Устьевой шток штанговой скважинной глубинно-насосной установки

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к устьевому оборудованию для добычи нефти, газа и воды и может найти применение при эксплуатации глубинно-насосных скважин с высоким содержанием минеральных солей (высокой обводненностью) и высоким содержанием мехпримесей в пластовой жидкости. Технический результат -повышение качества защитного покрытия поверхности штока при работе в агрессивных средах, благодаря чему повышается износостойкость покрытия трением, увеличивается коррозионная стойкость в сероводородсодержащих пластовых водах, а также уменьшается минимальная пористость защитного слоя при одновременном уменьшении затрат времени на формирование защитного покрытия. Сущность: устьевой шток штанговой скважинной насосной установки характеризуется 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. 1 н.п. ф-лы; 1 табл.

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.

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.

Устьевой шток штанговой скважинной глубинно-насосной установки, характеризующийся тем, что его наружная поверхность, подвергнутая предварительной химико-термической обработке цинкованием, дополнительно снабжена защитным лакокрасочным покрытием в виде одного напыленного слоя двухкомпонентной эмали, 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.