Изготовление насосных штанг с высаженными головками (ШН) на заказ по чертежам Клиента

Справочная информация

Насосная штанга с высаженными головками (ШН) — это стержневая деталь, применяемая в составе колонны глубинно-насосных установок для передачи возвратно-поступательного движения от устьевого привода к плунжеру глубинного насоса. Особенность штанг данного типа заключается в том, что головки не привариваются отдельно, а формируются из тела штанги методом пластической деформации — высадки (осадки) концов заготовки. Благодаря этому штанга сохраняет непрерывную волокнистую структуру металла по всей длине, что значительно повышает её прочность и ресурс.

Рис.1. Насосная штанга с высаженными головками (ШН)

Заготовки для изготовления

В качестве заготовок используются круглые стальные прутки, прошедшие правку и резку на мерные длины. Концы заготовок подготавливаются под высадку — выполняется нагрев и калибровка перед установкой в штамп. Высадка производится горячим методом при температуре 950–1150 °С на прессах или молотах, после чего формируется утолщённая часть под будущую головку. Далее заготовка проходит зачистку, термообработку и механическую обработку головок (резьба, проточка под соединительные элементы).

Материал изготовления

Для штанг с высаженными головками применяются высококачественные легированные стали, сочетающие прочность, вязкость и хорошую свариваемость в зоне деформации:

• 30ХГСА, 38ХН3МА, 40Х — для стандартных эксплуатационных условий;
• 25Х2М1Ф, 35ХМ, 20Х13 — для повышенных нагрузок и температур;
• 12Х18Н10Т, 09Х16Н4Б — для агрессивных, сероводородсодержащих и коррозионно-активных сред.

Подбор марки стали осуществляется исходя из глубины скважины, режима работы и требуемых характеристик прочности σв ≥ 900 МПа и ударной вязкости KCU ≥ 50 кДж/м² при отрицательных температурах.

Характеристики при проектировании

• прочность на растяжение и усталостная долговечность при многомиллионных циклах нагрузки;
• минимальное биение и высокая прямолинейность по всей длине;
• равнопрочная структура металла без зон термического влияния;
• шероховатость поверхности не выше Ra 1,6 для снижения концентрации напряжений;
• точная геометрия головок и сопряжений под муфты или замковые элементы.

Преимущества:

• отсутствие сварных швов — повышенная прочность и долговечность;
• равномерное распределение напряжений по длине штанги;
• высокая усталостная стойкость и надежность при работе в глубинных скважинах;
• устойчивость к коррозии и растрескиванию в зоне головок.

Недостатки:

• высокая энергоёмкость и сложность технологического процесса высадки;
• необходимость использования мощных прессов и термоштамповочного оборудования;
• более высокая себестоимость по сравнению со штангами с приварными головками (ШН).

Применение

Штанги с высаженными головками применяются в составе установок штанговых глубинных насосов (ШГН) и других механизированных систем нефтедобычи, где требуется длительная и стабильная работа колонны в сложных условиях:

• глубокие скважины (до 3500–4000 м), где возникают значительные растягивающие и ударные нагрузки;
• скважины с повышенным давлением и температурой, в том числе термальных зон;
• агрессивные среды, содержащие сероводород, углекислоту и пластовые воды;
• низкотемпературные регионы, где важно сохранение вязкости и пластичности металла при –40 °С и ниже.

Насосные штанги типа ШН обеспечивают высокую надёжность передачи усилия, стойкость к усталостным разрушениям и длительный срок службы, что делает их оптимальным решением для эксплуатации в наиболее ответственных нефтегазодобывающих системах.