МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

Колонна насосных штанг по ГОСТ 31825-2012

Насосные штанги, собранные на резьбовых соединениях в штанговую колонну, осуществляют передачу возвратно-поступательного движения от точки подвеса штанг привода расположенного на поверхности к плунжеру насоса.

Колонна насосных штанг состоит из ступеней, совокупности штанг одинакового типоразмера и включает в себя следующие элементы:

• устьевой шток (поз.1), представляющий собой стержень снабженный резьбой на обоих концах и соединяющий колонну штанг с приводом штанговой установки, который установлен на поверхности;


• муфту устьевого штока (поз.2) с резьбой, соединяющую устьевой шток с колонной насосных штанг;


• насосные штанги (поз.3), являющиеся составной частью колонны насосных штанг и представляющие собой стержень с головками на концах, которые заканчиваются внешней резьбой. Штанги бывают:
  
  
  • нормальной длины (8000, 7620 и 9140 мм), из которых компонуется основная часть колонны штанг;
  
  
  • укороченной длины (450, 610, 915, 1220, 1500, 1830, 2440, 3050 и 3660 мм), которые необходимы для регулировки высоты колонны насосных штанг, когда их общий габарит не кратен стандартным нормальным длинам.


• штанговые муфты (поз.4,5), необходимые для соединения насосных штанг между собой посредством внутренней резьбы и подразделяются на:
  
  
  • соединительные (поз.4) - для насосных штанг с равными диаметрами;
  
  
  • переходные (поз.5) - для насосных штанг с разными диаметрами.


• утяжеленная штанга (поз.6), стержень с увеличенным диаметром, создающий дополнительную нагрузку в нижней части колонны штанг.

В начале 70-х годов были разработаны насосные штанги из стеклопластика (СПНШ), чтобы использовать в скважинах среда которых имеет коррозионную активность. Конструкция стеклопластиковых штанг такая же, как у металлических. Главная особенность - меньший в 3—4 раза вес, чем у металлических, при одинаковых прочностных характеристиках и в 2—3 раза большей эластичности. В большинстве случаев их применяют, комбинируя со стальными, в скважинах глубиной более 2000 м.

Полые штанги передают движение от головки балансира, входящей в состав станка-качалки, плунжеру скважинного насоса при постоянной или имеющей периодичность подаче в объём насосных труб:

• ингибиторов коррозии;
• ингибиторов парафиноотложения;
• растворителей парафинистых отложений;
• теплоносителей;
• коагулянтов диспергированной влаги;
• жидкости гидрозащиты насоса.

Отбор продукта из скважины при этом может быть организован как по центральному каналу пустотелых штанг, так и по кольцевой полости между пустотелыми штангами и насосно-компрессорными трубами.

При использовании полых штанг изменяется конструкция применяемого оборудования устья скважин, состоящего из устьевого сальника для полых штанг, устьевого полого штока, шарнирного трубопровода, рукава высокого давления и др.

Штанговая колонна эксплуатируется в тяжелых условиях, под воздействием агрессивной откачиваемой среды и переменных нагрузок, которые приводят к накапливанию усталостных эффектов в штанговой колонне. Помимо перечисленных фактов, колонна штанг подвергается изнашиванию из-за трения о насосно-компрессорные трубы при использовании в скважинах с наклонным направлением профиля.

На штанговую колонну оказывают воздействие следующие нагрузки:

• статические, в составе:
  • веса штанговой колонны, учитывающей силу плавучести;
  • веса столба жидкой среды над плунжером высотой равной разнице динамического уровня жидкости и объёма, который занимает сама штанговая колонна;


• динамические, в составе:
  • силы инерции, перемещающихся масс жидкости и штанговой колонны от движения осуществляемого с ускорением;
  • силы вибрации, обусловленной волновыми явлениями, которые возникают при работе насоса в штанговой колонне.

При эксплуатации штанговой колонны в скважинах с наклонно направленном профиле и при перекачке эмульсий, высоковязких жидкостей требуется принимать во внимание силы трения штанговой колонны о жидкость и трубы, потому что их значение может быть сопоставимо с весом колонны.

Наибольшие напряжения на растяжение проявляются в верхней части колонны, а имеющие наименьшее значение - в нижней. Однако в нижней части колонны возможно возникновение сжимающих напряжений при перемещении вниз при перекачке эмульсий и вязких жидкостей. Это негативно влияет на срок службы штанговой колонны, а значит в таких условиях данный участок требует усиления за счёт применения штанг большего диаметра или тяжелых штанг.

Есть технические решения, заключающиеся в применении специальных насосов с утяжелением низа колонны насосных штанг.

Разрушение штанговой колонны происходит по причине усталости. Промысловый опыт свидетельствует, что с большей частотой обрыв штанги происходит на участках 25—35 см, которые прилегают к головкам, т.е. там, где наибольшие концентраторы напряжений и возможно возникновение изгибающего момента от потенциальной несоосности головки штанги и её тела.

Срок полезной эксплуатации штанг уменьшается при работе в среде с коррозионной активностью.

Указания по эксплуатации

К эксплуатации могут быть допущены прямолинейные устьевые штоки и штанги, не имеющие механических дефектов.

Распакованные устьевые штоки и штанги запрещено бросать. При переноске требуется удерживать не менее чем в 2-ух точках,чтобы не допустить сильного провисания. Тележки, используемые для перевозки устьевых штоков и штанг должны позволять сохранять их целостность.

Штанги и устьевые штоки, разгруженные на скважине, необходимо размещать в специально отведенных местах на стеллажах, которые исключают наезд на них транспортных средств. Запрещено хождение по устьевым штокам и штангам.

Инструмент, используемый для спускоподъемных операций, не должен повреждать поверхность устьевых штоков, штанг и муфт.

Перед скручиванием резьбовых соединений их требуется очистить от загрязнений и смазать. При раскручивании резьбовых соединений нельзя наносить удары по муфте. Крутящий момент должен прикладываться к квадрату под ключ.

Захват штанги при выполнении спускоподъемных операций необходимо выполнять исключительно за подэлеваторный бурт головки.

Штанги, которые извлечены из скважины или подготовлены для спуска в нее, необходимо укладывать на мостки с использованием между рядами деревянных прокладок. Конструкция мостков должна исключать устьевых штоков и штанг.

Подбор штанг для колонны необходимо выполнять при условии одинаковых наибольших приведенных напряжений в каждой ступени, которые указываются в паспорте производителя на каждую партию штанг.