雙向壓縮壓力自適應(yīng)盤根盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高翔，趙明敏，黃新，李凡

（克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著我國油田的不斷發(fā)展,我國大部分油田已進(jìn)入機(jī)械采油期,而在機(jī)械采油中所用的主要設(shè)備為有桿抽油設(shè)備。而井口光桿密封裝置——盤根盒是有桿抽油設(shè)備的重要組成環(huán)節(jié)之一，也是最容易出問題的環(huán)節(jié)之一。井口密封裝置頻繁失效、壽命短，所帶來的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此，改善盤根盒工作性能，提高盤根盒使用壽命越來越受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。目前，各油田廣泛使用的傳統(tǒng)抽油機(jī)光桿密封裝置主要有：?jiǎn)伪P根盒光桿密封器，雙盤根盒光桿密封器，單塔形盤根盒光桿密封器，雙塔形盤根盒光桿密封器，球形盤根盒光桿密封器等?，F(xiàn)有的盤根密封裝置主要存在偏磨、光桿表面粗糙度太差、盤根材料的材質(zhì)及幾何形狀不能滿足現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的惡劣工況、密封盤根盒結(jié)構(gòu)不合理等。

1 雙向壓縮壓力自適應(yīng)盤根盒的技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

針對(duì)現(xiàn)有光桿密封器存在的問題，本文設(shè)計(jì)了雙向壓縮壓力自適應(yīng)盤根盒，結(jié)構(gòu)如圖1示，主要由井口調(diào)偏部分、光桿密封部分和防噴部分組成。

井口調(diào)偏部分位于密封器最下部，采用球頭結(jié)構(gòu)，由球形連接套10、活塞套9、下壓帽11組成；光桿密封部分由下部的自動(dòng)密封級(jí)和上部的錐形密封盤根構(gòu)成；防噴部分由球閥12組成。

圖1 新型光桿密封器結(jié)構(gòu)示意圖

井口調(diào)偏部分能夠?qū)崿F(xiàn)光桿的自動(dòng)調(diào)偏，當(dāng)抽油光桿相對(duì)于井口發(fā)生偏擺進(jìn)而要發(fā)生偏磨時(shí),抽油光桿能帶動(dòng)球形連接套10做相應(yīng)的擺動(dòng),使密封器中心與抽油光桿中心始終保持同軸。

自動(dòng)密封級(jí)主要由活塞8、環(huán)形密封件7和一個(gè)預(yù)壓彈簧14組成。井口在壓力較低時(shí)，預(yù)壓彈簧施加給活塞8一個(gè)向上的推力，使環(huán)形密封件7受到壓環(huán)6、格蘭13沿軸向的雙向擠壓，從而保證光桿受到適當(dāng)?shù)臄D壓力，實(shí)現(xiàn)密封。隨著井口壓力的上升，作用在活塞底部的油液壓力逐漸增大，環(huán)形密封件7受到壓環(huán)6、格蘭13沿軸向的雙向擠壓力隨之增大，從而使密封件7作用在光桿上的擠壓作用力也跟著增大,保證了光桿的密封效果。自動(dòng)密封級(jí)一方面實(shí)現(xiàn)了井口壓升高時(shí)，環(huán)形密封件7對(duì)光桿密封壓力的自動(dòng)升高，另一方面，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形密封件7沿軸向的雙向壓縮，使得密封件7對(duì)光桿的壓力均勻，從而保證了光桿良好的密封效果。從活塞8頂部到壓蓋6端面間的距離就是密封件的允許磨損調(diào)節(jié)距離。隨著密封件7的不斷磨損，活塞8上部逐漸靠近壓蓋6端面。然而，只要壓蓋6端面不與活塞8接觸，就能保證光桿的密封。錐形密封件3對(duì)光桿進(jìn)行二級(jí)密封，可通過調(diào)整壓蓋1控制壓環(huán)2對(duì)錐形密封件的壓縮量，進(jìn)而控制作用在光桿上的擠壓力，保證密封件3對(duì)光桿較好的密封效果。

一旦抽油井口光桿斷脫，可轉(zhuǎn)動(dòng)球閥12的手柄，實(shí)現(xiàn)井口的密封，防止井筒內(nèi)和地面管線內(nèi)原油天然氣噴出，造成原油溢流。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）自動(dòng)密封級(jí)實(shí)現(xiàn)了井口壓力升高時(shí)，環(huán)形密封件7對(duì)光桿密封壓力的自動(dòng)升高，實(shí)現(xiàn)了井口壓力與密封壓力的匹配。

（2）自動(dòng)密封級(jí)實(shí)現(xiàn)了環(huán)形密封件7沿軸向的雙向壓縮，使得密封件7對(duì)光桿的周向接觸力分布均勻，從而保證了光桿良好的密封效果。

（3）錐形密封盤根對(duì)光桿進(jìn)行二級(jí)密封，實(shí)現(xiàn)了光桿密封的雙保險(xiǎn)。

（4）井口調(diào)偏部分實(shí)現(xiàn)光桿的自動(dòng)調(diào)偏，保證密封器中心與抽油光桿中心始終保持同軸，防止光桿對(duì)密封圈的偏磨。

（5）防噴部分實(shí)現(xiàn)井口密封，防止井筒內(nèi)和地面管線內(nèi)原油天然氣的噴出，造成原油溢流。

2 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的雙向壓縮壓力自適應(yīng)盤根盒一定程度上克服了傳統(tǒng)盤根盒偏磨、壽命短等缺陷。不但能夠?qū)崿F(xiàn)光桿的自動(dòng)調(diào)偏，井口防噴功能，而且實(shí)現(xiàn)了盤根對(duì)光桿密封壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，井口壓力升高，盤根對(duì)光桿的密封壓力隨之升高，使盤根對(duì)光桿的密封始終處在最佳的工作狀態(tài)，與此同時(shí)，盤根處在雙向受壓狀態(tài)，縱向變形均勻，很好地保證了盤根對(duì)光桿的密封效果，增加了盤根盒的使用壽命。本文設(shè)計(jì)的雙向壓縮壓力自適應(yīng)盤根盒，對(duì)光桿密封器的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。