Устройство для защиты от коррозии и износа устьевого штока штанговой скважинной насосной установки

Относится к области нефтедобычи, в частности, к устьевому оборудованию для добычи нефти, газа и воды и может применяться при эксплуатации глубинно-насосных скважин. Технический результат 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. Устройство состоит из жестко связанного с сальниковым узлом 1 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 в зоне соприкосновения ее со штоком 4. 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 цилиндр 3, дно 6, съемная крышка 7 и нажимная шайба 9 могут быть выполнены разъемными. 1 н.п. ф-лы; 6 з.п. ф-лы; 1 ил.

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.

1. Устройство для защиты от коррозии и износа устьевого штока штанговой скважинной насосной установки, содержащее 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, отличающееся тем, что 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндр, нажимная шайба, съемная крышка, дно выполнены разрезными для упрощения проведения ремонтных работ и упрощения заполнения цилиндра защитным материалом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндр снабжен конусообразным участком, выполненным в его нижней части и обращенным к сальниковому узлу.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что дно цилиндра зафиксировано в гнезде, выполненном в виде кольцевого паза в нижней части цилиндра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемная крышка цилиндра жестко зафиксирована на нем посредством пояскового зажима.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цинковый порошок представляет собой дисперсионный порошок с размером частиц 0,16-0,63 мм.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что графитовый порошок представляет собой дисперсионный порошок с размером частиц 0,02-0,05 мм.