УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И ИЗНОСА УСТЬЕВОГО ШТОКА ШТАНГОВОЙ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к устьевому оборудованию для добычи нефти, газа и воды и может применяться при эксплуатации глубинно-насосных скважин.
Известны устройства для уплотнения штока глубинного насоса на устье скважины, одно из которых содержит корпус с головкой, тройник и сальниковую набивку (Авт. свид. СССР №251977, Кл. Е21В 43/00, от 1967 г.)., а второе - содержит стакан для размещения уплотнительного материала, верхний торец которого взаимодействует с выступом нижней гайки, а нижний торец - с нижним уплотнительным элементом, причем над стаканом установлен центратор, выполненный в виде кольца с пазом под шток, а в пазу установлен ползун с нажимным винтом, причем в качестве уплотнительного материала устройство содержит графитовый порошок (Авт. свид. СССР №994687, Кл. Е21В 33/03, от 1981 г.).
Их общим недостатком является то, что они не обеспечивают антикоррозионную защиту устьевого штока, из-за чего происходит его преждевременный износ при наличии агрессивной среды.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является устройство для антикоррозионной защиты устьевого штока штанговой глубинно-насосной установки по Патенту РФ №2085700, Кл. Кл. Е21В 33/03, от 1994 г., содержащее сальниковый узел, жестко связанный с ним и установленный над указанным узлом коаксиально штоку защитный цилиндр с сальниковой набивкой, заполненный защитным материалом - жидким ингибитором коррозии, снабженный при этом дном для исключения утечки ингибитора и съемной крышкой для защиты полости цилиндра от попадания атмосферных
осадков и соединяемой с указанным цилиндром с помощью кольца и крепежных болтов.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает необходимую защиту от коррозии устьевого штока, т.к. невозможно подобрать ингибиторы коррозии, работающие одновременно успешно и при атмосферном воздействии и при воздействии нефтепромысловых сред, а именно взаимодействие этих двух факторов и определяет скорость коррозионного процесса. Это объясняется тем, что при работе устьевой шток совершает возвратно-поступательные движения, в результате чего часть штока с пленкой промысловой среды периодически попадает в область воздушной среды, где и происходит усиленное двойное коррозионное воздействие (и воздуха и промысловой среды) на поверхность штока. Особенно этот процесс активен для штоков, не подвергшихся химико-термической обработке. В результате происходит коррозионный износ поверхности штока и одновременно - его механический износ, ввиду наличия трущихся поверхностей.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении степени защиты поверхности штока от коррозии и от истирания в изменяющихся условиях воздействия на него коррозионной среды, при одновременном обеспечении универсальности для штоков с любым покрытием или без него.
Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для защиты от коррозии и износа устьевого штока штанговой скважинной насосной установки, содержащим сальниковый узел, жестко связанный с ним и установленный над указанным узлом коаксиально штоку цилиндр, заполненный защитным материалом, снабженный при этом дном для исключения высыпания защитного материала и съемной крышкой для защиты полости цилиндра от попадания атмосферных осадков, при этом согласно полезной модели цилиндр дополнительно
содержит нажимную шайбу с центральным отверстием для пропускания штока, причем указанная шайба размещена под съемной крышкой, соприкасается с защитным материалом и установлена с возможностью воздействия давлением на него за счет собственного веса, в качестве съемной крышки цилиндр содержит охватывающую шток крышку с упругим уплотнением в зоне соприкосновения ее со штоком, а в качестве дна - резиновую манжету, охватывающую устьевой шток, или узел перекрытия с центральным отверстием, снабженным упругим уплотнением в зоне соприкосновения со штоком, при этом в качестве защитного материала устройство содержит цинковый порошок или его смесь с графитовым порошком в массовом соотношении (1÷3):1 соответственно.
Цилиндр, нажимная шайба, съемная крышка, дно выполнены разрезными для упрощения проведения ремонтных работ и упрощения заполнения цилиндра защитным материалом.
Цилиндр снабжен конусообразным участком, выполненным в его нижней части и обращенным к сальниковому узлу.
Дно цилиндра зафиксировано в гнезде, выполненном в виде кольцевого паза в нижней части цилиндра.
Съемная крышка цилиндра жестко зафиксирована на нем посредством пояскового зажима.
Цинковый порошок представляет собой дисперсионный порошок с размером частиц 0,16-0,63 мм.
Графитовый порошок представляет собой дисперсионный порошок с размером частиц 0,02-0,05 мм.
Приведенный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что в качестве защитного протекторного материала устройство содержит цинковый порошок или его смесь с графитовым порошком обеспечивается высокая степень защиты поверхности штока от коррозии и истирания (износа). При возвратно-поступательном движении штока его поверхность, соприкасающаяся с порошком - защитным
материалом, покрывается тонким слоем этого порошка за счет прилипания, внедрения в микропоры и т.п., и при выходе этой части штока в атмосферу будет исключено не только двойное воздействие на поверхность штока одновременно и воздушной и нефтепромысловой среды, но и их раздельное воздействие.
Введение в конструкцию заявляемого устройства нажимной шайбы, размещенной под съемной крышкой, соприкасающейся с защитным материалом и оказывающим воздействие давлением на порошок за счет собственного веса, позволяет исключить образование пустот в массе защитного материала - порошка, а значит обеспечит равномерное и полное покрытие им поверхности штока, что повышает защитный эффект от коррозии, а также от истирания. Последний эффект объясняется тем, что поверхность штока покрывается твердыми и достаточно прочными частицами, которые и будут препятствовать процессу истирания поверхности штока (механическое воздействие будет приходиться на эти частицы, а не на материал штока). Использование для этих целей цинкового порошка или его смеси с графитовым порошком как нельзя лучше подходит для этих целей, ввиду близости их прочностных характеристик и характеристик материала, из которого сделан шток. При этом будет исключено повреждение поверхности штока при прохождении его через трущиеся детали. Использование цинкового и графитового порошка заявленной дисперсности в преимущественном варианте еще в большей степени усиливает этот эффект. Причем высокий защитный эффект от коррозии и истирания (износа) будет равносилен для любых штоков, как просто стальных, так и с покрытием, чем обеспечивается универсальность устройства.
Использование в качестве дна цилиндра резиновой манжеты, охватывающей устьевой шток, или узла перекрытия с центральным отверстием, снабженным упругим уплотнением в зоне соприкосновения со штоком, обеспечивает наряду с исключением высыпания защитного
порошка, еще и дополнительный сальниковый эффект при прохождении штока.
Выполнение цилиндра, нажимной шайбы, съемной крышки, дна разрезными обеспечивает упрощение проведения ремонтных работ и упрощение заполнения цилиндра защитным материалом, т.к. при этом достигается простота монтажа устройства на штоке и простота его периодической заправки порошком.
Благодаря тому, что цилиндр может быть снабжен конусообразным участком, выполненным в его нижней части и обращенным к сальниковому узлу, обеспечивается эффективное поджатие порошка в цилиндре нажимной шайбой, а значит, обеспечивается его однородная плотность и равномерное и полное покрытие поверхности штока при его возвратно-поступательном движении.
Фиксация дна цилиндра в гнезде, выполненном в виде кольцевого паза в нижней части цилиндра, является удобным и технологичным способом закрепления.
Выполнение фиксации съемной крышки на цилиндре с помощью пояскового зажима позволяет гарантированно исключить попадание атмосферных осадков в полость цилиндра.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена общая схема.
Предлагаемое устройство состоит из жестко связанного с сальниковым узлом 1, например, посредством стоек 2, цилиндра 3, установленного коаксиально устьевому штоку 4 и заполненного защитным материалом 5. Цилиндр 3 снабжен дном 6 для исключения высыпания защитного материала 5 и съемной крышкой 7, обеспечивающей защиту полости цилиндра 3 от попадания атмосферных осадков. Крышка 7 снабжена упругим уплотнением 8, например резиновым или полиуретановым кольцом, в зоне соприкосновения ее со штоком 4 и может быть зафиксирована на цилиндре 3, например, с помощью
пояскового зажима (на чертеже не показан). Выполнение крышки 7 съемной позволяет производить засыпку защитного материала 5 и замену дна 6 цилиндра 3. Цилиндр 3 также снабжен нажимной шайбой 9 с центральным отверстием для пропускания штока, выполненным с диаметром более диаметра штока примерно на 0,5-1 мм. Указанная шайба 9 размещена под съемной крышкой 7, соприкасается с защитным материалом 5 и установлена с возможностью воздействия давлением на него за счет собственного веса. Обычно эта нажимная шайба 9 выполняется из металла и весит порядка 10 кг. В качестве защитного материала устройство содержит цинковый порошок или его смесь с графитовым порошком в массовом соотношении (1÷3):1 соответственно. Дисперсность цинкового порошка предпочтительна 0,16-0,63 мм, а графитового порошка - 0,02-0,05 мм.
Для удобства установки устройства на устьевом оборудовании и упрощения его ремонтопригодности цилиндр 3, дно 6, съемная крышка 7 и нажимная шайба 9 могут быть выполнены разъемными.
Также для равномерного нанесения порошка на поврехность штока цилиндр 3 может быть снабжен конусообразным участком 10, выполненным в его нижней части и обращенным к сальниковому узлу 1.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Устанавливают на сальниковом узле 1 нефтедобывающей скважины заявляемое устройство, закрепляют его, например, с помощью стоек 2. Засыпают в цилиндр 3 защитный материал, например, цинковый порошок со степенью дисперсности 0,16-0,63 мм Укладывают на него нажимную шайбу 9, выполненную разрезной и изготовленную из стали и весом не менее 10 кг. Сверху цилиндр 3 закрывают крышкой 7, которая выполнена с плечиками 11, охватывающими цилиндр 3, и закрепляют на цилиндре 3 с помощью пояскового замка. Скважину запускают в работу. При этом устьевой шток 4 будет совершать возвратно-поступательное движение, проходя при этом через массу защитного цинкового порошка 5, находящегося в цилиндре 3. При этом поверхность штока 4 покрывается
частичками цинкового порошка (путем налипания, внедрением в микропоры) и при ходе вверх попадает в воздушную атмосферу, а при ходе вниз - в нефтепромысловую среду. Ввиду появления защитного протекторного слоя из частичек порошка поверхность штока 3 не будет подвержена коррозии ни в воздушной среде, ни в нефтепромысловой среде. А при прохождении штока через трущиеся детали устьевого оборудования указанный защитный слой также предотвращает поверхность штока от истирания. При этом шток может быть выполнен из различных материалов, как с дополнительным покрытием, так и без него, но антикоррозионный и износостойкий эффект будут присутствовать.
Предлагаемое устройство, наряду с вышеуказанным, технологично в изготовлении и в монтаже на скважине. Характеризуется ремонтопригодностью и простотой в обслуживании.