Пермские ученые усовершенствовали насосные штанги для добычи нефти

На изобретение получен патент. Развитие нефтегазодобывающей промышленности России включает в себя расширение объемов балансовых запасов нефти, которые, с учетом текущего уровня технологий, не только возможно добывать, но и делать это экономически выгодно. К забалансовым запасам в первую очередь относится трудноизвлекаемая нефть, разработка месторождений которой требует существенных затрат и применения новых технологий. Одной из перспективных является добыча с помощью наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами. Эффективная эксплуатация нефтедобывающего оборудования при этом реализуется за счет применения насосных установок с канатными штангами.

Такая штанга представляет собой канат закрытой конструкции, скрученный из стальных проволок, который закрепляется на установке с помощью специальных заделок. В нижней части они соединяют канат 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 элемента плохо устойчива к таким нагрузкам. Это приводит к многократному изгибу каната 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.

Схема установленного фиксатора на канатной насосной штанге. 1 – канат, 2 – нижняя заделка, 3 – верхняя заделка, 4 – фиксатор, 5 – винтовое соединение / © Геннадий Трифанов, патент №2836976

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.

Ученые 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.

Политехники отмечают, что 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.

Простое, но эффективное решение ученых Пермского Политеха позволит повысить срок службы канатных насосных штанг в наклонно-направленных скважинах, сокращая затраты на обслуживание и повышая рентабельность добычи.