Способ правки насосных штанг растяжением

 

Сущность изобретения: на выполненных из бывших в эксплуатации насосных штангах (Ш) контрольных образцах получают зависимости величины предела выносливости от величины пластического удлинения. В процессе правки нагружение Ш на стадии пластического деформирования и контроль величины остаточной пластической деформации ведут в соответствии с величиной требуемого пластического удлинения, определенной по наибольшему значению предела выносливости для данной Ш из полученной ранее зависимости. При достижении требуемого пластического удлинения насосной Ш прекращают ее нагружение и завершают процесс правки. Такая совокупность признаков обеспечивает повышение качества правки при увеличении производительности. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к способам правки растяжением длинномерных изделий типа насосных штанг, и может быть использовано на предприятиях нефтегазодобывающей промышленности, ведущих ремонт и контроль нефтепромыслового оборудования, а также в металлургии и машиностроении.

Известен способ правки насосных штанг растяжением, включающий предварительное устранение местной кривизны, упругую и пластическую деформацию штанг и контроль остаточной пластической деформации.

Задача изобретения заключается в повышении качества правки за счет исключения приложения к штанге усилий превышающих ее предел прочности, а также в увеличении производительности.

Технический результат достигается за счет того, что в способе правки насосных штанг растяжением, включающем предварительное устранение местной кривизны, упругую и пластическую деформацию штанг и контроль остаточной пластической деформации, предварительно на контрольных образцах, выполняемых из бывших в эксплуатации насосных штанг, определяют зависимость величины предела выносливости от величины пластического удлинения в процессе правки растяжением нагружение штанги на стадии пластического деформирования и контроль величины остаточной пластической деформации ведут в соответствии с величиной требуемого пластического удлинения, определенной по наибольшему значению предела выносливости для данной штанги из полученной ранее зависимости, и при достижении требуемого пластического удлинения насосной штанги прекращают ее нагружение и завершают процесс правки.

Благодаря тому, что контрольные образцы готовят предварительно из бывших в эксплуатации насосных штанг, появилась возможность проводить испытании на образцах с различными техническими характеристиками (типоразмер, материалы, режим термоупрочнения и т.д.) и с учетом особенностей той среды, в которой они эксплуатировались в скважине.

Благодаря тому, что на выполненных из бывших в эксплуатации, т.е. пластически деформированных насосных штанг контрольных образцах известной структуры получают зависимости величины предела выносливости от величины пластического удлинения, появилась возможность в процессе правки нагружение каждой штанги вести в соответствии с величиной требуемого для обеспечения прямолинейности пластического удлинения для данной штанги (с учетом для каждой конкретной штанги ее материала, длины, технологического процесса завода-изготовителя, условий эксплуатации в скважине и т.д.) при условии сохранения предела выносливости материала штанги.

Поскольку и контрольные образцы, и насосные штанги, подлежащие правке, подвергаются нагружению в идентичных условиях, появилась возможность максимально приблизить результаты испытаний на контрольных образцах к условиям эксплуатации насосной штанги в скважине. Как следствие требуемая для обеспечения гарантированной прямолинейности насосной штанги величина пластического удлинения на стадии ее пластического деформирования определяется с высокой точностью и при сохранении предела выносливости материала штанги.

На чертеже представлена диаграмма зависимости предела выносливости штанги от ее относительного пластического удлинения.

Для осуществления способа правки насосных штанг производят следующие операции в нижеуказанной последовательности: готовят контрольные образцы насосных штанг одной марки стали, одной плавки и прошедших одинаковую термическую обработку; каждый образец устанавливают в захваты растягивающего устройства, производят пластическое удлинение и на заранее выбранном базовом образце фиксируют остаточную деформацию в диапазоне от минимально регистрируемой до максимальной, сопровождающейся образованием "шейки"; из образцов, прошедших пластическое удлинение, формируют партии с одинаковой для каждой партии величиной пластического удлинения; образцы каждой партии подвергают усталостным испытаниям по схеме "консольный изгиб в одной плоскости" методом "лестницы" при действии растягивающей нагрузки, полученной из величины приведенного напряжения в теле штанги, исходя из условий нагружения ее в скважине; по полученным данным строят зависимости в координатах "предел выносливости" "относительное пластическое удлинение", по которым определяют недопустимый диапазон значений относительного удлинения, соответствующий пониженным значениям предела выносливости; в процессе правки укладывают насосную штангу в захваты растягивающего устройства и нагружают ее до устранения местной кривизны при непрерывном контроле величины усилия и перемещения головки штанги; замеряют длину насосной штанги после устранения ее местной кривизны; по полученным ранее зависимостям для контрольных образцов и по величине длины насосной штанги, полученной после устранения местной кривизны с учетом ее технических характеристик (марка стали, режим термоупрочнения и т.п.) определяют величину требуемого пластического удлинения насосной штанги; продолжают нагружение насосной штанги при непрерывном контроле деформирующего усилия и удлинения штанги на стадии упругого и пластического деформирования;
при достижении удлинения насосной штанги величины, равной требуемому пластическому удлинению, прекращают нагружение насосной штанги,
после чего разгружают насосную штангу.

Пример. Способ был реализован в производственных условиях, где было использовано следующее оборудование: универсальная испытательная машина (ГМС-50) установка для растяжения штанг с усилием до 18 т.с. с регулируемой скоростью деформации до 1,5 м/мин, ходом подвижной части до 780 мм; линейка металлическая, цена деления 1 мм, общая длина 5 м; датчик контроля величины удлинения насосной штанги, включающий задатчик величины удлинения насосной штанги и исполнительный механизм, прекращающий процесс нагружения насосной штанги; датчик контроля величины нагружения штанги, динамограф ГДМ-3.

Из насосных штанг с известными техническими характеристиками (типоразмер, марка стали, режим термоупрочнения, завод-изготовитель, год и квартал изготовления и т.п.) изготовили контрольные образцы базовой длины (например, по 350 м/м). Затем каждый образец устанавливали в захват растягивающего устройства и производили их пластическое удлинение на заданную величину (от минимально возможного 0,06% до образования "шейки" в теле). Из образцов, прошедших пластическое удлинение сформировали партии образцов насосных штанг с одинаковой для каждой партии величиной пластического удлинения (каждая партия включала до 15 образцов). После этого каждый образец из каждой партии насосных штанг устанавливали в захват машины для усталостных испытаний по схеме "консольный изгиб в одной плоскости" при частоте нагружения 20 гц методом "лестницы" на воздухе и определяли предел усталости для каждой партии образцов насосных штанг при одновременном действии на образец растягивающей нагрузки, полученной из величины приведенного напряжения в теле штанги, исходя из условий нагружения ее в скважине.

В таблице приведены результаты усталостных испытаний образцов насосных штанг.

По результатам усталостных испытаний построили зависимость величины предела выносливости от величины пластического удлинения.

Насосную штангу, бывшую в эксплуатации и подлежащую правке, укладывают в захваты установки для растяжения штанг и нагружают ее до величины, при которой происходит устранение местной кривизны изделия. При данном нагружении замеряют длину штанги. Длина штанги составила 8020 м (начало отсчета величины удлинения штанги).

Из полученной ранее зависимости предела выносливости от величины пластического удлинения по величине длины насосной штанги и с учетом ее технических характеристик(марка стали 20Н2М) режим термоупрочнения нормализация) определили величину требуемого пластического удлинения для данной насосной штанги 38 мм, при этом условие сохранения предела выносливости соблюдено, т. к. за пределами этой величины находится недопустимый диапазон значений относительного удлинения. Продолжают нагружение насосной штанги, непрерывно контролируя по записи самопишущего прибора величину упругого и пластического удлинения насосной штанги. При достижении величины пластического удлинения, соответствующего заданной величине 38 мм, начинают разгружение насосной штанги.

Предельную величину пластического удлинения насосной штанги (верхняя граница допустимого диапазона) устанавливают при помощи задатчика величину удлинения БТП211-24-У3 насосной штанги. Насосную штангу достают из захватов растягивающей машины для последующей консервации.

Формула изобретения

Способ правки насосных штанг растяжением, включающий предварительное устранение местной кривизны, упругую и пластическую деформации штанг и контроль остаточной пластической деформации, отличающийся тем, что предварительно на контрольных образцах, выполняемых из бывших в эксплуатации насосных штанг, определяют зависимость величины предела выносливости от величины пластического удлинения, в процессе правки растяжением нагружение штанги на стадии пластического деформирования и контроля величины остаточной пластической деформации ведут в соответствии с величиной требуемого пластического удлинения, определенной по наибольшему значению предела выносливости для данной штанги из полученной ранее зависимости, и при достижении требуемого пластического удлинения насосной штанги прекращают ее нагружение и завершают процесс правки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2