен и других дефектов. Хромированная по­ верхность должна быть блестящей, светло-серого цвета с сине­ ватым или молочно-матовым оттенком, без сколов, шелушения, растрескивания. В соответствии с ГОСТ 9.301 допускаются не­ равномерности цвета, отдельные риски без нарушения покры­ тия, 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 метал­ лом, 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 твердо­ стью 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 Нр. 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 наруж­ ного диаметра для всех типоразмеров плунжеров и любой груп­ пы посадки равны: верхнее — 0, нижнее — минус 0,013 мм.

Значение фактического диаметра плунжера записывается в паспорт насоса.

Присоединительные резьбы переводников насоса в зависи­ мости от требований заказчика выполняются согласно ГОСТ 633 или по API Spec 5ВХ. Резьба на штоках и в переводниках, со­ прягаемых с деталями скважинных штанговых насосов выпол­ няется метрической по ГОСТ 9150.

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

Штанга представляет собой стальной стержень круглого се­ чения 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 мет­ рическая специальная, причем резьба накатывается. Штанги соединяются между собой муфтами.

ГОСТ 13877-80 предусматривает изготовление штанг номи­ нальной длиной 8000 мм. Для подбора необходимой длины под­ вески колонны изготовляются укороченные штанги длиной 1000, 1200, 1500, 2000 и 3000 мм [55].

Для соединения штанг одинаковых размеров выпускают со­ единительные 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 муфта­ ми. 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, норма­ лизованная с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ или нормализованная с последующей объем­ ной закалкой и высоким отпуском;

—15НЗМА, нормализованная с последующим поверхност­ ным упрочнением нагревом ТВЧ;

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

— ЗОХМА, нормализованная с последующим высоким от­

пуском и упрочнением нагревом ТВЧ, _15Х2ГНМФ, закалка и высокий отпуск или нормализация

и высокий отпуск.

Маркировка насосных штанг наносится на двух противопо­ ложных сторонах каждого квадрата. На одной стороне квадрата наносятся товарный знак или условное обозначение предприя­ тия-изготовителя и условный номер плавки, на другой стороне квадрата — марка стали, год выпуска и квартал. Допускается после обозначения наносить технологическую маркировку заво- да-изготовителя. На штанге, подвергнутой обработке ТВЧ, на­

носится буква Т.

На наружной поверхности муфты поверхностно-пластичес­ ким деформированием наносится маркировка, содержащая: то­ варный знак или условное обозначение предприятия-изготови­ теля; 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 календар­ ного 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. лейте­ нанта 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 — вто­ рой квартал; С — штанги сорбитизированные; 52 — номер плав­ ки; 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 ШН19-3000-40; то же, подвергнутая поверхностному упрочнению нагревом ТВЧ:

штанга насосная ШН19-3000-40Т; то же, с соединительной муфтой исполнения I •

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 подвергну­ той 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 клас­ сам прочности штанг по API Spec 11В представлено в табл. 2.39.

Величина предела пропорциональности материала штанг ха­ рактеризует и классифицирует прочностные характеристики са­ мой штанги (класс С, К, Д по API Spec ПВ) [56].

Продолжаются разработки стеклопластиковых или углеплас­ тиковых насосных штанг для использования в скважинах с кор­ розионно-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 выса­ женная часть и резьба выполняется из композита (стеклоплас­ тик или углепластик), либо резьба и высаженная часть штанги выполнена из стали, а сама высаженная часть прикрепляется к гладкому телу штанг. Вариант крепления высаженной части штан­ ги к ее гладкой части представлен на рис. 2.109. Основная осо­ бенность стеклопластиковых штанг — их малая масса: при оди­ наковой прочности они в 3—4 раза легче стальных, но в 2—3 раза эластичнее. Обычно их используют (в сочетании со сталь­ ными штангами) в глубоких скважинах (более 2000 м) или в скважинах с высококоррозионной пластовой жидкостью.

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

изготовления

Головка штанги

Кроме сплошных насосных штанг, могут применяться полые или трубчатые штанги. Полые штанги предназначены для пере­ дачи движения от головки балансира станка-качалки плунжеру скважинного насоса при непрерывной или периодической по­ даче в полость насосных труб ингибиторов коррозии, ингибито­ ров отложения парафина, растворителей парафина, теплоноси­ телей, деэмульгаторов, жидкости гидрозащиты насоса. Продук­ ция скважины при этом отбирается по кольцевому пространству между полыми штангами и НКТ. Другим вариантом примене­ ния полых штанг является откачка пластовой жидкости с высо­ ким 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 жид­ кости. Полые штанги конструктивно состоят из трубчатой ос­ новной части и резьбовых концов, которые присоединяются к трубчатой части с помощью сварки (рис. 2.110) [56].

Рис. 2.110. Конструкция полой насосной штанги

Марки стали, применяемые для изготовления полых насос­ ных штанг, соответствуют маркам стали, применяемым для из­ готовления обычных насосных штанг. Исходным материалом для изготовления полых насосных штанг служит бесшовная холоднокатанная калибрированная труба. Головки, изготовляемые

методом горячей объемной штамповки, предварительно свер­ лятся. Вслед за предварительной обработкой головка штанги соединяется с трубой многослойной сваркой кольцевым швом. Затем зона сварного шва — корневой слой сварочного соедине­ ния — 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. Дефек­ тоскопия, нарезание резьбы, и калибровка производятся таки1ц же образом, что и у цельнометаллических штанг. Ввиду того) что у полых насосных штанг самым критическим местом явля­ ется зона сварного шва, этой зоне следует уделять особое вни­ мание. Полые насосные штанги после нанесения каждого сло^ сварки полностью проверяются капиллярным методом. В до. полнение к этой проверке определенное количество готовы* штанг подвергается 100 %-й рентгеноскопии всей зоны сварно. го шва.

Технические характеристики полых штанг, выпускаемых в РФ

Зарубежные фирмы (например — SBS, Австрия) также вы­ пускают полые насосные штанги. В табл. 2.40 представлены ос­ новные размеры зарубежных полых насосных штанг [56].

При применении полых штанг изменяется конструкция обо­ рудования устья скважин, в состав которого входят устьевой саль­ ник для полых штанг, устьевой полый шток, трубопровод шар­ нирный или рукав высокого давления и др. (см. рис. 2.111).

Колонна насосных штанг может выполняться не только из отдельных, дискретных штанг, соединенных между собой с по­ мощью резьбы, но и в виде непрерывной колонны.