Такая штанга представляет собой канат закрытой конструкции, скрученный из стальных проволок, который закрепляется на установке с помощью специальных заделок. В нижней части они соединяют с плунжером насоса (элемент, создающий давление при перекачке нефти), а в верхней – со станком-качалкой на поверхности скважины.
При перекачке нефти происходят возвратно-поступательные движения, и штанга ходит вверх и вниз, за счет чего она растягивается и в некоторых случаях сжимается.
Но традиционная конструкция каната плохо устойчива к таким нагрузкам. Это приводит к многократному изгибу элемента и возникновению дефектов – между проволоками появляются зазоры и нарушается структурная целостность вблизи заделки. В таких условиях штанга быстро переходит в неисправное состояние и требует остановки работы насоса и выполнения замены со всеми сопутствующими на это затратами.
В качестве решения этой проблемы на наружную поверхность штанги часто наносят защитное полимерное покрытие, которое предотвращает смещение слоев проволок. Однако при трении оно изнашивается и загрязняет нефть примесями, также его нанесение удорожает производство.
Учёные Пермского Политеха усовершенствовали эту конструкцию, добавив к нижней заделке металлический фиксатор-спираль. Такой способ предотвращает изгиб каната и сохраняет его целостность в месте концентрации напряжений и накопления дефектов, при этом не усложняя и не удорожая изделие.
«Фиксатор представляет собой металлическую спираль из коррозионностойкой стали, например, марки 20Х13, которая увеличивает жесткость детали на участке вблизи нижней заделки, тем самым предотвращает его отказ. Фиксатор имеет противоположное направление свивки, то есть скручивания, по сравнению с канатом, что позволяет равномерно распределить нагрузку», – объясняет Геннадий Трифанов, заведующий кафедрой горной электромеханики ПНИПУ, профессор, доктор технических наук.
Спираль крепится за счет посадки с натягом, винтами или сваркой. И установить ее можно легко без лишнего оборудования даже на готовую к эксплуатации штангу.
«Диаметр и шаг свивки фиксатора определяются диаметром каната, что позволяет монтировать спираль на него путем ее частичного наложения и прокручивания вдоль троса. Такая установка дает возможность увеличить жесткость уже изготовленной и применяемой канатной штанги», – поделилась Анна Иванченко, старший преподаватель кафедры горной электромеханики ПНИПУ.
Эффективное решение сотрудников Политеха позволит повысить срок службы канатных насосных штанг в наклонно-направленных скважинах, сокращая затраты на обслуживание и повышая рентабельность добычи.
По сообщению пресс-службы ПНИПУ