液壓及密封技術在石油機械中的應用與探討

饒冬冬

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

最近幾年我國工業(yè)化水平逐漸提升，石油機械領域也得到相應的發(fā)展，這主要是由于工業(yè)運行需要石油的支持，因而促進石油開采行業(yè)的繁榮。石油開發(fā)程度越高，與石油有關的產品也越多，石油類型也相應的發(fā)生變化[1]。以往的石油機械工業(yè)領域中設備的徑向密封圈需要在長期摩擦的狀態(tài)下工作，由于自身材質的問題，不可避免地會發(fā)生受熱變形滿最終形成理化吸附膜，吸附在設備上，使得設備無法正常運行。在設備運行的過程中，較快的運行速度會增加磨損程度，降低石油機械的利用率。為了能夠滿足現(xiàn)代社會的生產需求以及先進的液壓密封技術發(fā)展，在相關領域研究過程中，需要對傳統(tǒng)設備進行改進，提升石油工業(yè)的發(fā)展水平[2]。

1 液壓及密封技術的重要性

液壓和氣動技術水平的不斷提升帶動著機械密封技術的發(fā)展，機械密封根據國家相關標準規(guī)定，至少包含一對與旋轉軸線呈垂直狀態(tài)的端面，且在流體壓力和補償機構彈力及輔助密封的協(xié)助下，構成防止流體泄漏的裝置。石油機械密封結構有很多，常見的如圖1所示：

圖1 機械密封裝置示意圖

在國內外活塞密封技術已經被廣泛應用，且取得較好的成果?；钊芊饧夹g分為兩種：其一是需要特定介質的協(xié)助，密封件在壓力下被擠壓，這種方式可以產生徑向力，實現(xiàn)密封效果。但是運用這種方式存在一定的缺陷，如密封唇容易發(fā)生磨損，并且一旦出現(xiàn)損壞，則密封效果就無法保障；其二是需要采用橡膠材料支撐的密封圈，通過橡膠圈自身的彈力發(fā)生形變進而產生徑向壓力，達到密封的作用。這種方式的密封原理就是利用活塞在工作時通過對其施加預緊力，使得密封圈發(fā)生彈力變形，從而產生徑向力，橡膠密封圈就能與汽缸壁緊密接觸，實現(xiàn)密封。采用這種方式的缺陷時摩擦會發(fā)生大量的熱，這些熱量無法散發(fā)，就會聚集中密封環(huán)中，使得橡膠環(huán)發(fā)生磨損，加速老化，影響使用壽命[3]。

液壓系統(tǒng)的存在能夠有效調節(jié)和改善大型機械設備的制動系統(tǒng)、基本操作以及舉升功能，這主要是取決于密封件在液壓設備中是否能夠正常發(fā)揮作用。為了保障石油機械設備的安全可靠運行，首先要做的就是確保液壓設備的安全性和穩(wěn)定性，此外還需要石油機械設備的密封性能達到良好的狀態(tài)。在設備運行的過程中，一旦石油機械設備密封性發(fā)生變化，則會影響整個設備的性能，甚至還會影響使用安全。石油機械設備的漏油問題、密封問題都是造成資源浪費、環(huán)境污染的重要因素，也是石油設備內部損壞、縮短使用壽命的致因。故為了能夠將石油機械液壓設備的性能充分發(fā)揮出來，可以通過合理采用液壓密封技術實現(xiàn)設備的密封性能[4]。

2 液壓技術在石油產業(yè)的應用

2.1 應用于制動層面

石油機械設備在正常使用運轉的過程中，液壓技術和機械內部之間的互相配合程度是決定最終液壓結果的重要因素，特別是機械設備中的變速箱，要求與液壓技術的配合程度較高。變速箱能夠幫助設備在運行過程中實現(xiàn)換擋的操作，而在石油機械設備中，變速箱能夠有效降低工作人員的勞動量，而在這個工作中，液壓技術的作用時提高變速箱的性能、保障運轉動力。

2.2 應用于行走層面

合理采用液壓技術能夠在一定程度上降低設備運轉對機械的損耗，雖然很多機械設備自身都配備液壓裝置，幫助設備在滿載狀態(tài)下運轉，降低設備的損耗。但是液壓技術的使用還能增加行走層面的機械控制靈活度，提升設備行走的水平和性能，使得機械設備的功能發(fā)揮大最大化。

2.3 應用于工作裝置層面

對我國現(xiàn)階段的石油機械設備分析可以看出，大部分機械設備都具備完整的設備裝置，包括液壓傳動檢測系統(tǒng)。液壓技術的傳動功能能夠將其推向市場中，并且還能促進其發(fā)生。在石油機械設備中采用液壓技術，能夠在完成工程項目的同時，還能盡量減少對設備的損耗，節(jié)約成本，具有一定的經濟性。

3 密封技術在石油機械中的應用

3.1 密封技術在螺旋防噴器中的應用

最近幾年石油行業(yè)中的欠平衡鉆井技術逐漸應用于人們的生活中，該項技術中最為關鍵的設備就是螺旋防噴器。欠平衡鉆井中螺旋防噴器主要就是運用環(huán)形膠芯實現(xiàn)自封，被廣泛運用于石油行業(yè)中。在采用該項技術時，最終結果的影響因素主要就是轉承包和鉆桿密封結構的使用壽命，故相關工作人員必須將這兩個結構的使用作為重點控制對象。但是就目前運用過程而言，相關研究人員在二者中，對鉆桿密封結構的重視程度相對較高，而忽略轉承包的重要性，這樣就會使得該技術功能的發(fā)揮效果受到影響。這種問題的有效解決方式就是采用流體動壓徑向密封技術，能夠在很大程度上提升使用效果。

3.2 密封技術在螺桿泵采油系統(tǒng)中的應用

在石油領域中比較常見的地面機械驅動就是螺桿泵采油系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過光桿旋轉帶動螺桿泵采油系統(tǒng)的抽油桿，使其發(fā)生聯(lián)動反應，實現(xiàn)井下作用。但是就目前的應用效果分析，螺桿泵采油系統(tǒng)在具體運用過程中存在一定的不足，如光桿動密封采用的密封方式不佳，對該設備的維修工作增加較大的難度，還會影響周圍的生態(tài)環(huán)境。而解決這些問題的方式就是采用密封軸機械密封系統(tǒng)，在光桿和驅動裝置之間的動密封系統(tǒng)中增加了中間部件密封軸，將光桿和驅動裝置之間的動密封轉變?yōu)楣鈼U和密封軸之間的靜密封和密封軸與驅動裝置之間的動密封，通過合理的參數(shù)設計，達到預定的密封要求，提高整個系統(tǒng)的操作靈活性。

3.3 密封技術在沖管總成中的應用

通常而言，沖管的下部分與中心管中的密封介質必須是鉆井液，利用密封實現(xiàn)聯(lián)動，使得沖管的耐高壓性能與耐破損性能得到充分的發(fā)揮。沖管是水龍頭的一部分，其使用壽命和性能是影響整個水龍頭系統(tǒng)的重要因素。如果在實際操作過程中，采用傳統(tǒng)的密封技術進行工作，不僅無法保障沖管的使用壽命，也無法保證密封質量。密封技術是能夠有效解決這些問題的有效方法，故在沖管總成中采用密封技術會提升沖管密封性能，延長系統(tǒng)的使用壽命[5]。

4 合理運用液壓密封技術的建議

4.1 規(guī)范機械操作流程

石油機械設備在實際運用過程中，需要工作人員按照相應的使用操作說明以及實際情況對設備參數(shù)進行調節(jié)，如果操作不當或者調節(jié)失誤，則會影響設備的正常使用，甚至還會發(fā)生嚴重的安全事故，威脅人身安全和經濟效益。故為了避免發(fā)生這樣的問題，操作人員在進行工作之前，要經過針對性地培訓，實習掌握設備的使用操作說明，確保在操作過程中不會出現(xiàn)失誤或者暴力操作等。通過合理規(guī)范石油機械設備的操作流程，能夠保證機械設備的內部系統(tǒng)，延長設備的使用壽命。除此之外，在采用液壓密封技術時，還需要根據實際情況科學選擇液壓油用量和內部氣量，避免用量不當造成設備損壞。

4.2 定時定期地對石油機械裝置進行清潔

定期對石油機械設備進行清潔，能夠有效防止設備在運行過程中固體雜質進入到設備內部影響設備的使用安全，還能避免液壓系統(tǒng)出現(xiàn)管道堵塞。一般來說，液壓系統(tǒng)不清潔的主要原因就是液壓系統(tǒng)中含有雜質，并且石油企業(yè)沒有重視對機械設備的定期清潔工作。故在石油機械設備日常管理過程中，需要制定相應的機械檢修和維護制度，定期對設備進行清潔，液壓油類型、油溫、流量等方面都要制定相應的管理制度，同時還要保證定期對設備進行徹底清理。在對機械設備進行清理時，不僅要對設備外部進行維護，內部也要重點養(yǎng)護，避免雜志進入系統(tǒng)，影響設備運行。

4.3 科學選擇液壓介質

石油機械設備液壓系統(tǒng)中的主要介質就是液壓油，其作用就是提升設備運行的軟化度和密封程度，同時也能真能搶傳動的功效。液壓油類型的不同，會與液壓系統(tǒng)也會產生不同的效果，如果液壓油選擇不當，則會影響整個液壓系統(tǒng)的安全運行，而長期使用不合適的液壓油，則整個設備很有可能會損壞，影響使用安全。因此在石油機械設備運用過程中，相關的工作人員要根據設備的使用說明，合理科學選擇液壓機制，這樣才能有效保障設備的功能充分發(fā)揮出來，設備也能安全穩(wěn)定地運行。在這個過程中還需要注意選擇液壓油時，避免選擇混合型液壓油，因其包含很多化學元素，性質不穩(wěn)定，在使用過程中會在某一個狀態(tài)下，內部發(fā)生化學反應，影響石油機械設備的液壓功能。

4.4 使用多元化密封技術

石油機械設備有很多不同的類型，針對不同類型的機械設備也是需要不同的液壓密封技術。目前我國石油領域中比較常見的石油機械設備為旋轉防噴器，其中膨脹膠囊可編程控制式與環(huán)形膠芯自封式是該設備運用的旋轉防噴器。這種設備在進行工作時，鉆桿密封結構與承載包的使用壽命會直接影響該設備的使用效果，因此研究人員通常都是將研究重點放在該方面，而忽略了轉承包，而整個設備的密封性就會無法保障，故要想解決這一問題，就需要采取流體動壓密封圈技術，提高設備的密封性能和液壓性能[6]。除此之外還會有一些地面機械設備，螺桿泵采油系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用范圍較為廣泛，具有較好的通用性，主要工作原理就是利用光桿的旋轉帶動抽油桿的運動，通過抽油桿的聯(lián)動實現(xiàn)整個系統(tǒng)的工作。光桿動密封是該系統(tǒng)的主要密封方式，但是在實際運用的過程中，非常容易對環(huán)境造成污染，且出現(xiàn)故障維修較困難。為了有效解決這樣的問題，可以對液壓密封技術進行改進，如光桿密封組合，在光桿密封的位置安裝襯套，采用兩個動壓密封圈，起到潤滑的作用。這樣不僅能夠降低對環(huán)境的影響，加強石油機械的密封效果和性能，還能在一定程度上提升石油企業(yè)的經濟效益。

5 結語

為了提升石油的供給質量，我國對石油開采技術進行不斷地研究，已經取得很多較好的成果。在石油工業(yè)發(fā)生過程中，傳統(tǒng)的石油機械設備需要長期保持工作狀態(tài)，設備在這樣的工作強度下，很有可能會造成磨損而發(fā)生故障，影響開采效率。液壓機密封技術就是解決這樣問題的有效方式，工作人員要根據實際情況選擇正確合理的液壓密封技術，提高設備運行效率和安全性，進一步促進我國石油產業(yè)的發(fā)展。