Материал: Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

ности штанги могло быть связано с исходно неоднородной глубиной обезуглероженного слоя, а также с неравномерностью заполнения контейнера карбюризатором.

Заключительной операцией для штанг с цементованными концевыми участками была закалка с нагревом ТВЧ по технологии Очёрского машзавода. Величина предела прочности, выборочно определенная у двух цементованных и закаленных ТВЧ штанг, составила

Рис. 1.24. Микроструктура участков насосной штанги (см. рис. 1.22) из стали 20Н2М после цементации в твердом карбюризаторе при 900 ° С в течение 28 мин на производственных площадях Очёрского машзавода (г. Очёр): hа – глубина цементованного слоя вблизи высаженной части штанги; hб – глубина цементованного слоя на удалении от высаженной части штанги; hв – глубина цементованного слоя со стороны заглушки;

hг – глубина цементованного слоя вне контейнера

61

640 МПа и 714 МПа, что ниже требований ГОСТ 13877–80 [32] для штанг, прошедших закалку с нагревом ТВЧ.

Результаты усталостных испытаний образцов насосной штанги, изготовленной по данному способу, приведены в табл. 1.9.

Таблица 1 . 9

Величина предела выносливости образцов штанги их стали 20Н2М

Примечание. Испытания проведены методом «лестницы» по схеме консольный изгиб в одной плоскости (ГОСТ 25.502–78).

Таким образом, преимущество данной технологии изготовления насосных штанг заключается в том, что появилась возможность получить насосные штанги, концевые участки которых, а именно – галтели и прилегающие к ним части тела штанги, имеют предел выносливости, превосходящий предел выносливости средней по длине части тела штанги в 1,2 раза – для штанг, прошедших дополнительное упрочнение нагревом ТВЧ, и в 2,4 раза для штанг, прошедших только нормализацию в средней ее части, что позволяет увеличить межремонтный период штанги в 2,5–10 раз.

Данные показатели достигнуты благодаря присутствию в поверхностном слое концевых участков штанги благоприятных напряжений сжатия.

Поскольку усталостное разрушение штанг будет происходить за пределами термоупрочненных концов насосной штанги, обеспечивается возможность ее восстановления после разрушения, так как разрушенную в средней по длине части штангу возможно подвергнуть механической обработке, а низкое содержание углерода в данной части штанги обеспечивает, например, свариваемость этих час-

62

тей. При этом и после ремонта сохраняется достаточный для эксплуатации межремонтный период.

Насосные штанги, прошедшие цементацию в твердом карбюризаторе по отработанной технологии, были переданы в количестве 1130 штук для промысловых испытаний в НГДУ «Осинефть» ПО «Пермнефть».

1.7. Холодная правка и контроль насосных штанг продольным нагружением. Технические средства, обеспечивающие правку и контроль

Преимущество данного способа, предназначенного для использования на предприятиях нефтегазодобывающей промышленности, ведущих ремонт и контроль нефтепромыслового оборудования [8, 34, 7, 35, 5], заключается в повышении качества правки за счет исключения приложения к штанге, бывшей в эксплуатации, растягивающих усилий, превышающих ее предел прочности, а также в увеличении производительности процесса за счет деформации штанги механическим путем, уменьшении и/или смещении остаточных макронапряжений за счет растяжения и обеспечения прямолинейности тела штанги.

Технический результат достигается за счет того, что в способе правки насосных штанг растяжением, включающем предварительное устранение местной кривизны ее тела при скорости 1,5 м/мин, упругую и пластическую деформацию штанг и контроль остаточной пластической деформации, использованы данные предварительно установленные на контрольных образцах. На образцах, выполненых из бывших в эксплуатации насосных штанг, определяют зависимость величины предела выносливости от величины пластического удлинения в процессе правки продольным растяжением. Причем контроль величины остаточной пластической деформации осуществляют в соответствии с величиной требуемого пластического удлинения, определенного по наибольшему значению предела выносливости для данной штанги из полученной ранее зависимости, и при

63

достижении требуемого пластического удлинения насосной штанги прекращают ее нагружение и завершают процесс правки.

Поскольку контрольные образцы готовят предварительно из бывших в эксплуатации насосных штанг, представилась возможность проводить испытания на образцах с различными техническими характеристиками (типоразмер, материалы, режим термоупрочнения и т.д.) и с учетом особенностей той среды, в которой штанги насосные эксплуатировались.

Исходя из того, что на контрольных образцах известной структуры, изготовленных из бывших в эксплуатации насосных штанг, получена зависимость величины предела выносливости от величины пластического удлинения, появилась возможность в процессе правки, растяжения и пластического удлинения каждой штанги производить до величины, при которой обеспечивается и сохраняется ее прямолинейность и исключается снижение предела выносливости, исходя из технических характеристик материала, геометрических размеров штанги, режима ее термообработки и условий эксплуатации.

Поскольку контрольные образцы и штанги насосные, подлежащие правке, подвергаются нагружению в идентичных условиях, появилась возможность максимально приблизить результаты испытаний на контрольных образцах к условиям эксплуатации насосной штанги в скважине. Как следствие, требуемая для обеспечения гарантированной прямолинейности насосной штанги величина пластического удлинения на стадии ее пластического деформирования определяется с высокой точностью и при сохранении предела выносливости материала штанги.

Для осуществления способа правки насосных штанг выполняют следующие операции в нижеуказанной последовательности:

–готовят контрольные образцы насосных штанг одной марки стали, одной плавки и прошедших одинаковую термическую обработку;

–каждый образец устанавливают в захваты растягивающего устройства [8], производят пластическое удлинение и на заранее выбранном базовом образце фиксируют остаточную деформацию в диапазоне от минимально регистрируемой до максимальной, сопровождающейся образованием «шейки»;

64

–из образцов, прошедших пластическое удлинение, формируют партии с одинаковой для каждой партии величиной пластического удлинения;

–образцы каждой партии подвергают усталостным испытаниям по схеме «консольный изгиб в одной плоскости» методом «лестницы» при действии нагрузки, полученной из величины приведенного напряжения в теле штанги, исходя из условий нагружения ее

вскважине;

–по полученным данным строят зависимости в координатах «предел выносливости», «относительное пластическое удлинение», по которым определяют недопустимый диапазон значений относительного удлинения, соответствующий пониженным значениям предела выносливости;

–в процессе правки укладывают штангу насосную в захваты растягивающего устройства и нагружают ее до устранения местной кривизны при непрерывном контроле величины усилия и перемещения головки штанги;

–замеряют длину насосной штанги после устранения ее местной кривизны;

–по полученным ранее зависимостям для контрольных образцов и по величине длины штанги, полученной после устранения местной кривизны с учетом ее технических характеристик (марка стали, режим термоупрочнения и т.п.), определяют величину требуемого пластического удлинения насосной штанги;

–продолжают нагружение насосной штанги при непрерывном контроле деформирующего усилия и удлинения штанги на стадии упругого и пластического деформирования;

–при достижении удлинения штанги величины, равной требуемому пластическому удлинению, прекращают нагружение насосной штанги;

–разгружают штангу насосную.

Способ правки насосных штанг растяжением был реализован в производственных условиях, где было использовано следующее оборудование: универсальная испытательная машина ГМС для рас-

65