2.2.12. Насосные штанги

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

Штанга представляет собой стальной стержень круглого се­чения 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 мет­рическая специальная, причем резьба накатывается. Штанги соединяются между собой муфтами.

ГОСТ 13877-80 предусматривает изготовление штанг номи­нальной длиной 8000 мм. Для подбора необходимой длины под­вески колонны изготовляются укороченные штанги длиной 1000, 1200, 1500, 2000 и 3000 мм [34].

Для соединения штанг одинаковых размеров выпускают со­единительные 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 муфта­ми. 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, норма­лизованная с последующим поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ или нормализованная с последующей объем­ной закалкой и высоким отпуском;

—15НЗМА, нормализованная с последующим поверхност­ным упрочнением нагревом ТВЧ;

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

Таблица 2.38

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	570	630	610	650	700	770	1060
Предел текучести, МПа	320	520	400	500	630	680	950
Относительное су­жение, %	45	65	62	60	63	50	50
Твердость по Бри­не­лю	217	260	229	229	255	270	270

— 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. 2.39.

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. 2.109. 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 2.39