В комплект оборудования для сбора нефти входят насосный агрегат,насосная штангаи нефтяной насос – все они являются важнейшими ключевыми компонентами. Благодаря совместной работе была создана рабочая система «трёх насосных агрегатов», обеспечивающая совместную реализацию всего процесса – от подземной добычи нефти до её наземной транспортировки. Преимущества и недостатки этих трёх компонентов, а также степень их негласного взаимодействия, не только напрямую влияют на производительность нефтяной скважины, но и оказывают решающее влияние на общую экономическую выгоду горнодобывающего проекта.
Насосная штанга：
Theнасосная штангаЯвляется основным звеном, соединяющим наземный насосный агрегат и подземный насосный агрегат в системе «Три насосных агрегата». Он выполняет двойную функцию: передает мощность и воспринимает нагрузку: с одной стороны, передает возвратно-поступательное движение насосного агрегата поршню насосного агрегата и приводит его в движение; с другой стороны, он несет веснасосная штангаСама колонна, вес столба жидкости и дополнительные подземные нагрузки (такие как инерционные и фрикционные), а также её эксплуатационные характеристики напрямую влияют на надёжность и срок службы всего нефтедобывающего устройства. Согласно API 11B-2021 (стандарт Американского института нефти), предел прочности на разрыв насосной штанги должен быть не менее 620 МПа, а предел текучести — не менее 550 МПа.
Ⅰ. Структура и материал:
1. Структурное проектирование：
Основная частьнасосная штангапредставляет собой цельный стержень круглого сечения, обычно длиной 7,62 м (25 футов) или 9,14 м (30 футов), который легко транспортировать и устанавливать на объекте. Оба конца стержня имеют резьбу и нескольконасосная штангассоединены через обручи, образуя «насосная штангаДля повышения прочности резьбового соединения резьбовые детали обычно закаляют (твердость достигает HRC28-32), а для предотвращения ослабления резьбы при подземных работах применяют противооткручивающую конструкцию (например, на резьбу наносят противооткручивающий клей).
2. Классификация материалов:
В зависимости от условий работы нефтяной скважины (таких как глубина скважины, коррозия сырой нефти и размер нагрузки) материалнасосная штангав основном делится на две категории：
Углеродистая стальнасосная штанга: Основные материалы: сталь № 45 и сталь 20CrMo, высокая прочность и низкая стоимость. Подходит для обычных нефтяных скважин глубиной ≤2000 м, подверженных коррозии в условиях сырой нефти (включая концентрацию ХСС ≤50 частей на миллион). Используется в обычных скважинах на нефтяных месторождениях Восточного Китая. Доля применения превышает 80%.
Легированная стальнасосная штанга: Основные материалы: стали 35CrMo и 42CrMo, коррозионная стойкость и усталостная прочность повышаются за счёт легирования. Подходит для глубоких и сверхглубоких скважин глубиной ≥2000 м, подверженных сильной коррозии сырой нефти (концентрация ХСС 50 частей на миллион). Например, в газовых скважинах с высоким содержанием серы на нефтегазовых месторождениях юго-западного Китая применение легированной сталинасосная штангасоставляет более 90%.
Ⅱ. Повреждения, вызванные нагрузкой и усталостью во время работы:
Theнасосная штангаподвергается сложным знакопеременным нагрузкам во время работы, и при длительной эксплуатации легко возникают усталостные повреждения, которые являются основной причиной выхода из строянасосная штанга. Основные нагрузки, которые он выдерживает, включают:
1. Статическая нагрузка: включая веснасосная штангасама колонна (вес углеродистой сталинасосная штангана метр составляет около 15 кг), вес столба жидкости (рассчитывается по плотности сырой нефти, обычно 800-900 кг/м3).
2. Динамические нагрузки: включая инерционные нагрузки (ускорительные нагрузки, создаваемые возвратно-поступательным движением поршня), фрикционные нагрузки (трение междунасосная штангаи внутренней стенкой трубки) и ударные нагрузки (мгновенные ударные нагрузки, возникающие при перемещении головы осла).
Для продления срока службынасосная штанганеобходимо принять целенаправленные меры: во-первых, оптимизировать рабочие параметры присоски (например, уменьшить ход и разумно выбрать ход) для снижения динамической нагрузки; во-вторых, обработка поверхностинасосная штанга(например, хромирование, напыление износостойкого покрытия) для повышения износостойкости; В-третьих, регулярный осмотрнасосная штангаколонны (например, применение технологии акустической дефектоскопии), своевременное обнаружение усталостных трещин.
Справочный материал：
[1] Американский институт нефти "API Спецификация 11B-2021Насосная штангаСпецификацияддддххх
[2] "Материалы для машиностроения дддххх Том 46, Выпуск 7, 2022 дддхххНасосная штангаПроектирование структур и анализ надежности соединений
[3] "Железо и сталь дддххх Том 58, Выпуск 4, 2023 "Исследования по оптимизации материалов и коррозионной стойкости легированной сталиНасосные штангиддддххх
[4] "Инженерная механика" 2022, Том 39, Выпуск 9 "Анализ характеристик нагрузки и усталостной долговечностиНасосная штангаКолоннддддххх
[5] "Неразрушающий контроль дддххх Том 45, выпуск 3, 2023 "Технология неразрушающего контроля и практика его примененияНасосная штангаддддххх