УСТЬЕВОЙ ШТОК ШТАНГОВОЙ СКВАЖИННОЙ ГЛУБИННО-НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к защите от коррозии устьевых штоков штанговых глубинных насосов, применяющихся для добычи нефти, газа и воды, и может найти применение при эксплуатации добывающих скважин с высокой обводненностью продукции, с высоким содержанием минеральных солей и мехпримесей в пластовой жидкости.
Основными причинами, влияющими на преждевременный выход из строя полированных штоков штанговой глубинно-насосной установки, являются:
- наличие большого количества механических примесей в добываемых жидкостях;
- высокая коррозионная активность добываемых жидкостей;
- образование гальванопар на поверхности штоков за счет избирательного растворения компонентов стали или покрытия.
В комплексе это приводит к коррозионно-механическому разрушению штоков. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе устьевой шток совершает возвратно-поступательные движения, в результате чего часть штока работает при атмосферном воздействии, а часть штока - при воздействии нефтепромысловых сред. В результате часть штока с пленкой промысловой среды периодически попадает в область воздушной среды, где и происходит усиленное двойное коррозионное (и воздуха, и промысловой среды) воздействие на поверхность штока. Особенно этот процесс активен для устьевых штоков, не подвергнутых химико-термической обработке. Как следствие - происходит коррозионный износ поверхности штока и одновременно его механический износ ввиду наличия трущихся поверхностей.
Известен устьевой шток штанговой скважинной насосной установки, наружная поверхность которого имеет защитное покрытие в виде тонкого слоя из цинкового порошка или его смеси с графитовым порошком. Защитное покрытие наносится на поверхность штока при соприкосновении штока, движущегося возвратно-поступательно, с защитным материалом, находящимся в расположенном коаксиально штоку цилиндре (Патент РФ на полезную модель №82470, 2008 г.)
Для увеличения стойкости штоков к коррозионному и механическому износам и получения нужных свойств поверхностного слоя стальных деталей известно также применение метода химико-термической обработки поверхностного слоя, например, цинкованием (см. патент РФ №2382908, 2008 г.).
Однако, натурные испытания выявили, что оба этих покрытия, хотя и обладают протекторными свойствами по отношению к основному металлу, но имеют недостаточную стойкость к истиранию, что не исключает быстрого их разрушения и, как следствие, быстрого разрушения самих штоков.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение качества защитного покрытия поверхности штока при работе в агрессивных средах, благодаря чему увеличится износостойкость покрытия, коррозионная стойкость в сероводородсодержащих пластовых водах, а также уменьшится минимальная пористость защитного слоя при одновременном уменьшении затрат времени на формирование защитного покрытия.
Поставленная задача решается предлагаемым устьевым штоком штанговой скважинной глубинно-насосной установки, характеризующейся тем, что его наружная поверхность, подвергнутая предварительной химико-термической обработке цинкованием, дополнительно снабжена защитным лакокрасочным покрытием в виде одного напыленного слоя двухкомпонентной эмали АРГОФ-ЭП, состоящей из отвердителя и основы, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в растворе эпоксидированного ароматически сопряженного гидроксифенилена в смеси органических растворителей, при этом толщина указанного слоя не превышает 50 мкм.
Дополнительная пропитка защитного покрытия наружной поверхности (оцинкованного слоя) штока лакокрасочным материалом АРГОФ-ЭП обеспечивает существенное уменьшение пористости цинкового слоя, повышение износо- и коррозионной стойкости штока.
Кроме того предлагаемая конструкция защищенного штока высокотехнологична, т.к. не требует дополнительного сложного оборудования для изготовления. Вместе с этим она проста и экономична в исполнении.
Устьевой шток штанговой скважинной насосной установки представляет собой передаточное звено от станка-качалки к колонне насосных штанг, совершающих возвратно-поступательное движение в скважине. Он представляет собой цилиндрическую деталь с резьбой на обоих концах, выполненную из конструкционных углеродистых или конструкционных легированных сталей. Для повышения стойкости к коррозионному и механическому воздействию во время эксплуатации наружная поверхность предлагаемого штока была предварительно подвергнута химико-термической обработке методом диффузного цинкования. При цинковании поверхности штока из паровой фазы насыщение проводили в порошковых смесях, состоящих из цинкового порошка или цинковой пыли с добавками из инертного материала, в частности, кварцевого песка, при температуре 430-440°С в течение 5 часов. Толщина слоя такого покрытия, как правило, составляет 30-100 мкм.
Для уменьшения пористости термооцинкованная поверхность штока затем обрабатывается лакокрасочной эмалью АРГОФ-ЭП (ТУ 2313-007-39903592-2002) путем напыления в безвоздушном пространстве одного слоя толщиной не более 50 мкм.
Основные критерии для выбора материала для защитного покрытия были следующие:
- высокая абразивостойкость (в соответствии с требованиями А8ТМГ4060);
- технологичность (быстрая сушка - не более 20 мин в соответствии с ТУ 2313-007-39903592-2002);
- низкая вязкость (не более 100 с по ГОСТ 8420);
- высокая адгезионная прочность (не менее 10 МПа по ГОСТ 27890);
- высокая эластичность (не более 1 мм по ГОСТ 6806).
Результаты испытаний стальных образцов (имитирующих поверхность устьевого штока) с термооцинкованным слоем и с нанесенным на него защитным покрытием из различных лакокрасочных материалов приведены в таблице.
Таблица
Материал защитного покрытия
Характеристики поверхности стальных образцов
Коррозионная стойкость в модели сероводо-родсоде-ржащей пластовой воды мм/год
Химическая стойкость вимитаторе углеводородов, %
Стойкость к износу в режиме «сухого» трения, г/м<sup>2</sup> на 1000 м пути
Стойкость к гидроабразивному износу, г/м<sup>2</sup> на 1000 м пути
Адгезия покрытия после испытаний, МПА
Доля поверхности, занятая порами, %
Без пропитки
0,57
Стоек
0,40
0,007
5
2-4
ЛФ-32 ЛНХ
0,003
Стоек
0,37
0,001
10
0.2-0.5
ПОЛУРЕН 01
0,003
Стоек
0,40
0,007
3
0.05-0.07
ПОЛУРЕН 601
0,007
Стоек
0,40
0,007
3
0.05-0.07
ИНЕРТА 51
0,001
Стоек
0,08
0,001
10
0.05-0.07
АРГОФ-ЭП
0,001
Стоек
0,10
0,001
10
0.05-0.07
Испытания показали, что в пластовых водах и в углеводородах поверхность стальных образцов с защитным покрытием из всех типов лакокрасочных материалов имеет высокую стойкость. Пористость покрытия после пропитки уменьшается в 30-50 раз. По стойкости к гидроабразивному и «сухому» износу наилучшие результаты показали защитные покрытия на основе эпоксидных смол «ИНЕРТА» и «АРГОФ-ЭП». Но с учетом технологических параметров: возможность сушки покрытия при комнатной температуре 20°±2°С; время сушки - 20 мин., и экономичности: расход на пропитку не более 2 л/м2, преимуществом для формирования защитного слоя в конструкции предлагаемого штока пользуется лакокрасочный материал из числа двухкомпонентных материалов на основе эпоксидных смол марки АРГОФ-ЭП (ТУ 2313-007-39903592-2002).
Предлагаемая защита устьевого штока в виде термооцинкованного слоя и последующего защитного покрытия из эмали АРГОФ-ЭП защищает наружную поверхность устьевого штока от коррозии при работе его в агрессивной среде, повышая его ресурс эксплуатации в составе скважинного оборудования при глубинно-насосной добыче.