Устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к защите от коррозии погружных электроцентробежных скважинных насосов (ЭЦН) при их эксплуатации в средах с повышенным содержанием сероводорода и углекислого газа.
Одной из причин выхода из строя электроцентробежного насоса, подвешенного на колонне насосно-компрессорных труб в скважине, является коррозия. Причиной коррозии является высокая коррозионная активность перекачиваемой среды. Для защиты от коррозии электроцентробежного насоса известно использование гальванических протекторов.
Известен, например, протектор, выполненный в форме длинномерного цилиндрического стержня с армированием по центру стальной проволокой. Протектор размещают в поднасосном пространстве в стволе скважины с изоляцией контакта со стенками скважины. Контакт протектора с корпусом электроцентробежного насоса осуществляют через стальную армирующую проволоку (патент RU 2231629, МПК Е21В 41/02, опубл. 27.06.2004).
Недостатком является малая площадь контакта поверхности протектора с электролитом, вызывающая недостаточную токоотдачу протектора и, как следствие, невысокую эффективность его работы. Кроме того, расположение армирующей проволоки только с одного конца протектора, без использования крепежных устройств, приводит к ненадежному закреплению подвешенного к насосу длинномерного протектора и к вероятности обрыва протектора в результате его растворения в процессе работы.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования, содержащее длинномерный протектор со стержневым армирующим элементом. На поверхности части армирующего элемента, выступающей за край протектора, нанесена резьба, на поверхности части армирующего элемента, находящейся в теле протектора, выполнены выемки, на наружной поверхности протектора выполнены продольные ребра (патент RU 137329, МПК Е21В 41/02, опубл. 10.02.2014).
Недостатком является ненадежное крепление к армирующему стержню, выполненному на часть длины протектора, что приводит к разлому и обрыву протектора в связи с неравномерной выработкой активной части протектора. В случае выполнения армирующего цельнометаллического стрежня на всю длину протектора значительно увеличивается масса изделия, тем самым усложняется процесс монтажа устройства и увеличивается нагрузка на резьбовое соединение.
Задачей полезной модели является эффективная защита от коррозии и от механических повреждений погружного скважинного оборудования, надежность и расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат - повышение токоотдачи устройства, надежности и универсальности.
Задача решается, а технический результат достигается устройством для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования, выполненным в виде длинномерного протектора со стержневым армирующим элементом, на части поверхности которого, выступающей за край протектора, нанесена резьба, при этом на наружной поверхности протектора выполнены продольные ребра. В отличие от прототипа протектор имеет активную цилиндрическую часть, выполненную из сплава алюминия с электродным потенциалом, меньшим по сравнению с защищаемым оборудованием, а стержневой армирующий элемент выполнен из стали, полым во всю длину протектора и имеет круглую форму в поперечном разрезе, причем как минимум с одного торца армирующего элемента выполнена заглушка, при этом продольные ребра на наружной поверхности протектора выполнены чередующимися с пазами, имеющими П-образную форму.
Согласно полезной модели:
- стержневой армирующий элемент имеет часть поверхности, выступающей за край протектора, с обоих торцов протектора, а резьба нанесена на указанную выступающую часть;
- стержневой армирующий элемент имеет часть поверхности, выступающей за край протектора, с одного торца протектора, и резьба нанесена на указанную часть, при этом с другого торца жестко закреплен при помощи кольцевого сварного шва стопорный пятак;
- как минимум одна заглушка армирующего элемента выполнена в виде пробки и имеет отверстия;
- количество ребер на наружной поверхности равно 4 или больше. Технический результат достигается следующим.
Протектор имеет активную часть, выполненную из сплава алюминия, имеющего электродный потенциал, меньший по сравнению с защищаемым оборудованием, тем самым ток, стекая с протектора, проходит по короткому пути, входит в защищаемое оборудование и подавляет коррозионное разрушение, при этом активная часть протектора выполнена в виде цилиндрического тела с пазами П-образной формы, что увеличивает площадь активной части протектора по сравнению с цилиндрической формой и позволяет беспрепятственно протекать пластовой жидкости вдоль тела протектора.
Устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования представляет собой длинномерный протектор с полым стержневым армирующим элементом, размещенным вдоль всей длины протектора, что исключает обрыв активной части протектора при неравномерной выработке поверхности протектора. Кроме того, за счет полого армирующего элемента уменьшается вес протектора, что, в свою очередь, уменьшает нагрузку на резьбовое соединение и облегчает проведение монтажных работ. Кроме того, на концевую часть армирующего элемента, выступающую за край протектора, нанесена резьба, это позволяет надежно крепить протектор к погружному оборудованию, а именно к погружному электродвигателю, к муфте насосно-компрессорных труб, предотвращая обрыв протектора в скважине, повышая надежность работы устройства. Выполнение продольных ребер на наружной поверхности протектора придает ему дополнительную жесткость, исключая его повреждение, например, при спуске в скважину и повышает тем самым его надежность. Наличие ребер увеличивает площадь поверхности протектора, что, в свою очередь, увеличивает токоотдачу. Кроме того, наличие пазов и продольных ребер обеспечивает беспрепятственный нефтесбор из скважины и обеспечивает беспрепятственное протекание пластовой жидкости. Наличие ребер на протекторе придает протектору также большую площадь контакта, что, в свою очередь, способствует защите от механических повреждений ЭЦН при спуске в скважину и увеличивает токоотдачу протектора.
Сущность полезной модели поясняют чертежи, где показано заявляемое устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования:
на фиг. 1 - общий вид устройства, стержневой армирующий элемент имеет часть поверхности с резьбой, выступающей за край протектора, с обоих торцов протектора;
на фиг. 2 - общий вид устройства, стержневой армирующий элемент имеет часть поверхности с резьбой, выступающей за край протектора, с одного торца протектора, при этом с другого торца жестко закреплен при помощи кольцевого сварного шва стопорный пятак.
Устройство состоит из (фиг. 1 и 2) протектора, имеющего активную часть 1 (сплав алюминия, имеющий электродный потенциал, меньший по сравнению с защищаемым материалом) со стержневым стальным армирующим элементом 2, резьба обозначена позицией 3, на фиг. 2 позицией 4 обозначен кольцевой сварной шов, стопорный пятак - 5, позицией 6 показаны ребра.
Устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования работает следующим образом.
На колонне насосно-компрессорных труб в скважину спускают погружной электродвигатель и центробежный насос (ЭЦН) установки погружных центробежных насосов (УЭЦН). К нижней части ЭЦН предварительно прикрепляют длинномерный протектор. Таким образом, устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования помещают в поднасосное пространство. Протектор выполняют из протекторного сплава, т.е. из сплава металла с большим отрицательным потенциалом, чем у материала защищаемого оборудования, так могут быть использованы алюминиевые сплавы. Протектор содержит активную часть 1 и внутренний стержневой армирующий элемент 2. Протектор прикрепляют к погружному оборудованию с помощью резьбы 3. Стержневой армирующий элемент может быть выполнен с односторонней резьбой, а с другой стороны изготовлен стопорный пятак 5, увеличивающий надежность при спуско-подъемных операциях, сохраняющий целостность протектора и исключающий возможность «стекания» активной части с армирующего элемента. Стержневой элемент 2 может иметь двухстороннюю резьбу, позволяющую разместить протектор не только в поднасосном пространстве, но и над ним в связке с насосно-компрессорными трубами. Выполнение резьбы на обоих концах армирующего элемента, выступающих за края протектора с двух сторон, позволяет собирать протекторы в гирлянду, этим увеличивается анодная масса, а следовательно, и токоотдача. Двухсторонняя резьба позволяет использовать протектор совместно с другими защитными устройствами, например противополетным устройством для ЭЦН или крепить дополнительное защитное оборудование. В поперечном сечении устройство имеет форму четырехгранной звезды. Данная геометрия обеспечивает беспрепятственное протекание пластовой жидкости вдоль протектора и защищает УЭЦН от механических повреждений при спуско-подъемных операциях. В результате использования устройства возникает протекторная защита в гальванической паре, у которой катодом является погружное оборудование, а анодом - протектор, присоединенный к данному оборудованию, в частности к - ЭЦН, перекачиваемая скважинная жидкость является электролитом. В результате электрохимических реакций происходит разрушение анода-протектора, при этом освободившиеся электроны протектора перетекают как избыточные на катод-ЭЦН, заряжая его отрицательно. Под действием электродвижущей силы данной гальванопары возникает защитный ток, натекающий на защищаемое погружное оборудование. При необходимости увеличения значения - токоотдачи для защиты скважинного оборудования используют несколько соединенных между собой заявляемых устройств. Устройства соединяют при помощи муфт и резьбы, нанесенной на концевые участки армирующего элемента 2. Такое соединение обеспечивает надежный и прочный контакт на протяжении всего срока службы.
Изделие позволяет обеспечить эффективную защиту от коррозии и от механических повреждений погружного скважинного оборудования.
Практическое использование устройства для защиты от коррозии показало увеличение межремонтного периода погружного оборудования и сокращение отказов оборудования по причине коррозионного разрушения.