2. Свойства, показатели свойств, определяющие способность плунжера штангового насоса выполнять свое назначение и нормы на них

1. Функции плунжера штангового насоса и свойства, обеспечивающие выполнение этих функций

Плунжер рис. 2.2 является рабочим органом скважинного штангового насоса. Функции плунжера – всасывание откачиваемой жидкости при ходе вверх, нагнетание жидкости при ходе вниз, сопротивление силовым воздействиям. Плунжер крепится к колонне штанг с помощью штока, совершает возвратно-поступательное движение. Снизу к плунжеру крепятся узел нагнетательного клапана и шток гидроусилителя. При ходе плунжера вверх поднимается тарель всасывающего клапана под действием сил трения тарели о шток гидроусилителя, и откачиваемая жидкость под действием разности давления в цилиндре насоса и давления на приеме насоса заполняет цилиндр насоса. При ходе вниз – всасывающий клапан закрывается, открывается нагнетательный клапан. Жидкость нагнетается по колонне НКТ.

Рис. 2.2 Плунжер штангового насоса

Функции, которые должен выполнять плунжер в штанговом насосе, представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Функции, которые должен выполнять плунжер в штанговом насосе

№	Требуемые свойства	Функции плунжера
		Откачка жидкости	Сопротивление силовым воздействиям
1	Несущая способность		+
2	Сопротивление коррозионно-абразивному изнашиванию	+
3	Геометрические размеры		+

2. Классификация внешних воздействий на плунжер штангового насоса

Внешние воздействия на плунжер в процессе эксплуатации можно разделить на 4 группы: механические, тепловые, износ, физико-химические.

Механические воздействия

В процессе работы плунжер подвергается действию следующих механических нагрузок:

- при ходе вверх: нагрузка от столба жидкости (статическая), сила трения в паре плунжер-цилиндр, вибрационная нагрузка (динамическая);

- при ходе вниз: сила трения в паре плунжер-цилиндр, вибрационная нагрузка.

Тепловые воздействия

Плунжер подвергается тепловому воздействию со стороны откачиваемой жидкости.

Износ

Плунжер работает в условиях коррозионно-абразивного изнашивания (содержание механических примесей в откачиваемой жидкости – 100 мг/л).

Физико-химические воздействия

Плунжер подвергается химической коррозии (наличие растворенного в воде СО₂), электрохимической коррозии (наличие в пластовой воде хлоридов, гидрокарбонатов). Решающий фактор коррозионно-механического изнашивания – абразивное изнашивание.

3. Выявление интенсивности каждого вида воздействия на плунжер штангового насоса

Механические воздействия

В процессе работы плунжер подвергается действию следующих механических нагрузок:

- при ходе вверх: нагрузка от столба жидкости (статическая) P_ж = 18468 Н, сила трения в паре плунжер-цилиндр P_пл-ц = 690 Н, вибрационная нагрузка P_вибр = 12319 Н (динамическая);

- при ходе вниз: сила трения в паре плунжер-цилиндр P_пл-ц = 690 Н, вибрационная нагрузка P_вибр = 12319 Н.

Суммарная нагрузка на плунжер: при ходе вверх – P_сум = 31479 Н, вниз – P_сум = 13010 Н.

Тепловые воздействия

Плунжер подвергается тепловому воздействию со стороны откачиваемой жидкости (T_max = 60 ⁰C).

Износ

Плунжер работает в условиях коррозионно-абразивного изнашивания (содержание механических примесей в откачиваемой жидкости – 100 мг/л). Первоначальный диаметр плунжера – d_нач = 45 мм. Минимально допустимый диаметр плунжера, соответствующий утечке жидкости через зазор, равной 25% от первоначальной подачи, – d_мин = 44,8 мм. Продолжительность работы штангового насоса до наступления предельного состояния – τ = 730 сут (2 года). Интенсивность изнашивания покрытия плунжера – I_п = (d_нач - d_мин)/ τ = 0,1 мм/год.