Способ восстановления насосных штанг

Способ восстановления насосных штанг

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам восстановления насосных штанг, бывших в эксплуатации, используемых в механизированной глубинно-насосной нефтедобыче.

Известен способ упрочнения изделий, работающих на статическое и циклическое кручение, согласно которому после поверхностного наклепа изделия производят деформацию кручением (см. а.с. СССР №406916, кл. C 21 D 7/14, опубл. 1973 г.). Поверхностный наклеп (обкаткой роликами либо обдувной дробью) вызывает изменение физических свойств поверхностного и приповерхностного слоя металла изделия и благоприятные напряжения в них.

Однако в процессе упрочнения поверхности изделия наклепом возможен местный перенаклеп или недоклеп, т.е. поверхность изделия приобретает разные физические свойства. Как следствие - невозможно достичь дальнейшего упрочнения кручением длинномерного изделия равномерно по всей длине, т.к. при кручении деформация будет иметь место только в участках недоклеп, а в участках перенаклеп упрочнения деформацией кручением не будет.

Известен также способ упрочнения длинномерных цилиндрических изделий с заранее заданными режимами технологического процесса, используемый при изготовлении насосных штанг и включающий упругую и пластическую деформацию продольным нагруженном и контроль величины удлинения заготовки штанги. Нагружение изделия прекращают при достижении величины остаточного удлинения 160±10 мм при исходной длине штанги 7880±10 мм; 150±10 мм при исходной длине 7850±10 мм; 130±10 мм при исходной длине 7820±10 мм. Продолжительность приложения нагрузки 18 с (см., например, Технологический процесс: операция штамповка, нормализация, растяжка, механическая обработка. СССР. Министерство химического машиностроения. Тех. документация 30.1.00.00113 от 15.11.93 г., штанговый цех №2, г.Очер, Пермская область, Очерский машзавод).

К недостаткам данного способа следует отнести, что данный процесс не позволяет снять усталостные напряжения, возникшие в процессе эксплуатации, в результате чего происходит снижение основного показателя - предела выносливости и увеличивается вероятность обрыва штанг при эксплуатации на нефтепромыслах.

В процессе кручения на поверхности тела штанги возникают, кроме растягивающих напряжений, касательные напряжения, которые могут привести к образованию новых микротрещин и увеличению имеющихся. Микроструктура в результате растяжения и кручения по телу штанги становится неравномерной, что также отрицательно сказывается на эксплутационных свойствах.

Правка штанг в холодном состоянии приводит к неравномерному распределению напряжений по телу штанги и, как следствие, неравномерному нагружению тела штанги, что также может привести к созданию микротрещин в верхнем, наиболее напряженном слое тела штанги.

Известен способ упрочнения длинномерных цилиндрических изделий по патенту RU 2126842, (опубл. 27.02.1999 г.), включающий упругую и пластическую деформацию продольным нагружением и контроль величины удлинения изделия, причем после пластической деформации длинномерного изделия продольным нагружением производят деформацию изделия кручением, при этом продольное нагружение изделия ведут со скоростью нагружения 0,12-12,0 мм/с, продольное нагружение ведут до величины удлинения, в 0,1-9,0 раза превышающего удлинение, соответствующее пределу пропорциональности, после чего фиксируют величину продольного нагружения усилия и величину пластического удлинения и через паузу продолжительностью 0,25-60,0 с. Осуществляют деформацию изделия кручением со скоростью 0,002-1,8 об/с с одновременным контролем величины продольного нагружающего усилия, при уменьшении которого относительно зафиксированной величины в 1,25-4,0 раза заканчивают деформацию кручением и через паузу продолжительностью 0,25-30,0 с производят полное разгружение изделия от действия продольной нагрузки со скоростью 0,12-14,0 мм/с, и через паузу продолжительностью 0,25-30,0 с снимают полностью крутящий момент со скоростью 0,001-1,8 об/с.

Недостатком данного способа является то, что правка штанг в холодном состоянии приводит к неравномерному распределению, микроструктура в результате растяжения и кручения по телу штанги становится неравномерной, что также отрицательно сказывается на эксплутационных свойствах.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и срока службы насосных штанг.

Для достижения указанного технического результата в заявляемом способе восстановления насосных штанг, включающем пластическую деформацию растяжением и контроль величины удлинения штанги, перед пластической деформацией штангу подвергают термической обработке при температуре 250°-900°C с выдержкой в течение 15-30 мин, пластическую деформацию растяжением проводят для правки штанг при температуре 200°-650°C до предела текучести материала штанги с усилием до 18 тс и со скоростью деформации до 1,5 м/мин, а затем штангу охлаждают, подвергают дробеметной обработке.

Отличительными признаками предлагаемого способа от указанного выше наиболее близкого к нему является то, что насосную штангу предварительно подвергают термообработке при температуре 250°-900°C с выдержкой в течение 15-20 мин, а затем при температуре 200°-650°C производится правка растяжением до предела текучести изделия с усилием 18 тс и со скоростью деформация до 1,5 м/мин, после охлаждения штанга подвергается дробеметной обработке.

В заявляемом способе восстановления насосных штанг для снятия усталостных напряжений бывших в эксплуатации штанг производится их термообработка. Она состоит из нормализации, улучшения или отпуска в зависимости от материала штанг, подлежащих восстановлению. После термообработки штанги подвергаются правке растяжением в горячем состоянии с использованием температуры термообработки или отдельного нагрева для достижения необходимой прямолинейности и снятия напряжений, возникающих при правке. После правки штанги подвергаются дробеметной обработке для удаления окалины, локализации микротрещин и повышения усталостной прочности за счет уменьшения концентрации напряжений на поверхности поверхностного наклепа.

Способ был реализован в производственных условиях, где было использовано следующее оборудование: проходной газовый агрегат для термообработки штанг, установка для растяжки штанг в горячем состоянии с усилием до 18 тс, скоростью деформации до 1,5 м/мин, ходом подвижной части до 780 мм, механизированный охлаждающий конвейер для равномерного остывания и сохранения прямолинейности после правки, дробеметная установка очистки штанг и обеспечения поверхностного наклепа по всей поверхности штанги.

Насосные штанги помещали на конвейер проходного термоагрегата, где проходила термообработка при температуре 250-900°C, с выдержкой в течение 15-30 мин, для получения определенных механических свойств и снятия усталостных напряжений. При этом штанги из стали 15Н3МА закаленные токами высокой частоты (ТВЧ) подвергались термообработке при температуре 250°-300°C, штанги, изготовленные из стали 20Н2М, подвергались термообработке при температуре 480-520°C, штанги, изготовленные из стали 15Х2ГМФ, подвергались термообработке при температуре 640-690°C, штанги изготовленные из стали 40Г2 подвергались термообработке при температуре 700-750°C, штанги, изготовленные из стали 40ХГМ, 38ХГМ, подвергались термообработке при температуре 860-880°C, штанги, изготовленные из сталей 20ХГН1М, 25ХГМФА, подвергались термообработке при температуре 870-900°C. Далее происходила правка штанг растяжением в горячем состоянии при температуре 200-650°C до предела текучести изделия с усилием до 18 тс и со скоростью деформации до 1,5 м/мин с контролем прямолинейности и остаточной деформации. Остаточная деформация составляла не более 1% длины штанги, что обеспечивает ее прямолинейность. Контроль величины удлинения штанги производится непосредственным измерением длины штанги до и после правки в холодном состоянии. Величина удлинения определяется как разность измерений штанги после и до правки. После остывания штанги на механизированном конвейере она подавалась на дробеметную установку очистки штанг, где происходит очистка штанги от окалины, наклеп поверхности тела штанги.

Таким образом, данный способ восстановления штанг позволяет повысить надежность восстановленных штанг и продлить срок службы насосных штанг.

1. Способ восстановления насосных штанг, включающий пластическую деформацию растяжением и контроль величины удлинения штанги, отличающийся тем, что перед пластической деформацией штангу подвергают термической обработке при температуре 250-900°C с выдержкой в течение 15-30 мин, пластическую деформацию растяжением проводят для правки штанг при температуре 200-650°C до предела текучести материала штанги с усилием до 18 тс и со скоростью деформации до 1,5 м/мин, а затем штангу охлаждают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения штангу подвергают дробеметной обработке.