Устьевой сальник станка-качалки: устройство, набивка и обслуживание

На скважине со штанговым глубинным насосом устьевой сальник находится на самом верху устьевой арматуры, прямо под канатной подвеской. Через него проходит полированный, или сальниковый, шток, который связывает колонну насосных штанг с головкой балансира. Сальник держит продукцию скважины и газ в затрубье, пока шток ходит вверх и вниз несколько тысяч раз в сутки.

Станок-качалка превращает вращение в качание штока

Схема станка-качалки состоит из нескольких узлов. На раме установлены стойка и редуктор. На стойке шарнирно опирается балансир, на переднем конце которого головка с канатной подвеской. Задний конец балансира через траверсу и два шатуна связан с кривошипами на выходном валу редуктора. На кривошипах закреплены противовесы. Электродвигатель вращает редуктор через клиноременную передачу, а тормоз на ведущем валу останавливает и фиксирует механизм.

Кривошип совершает оборот, шатуны качают балансир, головка балансира поднимает и опускает канатную подвеску, а за ней полированный шток и колонну штанг. Насос на глубине работает как плунжерный: на ходе вверх плунжер поднимает жидкость, на ходе вниз нагнетательный клапан открывается и плунжер погружается в столб жидкости.

Обозначение станка содержит три основные характеристики. Пример: СК8-3,5-4000 означает станок-качалку с нагрузкой на устьевой шток 8 тс (около 80 кН), наибольшей длиной хода 3,5 м и крутящим моментом на редукторе 4 000 кгс·м.

Подачу и путь трения считают по ходу и качаниям

Подача штангового насоса оценивается по формуле Q = 1440 · F · S · n · η, где F площадь плунжера, S длина хода, n число качаний в минуту, η коэффициент подачи. Пример: плунжер 44 мм (F ≈ 0,00152 м²), ход 2,5 м, 6 качаний в минуту дают теоретически 1440 · 0,00152 · 2,5 · 6 ≈ 32,8 м³/сут, при коэффициенте подачи 0,7 около 23 м³/сут.

Для сальника важнее другое число: путь трения. За одно качание шток проходит через набивку дважды по длине хода, то есть 5 м. При 6 качаниях в минуту за сутки это 5 · 6 · 1440 ≈ 43 200 м, то есть больше 40 км. Если увеличить число качаний до 8 для роста отбора, путь вырастет до 57,6 км, и набивка износится примерно на треть быстрее. Поэтому интервал подтяжки и замены набивки привязывают к режиму работы станка, а не к календарю.

Устьевой сальник собран вокруг шаровой головки

Устройство устьевого сальника у большинства конструкций похоже:

• корпус, который навинчивают на тройник устьевой арматуры;
• шаровая головка в сферическом гнезде корпуса, внутри которой находится набивка;
• набивка: резиновые манжеты или кольца, иногда в сочетании с плетёными кольцами или шнуром;
• нажимная крышка, или грундбукса, которой поджимают набивку по мере износа;
• уплотнительные кольца шаровой головки, которые не дают продукции пройти между сферой и гнездом;
• верхняя крышка с грязесъёмником, защищающим набивку от пыли и снега.

Шаровая головка поворачивается на несколько градусов и следует за штоком, если ось его движения смещена относительно оси скважины. Набивка при этом изнашивается равномерно по окружности. Если сфера закисла от отложений и грязи, сальник работает как жёсткий, и манжеты стираются с одной стороны.

Течь сальника объясняет одно из четырёх условий

Устьевой сальник начинает пропускать продукцию по четырём основным причинам. Набивка выработана и подтяжка исчерпана: крышка дошла до упора. Шаровая головка не поворачивается, и набивка изношена односторонне. Полированный шток имеет задиры, коррозию или износ хромового покрытия, и новая набивка прорезается за несколько суток. Станок смещён относительно устья, и шток трётся о крышку.

Схема выше показывает порядок проверки. Если после подтяжки течь вернулась быстро, сначала осматривают шток по всей длине хода и проверяют центровку станка, затем подвижность головки. Менять набивку на задранном штоке бесполезно: шток ремонтируют или заменяют.

Почему течёт устьевой сальник станка-качалки?

Устьевой сальник станка-качалки течёт, когда набивка выработана и её больше нельзя поджать, шаровая головка закисла и не следует за штоком, полированный шток поцарапан или изношен, либо станок смещён относительно устья. Подтяжка крышки помогает только при равномерном износе набивки. Если течь возвращается через несколько суток, проверяют поверхность штока и центровку станка.

Обслуживание станков-качалок задают правила безопасности

Требования к станкам-качалкам и устью скважин со штанговыми насосами содержат федеральные нормы и правила «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утверждённые приказом Ростехнадзора № 534 от 15.12.2020. Пункт 604 требует оборудовать устье запорной арматурой и сальниковым устройством для герметизации штока. Пункт 605 требует такой обвязки устья, при которой набивку сальника полированного штока можно сменить при наличии давления в скважине. Это не значит, что сальник вскрывают под давлением: сначала закрывают превентор или запорное устройство под ним и стравливают давление из полости сальника, а на скважинах с сероводородом работают с индивидуальным газоанализатором и средствами защиты органов дыхания.

Перед ремонтными работами на станке по пункту 607 контргруз опускают в нижнее положение и блокируют тормозом, двигатель отключают, а на пусковом устройстве вывешивают плакат «Не включать! Работают люди». Пункт 609 требует ограждений кривошипно-шатунного механизма, а пункт 613 нормирует зазор: в нижнем положении головки балансира расстояние между траверсой подвески или штангодержателем и устьевым сальником должно быть не меньше 20 см.

Обслуживание станка начинается с тормоза

Регулярное обслуживание станков-качалок, кроме сальника, включает проверку уравновешенности по току двигателя на ходе вверх и вниз, натяжение ремней, смазку подшипников и редуктора, проверку тормоза и крепления противовесов. Каждая работа на движущихся частях начинается с остановки и фиксации тормозом.

Как часто меняют набивку устьевого сальника?

Набивку устьевого сальника меняют по состоянию: когда нажимная крышка дошла до упора и течь не устраняется подтяжкой. Интервал зависит от числа качаний, длины хода, содержания песка и газа в продукции, температуры и состояния полированного штока, поэтому на одних скважинах набивку меняют раз в несколько месяцев, на других чаще. Полезно записывать дату замены и режим станка, тогда интервал виден по каждой скважине.

Материал набивки выбирают по продукции и холоду

Манжеты устьевых сальников обычно делают из маслобензостойкой резины на основе нитрильного каучука, потому что она работает в нефти. Обводнённая продукция, газ в затрубье, сероводород и температура на устье сдвигают выбор: при сероводороде и нагреве рассматривают гидрированный нитрил HNBR, на северных месторождениях проверяют нижнюю температуру, при которой резина остаётся эластичной. Насколько состав продукции ограничивает выбор каучука, видно по требованиям к уплотнениям для нефтегаза.

Плетёную набивку сочетают с резиновыми манжетами там, где нужна смазываемость и стойкость к сухому трению при откачке жидкости с большим газовым фактором. Порядок укладки колец и разнесение стыков те же, что у сальника насоса, поэтому правила, как набить сальник с поворотом каждого стыка, переносятся на устье без изменений.

Детали устьевого сальника заказывают после технической оценки

Детали для устья скважины мы рассматриваем только после отдельной технической оценки: тип сальника, диаметр полированного штока, давление на устье, состав продукции, наличие сероводорода и нижняя температура. Если характеристики материала для этих условий подтвердить нельзя, от заказа отказываемся. Вопрос касается манжет и колец набивки, уплотнительных колец шаровой головки, грязесъёмников и прокладок крышек.

Для оценки присылают обозначение сальника или его чертёж, неработавший образец манжеты или её размеры с допуском по штоку, фото узла, данные о продукции и климате, количество на скважину и на фонд. Изношенная манжета показывает только тип профиля: её внутренний диаметр уже разработан штоком, и размер берут по номинальному диаметру штока. Рассматриваем стандартные манжеты и кольца по каталожному размеру и нестандартные детали по чертежу, эскизу, фото или образцу, от 1 шт., минимальная сумма заказа 9 000 ₽ с НДС.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.