СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЙ НАСОСНОЙ ШТАНГИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК B21K21/00 B23P15/00 

Изобретение относится к механической обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых изделий ковкой.

Известен способ производства полых насосных штанг (пат. RU 2233214, МПК⁷ В23Р 15/00, опубл. 2003.10.27), включающий нагрев полой заготовки, формирование деформацией профиля и геометрических размеров наружной поверхности головки штанги, последующее выполнение в головке сквозного канала сверлением, изготовление тела штанги и последующее соединение тела и головки сваркой трением.

При использовании такого способа получают неравнопрочную полую штангу со сварными швами, снижающими прочность штанги, что может привести к ее обрыву в месте сварки при работе в условиях сложных знакопеременных нагрузок, которые испытывает штанга при эксплуатации. Кроме того, при использовании штанг, полученных таким способом, на установках с одновременно-раздельной добычей нефти из двух пластов скважины внутренние поверхности полости штанг покрываются асфальто-смолопарафинистыми отложениями. Это приводит к необходимости частой остановки скважины для очистки полостей штанг, что усложняет эксплуатацию скважины.

Наиболее близким к заявляемым вариантам и принятым в качестве прототипа является способ изготовления полой штанги (пат. CN 1117896, МПК В21К 21/12, опубл. 1996.03.06), включающий нагрев полой заготовки, формирование профиля и геометрических размеров наружной поверхности головки штанги ковкой на дорне.

Такой способ позволяет получить полую штангу без сварных швов и таким образом несколько повысить ее прочностные характеристики.

Однако при использовании штанг, полученных таким способом, на установках с одновременно-раздельной добычей нефти из двух пластов скважины внутренние поверхности полости штанг также покрываются асфальто-смолопарафинистыми отложениями. Кроме того, она также не достаточно прочна и имеет большой вес.

Задачей группы изобретений является обеспечение возможности получения полой насосной штанги, обладающей повышенными прочностными характеристиками, малым весом и с высоким качеством внутренней поверхности, что необходимо для предотвращения зарастания полости штанги асфальто-смолопарафинистыми отложениями при эксплуатации.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой группы изобретений, является обеспечение возможности получения полой насосной штанги, обладающей повышенными прочностными характеристиками, малым весом и с высоким качеством внутренней поверхности за счет холодной радиальной ковки.

В первом варианте поставленная задача решается усовершенствованием способа изготовления полой насосной штанги, включающем деформирование полой трубной заготовки на дорне с формированием профиля и геометрических размеров готовой штанги.

Для решения поставленной задачи деформирование полой трубной заготовки осуществляют холодной радиальной ковкой с формированием головки и тела штанги, при этом степень деформации при ковке головок составляет 2-20%, а тела штанги - 2-40%.

Осуществление деформирования полой трубной холодной радиальной ковки с формированием головки и тела штанги, обеспечивая степень деформации при ковке головок 2-20%, а тела штанги - 2-40%, позволяет получить полую насосную штангу, равнопрочную в каждом поперечном сечении, что позволяет при сохранении прочности уменьшить вес штанги, получить нагартованный слой как на наружной, так и на внутренней поверхности штанги, обеспечить 8-9 класс шероховатости. Нижний предел степени деформации головки и тела штанги - 2% определяется минимальным воздействием на материал заготовки, обеспечивающим требуемое качество внутренней поверхности штанги и получение нагартованного слоя на внутренней и наружной поверхностях. Верхний предел степени деформации тела штанги - 40% ограничен возможностью налипания материала штанги на дорне и, как следствие, - ухудшением качества поверхности. Верхний предел степени деформации головки штанги - 20% определяется соотношением диаметральных размеров головки и тела штанги.

Указанный технический результат во втором варианте достигается за счет того, что тело штанги формируют деформированием полой трубной заготовки холодной радиальной ковкой со степенью деформации 2-40%, наружный диаметр трубной заготовки выбирают соответствующим наибольшему диаметру головки готовой штанги, после деформирования осуществляют хонингование внутренней поверхности головок штанги.

Формирование тела штанги деформированием полой трубной заготовки холодной радиальной ковкой со степенью деформации 2-40% и выбор наружного диаметра трубной заготовки, соответствующим наибольшему диаметру головки готовой штанги, позволяет получить прочную полую насосную штангу с оптимальным весом, получить нагартованный слой как на наружной, так и на внутренней поверхности тела штанги, обеспечить 8-9 класс шероховатости внутренней поверхности тела штанги. Нижний и верхний пределы степени деформации выбраны из соображений, приведенных выше.

Выполнение последующего хонингования внутренней поверхности головок штанги позволяет получить всю внутреннюю поверхность штанги 8-9 класса шероховатости.

В настоящей заявке соблюдено единство изобретения, поскольку оба варианта способа решают одну и ту же задачу обеспечения возможности получения полой насосной штанги, обладающей повышенными прочностными характеристиками, малым весом и с высоким качеством внутренней поверхности за счет холодной радиальной ковки.

Первый вариант способа осуществляется следующим образом.

Полую трубную заготовку деформируют холодной радиальной ковкой на дорне с формированием профиля и геометрических размеров головок и тела готовой штанги, обеспечивая степень деформации при ковке головок 2-20%, а тела штанги - 2-40%.

Предлагаемым способом изготовили полую штангу длиной 5000 мм, наружным диаметром тела штанги ⊘38 мм и головки ⊘ 42 мм, с полостью в теле диаметром ⊘29 мм и в головке ⊘ 32 мм из Стали 45. Параметры исходной заготовки: длина 4000 мм, диаметр наружной поверхности 45 мм, диаметр внутренней поверхности 35 мм. Ковку производили на радиально-ковочной машине SHK-14 с использованием дорна. Параметры ковки: количество бойков - 4, диаметр дорна ⊘32 и ⊘29 мм, степень деформации тела штанги 25%, головки - 8%. В результате деформации получили полую насосную штангу заданных размеров с толщиной нагартованного слоя на наружной и внутренней поверхности 0,3 мм и шероховатостью внутренней поверхности по 8-9 классу.

Второй вариант способа осуществляется следующим образом. Полую трубную заготовку деформируют холодной радиальной ковкой на дорне с формированием профиля и геометрических размеров готовой штанги. Наружный диаметр трубной заготовки соответствует наибольшему диаметру головки готовой штанги, а степень деформации составляет 2-40%, после деформирования осуществляют хонингование внутренней поверхности головок штанги.

Предлагаемым способом изготовили полую штангу длиной 5000 мм, наружным диаметром тела штанги ⊘ 38 мм, с полостью в теле диаметром ⊘29 мм и в головке ⊘ 32 мм из Стали 45. Параметры исходной заготовки: длина 4000 мм, диаметр наружной поверхности ⊘ 42 мм, диаметр внутренней поверхности ⊘ 32 мм. Ковку тела штанги производили на радиально-ковочной машине SHK-14 с использованием дорна. Параметры ковки: количество бойков - 4, диаметр дорна ⊘ 29 мм, степень деформации 19%. После деформации на хонинговальном станке осуществляли хонингование внутренней поверхности головок штанги до получения 8-9 класса шероховатости внутренней поверхности. В результате получили полую насосную штангу заданных размеров с толщиной нагартованного слоя на наружной и внутренней поверхности тела штанги 0,3 мм и шероховатостью всей внутренней поверхности по 8-9 классу.

Таким образом, использование предлагаемых вариантов способа позволяет получить полую насосную штангу, обладающую повышенными прочностными характеристиками, малым весом и с высоким качеством внутренней поверхности, что необходимо для предотвращения зарастания полости штанги асфальто-смолопарафинистыми отложениями при эксплуатации.

Способ изготовления полой насосной штанги относится к механической обработке металлов давлением. В первом варианте способа деформируют полую трубную заготовку на дорне холодной радиальной ковкой с формированием тела и головки штанги со степенью деформации при ковке головок 2-20%, а тела - 2-40%. Во втором варианте способа деформируют полую трубную заготовку, наружный диаметр которой соответствует наибольшему диаметру головки готовой штанги, холодной радиальной ковкой с формированием тела, степень деформации составляет 2-40%, после деформирования хонингуют внутреннюю поверхность головок штанги. Обеспечивается получение полой насосной штанги, обладающей повышенными прочностными характеристиками, малым весом и высоким качеством внутренней поверхности. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ изготовления полой насосной штанги, включающий деформирование полой трубной заготовки на дорне с формированием профиля и геометрических размеров готовой штанги, отличающийся тем, что деформирование полой трубной заготовки осуществляют холодной радиальной ковкой с формированием головки и тела штанги, при этом степень деформации при ковке головок составляет 2-20%, а тела штанги - 2-40%.2. Способ изготовления полой насосной штанги, включающий деформирование полой трубной заготовки на дорне с формированием профиля и геометрических размеров готовой штанги, отличающийся тем, что тело штанги формируют деформированием полой трубной заготовки холодной радиальной ковкой со степенью деформации 2-40%, наружный диаметр трубной заготовки выбирают соответствующий наибольшему диаметру головки готовой штанги, после деформирования осуществляют хонингование внутренней поверхности головок штанги.