摘　要: 針對(duì)抽油機(jī)井井口現(xiàn)用光桿密封盤(pán)根盒存在的問(wèn)題,參照鉆井工程中井口密封和井下防偏的方法,提出改進(jìn)思路,設(shè)計(jì)制造出一種集彈性壓緊、潤(rùn)滑、聚中、扶正功能為一體的節(jié)能型新式盤(pán)根盒,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到滿意的結(jié)果。

　　關(guān)鍵詞: 抽油機(jī)井 井口密封 節(jié)能 盤(pán)根盒

　　抽油機(jī)井井口光桿密封盤(pán)根盒是銜接抽油井下管柱和抽油機(jī)的重要部件,是抽油機(jī)井生產(chǎn)管理和系統(tǒng)耗能的關(guān)鍵點(diǎn),在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不夠合理的情況下,有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。

　　1、現(xiàn)用盤(pán)根盒存在的問(wèn)題

　　新疆油田井口密封 80%以上用的是 1970 ～1980年代定型的普通盤(pán)根盒(結(jié)構(gòu)如圖1所示)，通過(guò)向下旋轉(zhuǎn)壓蓋,推動(dòng)環(huán)形活塞壓緊耐油橡膠盤(pán)根實(shí)現(xiàn)井口密封,存在以下問(wèn)題。

　　1. 1　容易發(fā)生井口卸漏事故

　　當(dāng)光桿通過(guò)盤(pán)根內(nèi)穿行時(shí),會(huì)將與光桿表面接觸的部分盤(pán)根磨損,在井內(nèi)壓力作用下，油氣沿著光桿與盤(pán)根的間隙向外卸漏，間隙越大，漏失量越大。光桿偏磨和晃動(dòng)井的密封難度變大。出液正常的井靠產(chǎn)出液自然潤(rùn)滑,但間抽井、長(zhǎng)關(guān)井開(kāi)井時(shí)和間歇出油井無(wú)液干抽時(shí)會(huì)引起光桿發(fā)燙,導(dǎo)致盤(pán)根迅速“燒壞”，發(fā)生跑油事故。有的井1 ～ 2天更換一次盤(pán)根,有的井更換一次盤(pán)根可維持半年。

　　1. 2　密封摩擦功率較大

圖1 普通盤(pán)根盒示意圖

　　由抽油井實(shí)測(cè)得出, Υ28光桿、耐油橡膠水潤(rùn)滑、盤(pán)根壓緊力 0. 6MP a 、光桿功率 8. 98k W時(shí)的摩擦功率為0. 71k W,功率為 92%。室實(shí)驗(yàn)表明：密封摩擦功率與盤(pán)根壓緊力成正比。由于耐油橡膠的彈性有限,為防止盤(pán)根磨損后井口漏油氣,通常的作法是加大盤(pán)根的壓緊力( 大于 1MP a ) 。加大盤(pán)根壓緊力對(duì)預(yù)防井口卸漏事故有一定幫助,但作用有限,卻增加了能耗。

　　除普通盤(pán)根盒外,現(xiàn)場(chǎng)也試驗(yàn)應(yīng)用了其它類型的盤(pán)根盒,有的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜,使用不便、成本上升; 有的雖然卸漏減輕了,但密封摩擦功率卻增大了。因此,有必要作進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)化。

　　2　改進(jìn)的思路

　　受抽油井特定環(huán)境的約束,對(duì)盤(pán)根盒提出兩個(gè)基本的要求：

　　一是盤(pán)根盒的尺寸要小: 井口的密封部位越低由抽油桿不對(duì)中產(chǎn)生的偏磨越輕,懸繩器低的井給盤(pán)根留出的空間很小,個(gè)別井下死點(diǎn)懸繩器與盤(pán)根盒頂面的距離不到 10c m;

　　二是制造成本要低: 盤(pán)根盒的應(yīng)用量較大,應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和約束條件的基礎(chǔ)上,我們確立的改進(jìn)、優(yōu)化的思路是：

　　( 1) 控制和保持盤(pán)根的壓緊力?？刂茐壕o力的目的是降低摩擦功率,保持壓緊力的目的是防止泄漏。

　　( 2) 設(shè)法消除卸漏間隙。尤其是光桿偏磨和晃動(dòng)井,僅保持壓緊力還不夠,還應(yīng)該通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步消除卸漏間隙。

　　( 3) 提供必要的潤(rùn)滑。經(jīng)驗(yàn)證明,只要密封部位一直有液體,光桿一般不會(huì)發(fā)燙。解決井口潤(rùn)滑的關(guān)鍵不在于選擇何種潤(rùn)滑劑上,而在于如何使?jié)櫥瑒╅L(zhǎng)期保留在密封裝置內(nèi),也就是潤(rùn)滑劑本身的相對(duì)密封問(wèn)題。

　　4) 采取簡(jiǎn)易的方法對(duì)光桿進(jìn)行扶正,防止過(guò)度偏磨。經(jīng)計(jì)算得知,光桿對(duì)盤(pán)根的側(cè)向推力不大，一般不到50k g。試驗(yàn)過(guò)用滾輪對(duì)光桿強(qiáng)制扶正,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,一般情況下用硬度較低的金屬即可。抽油桿接箍外徑 ( Υ25 抽油桿 55m m) 與油管內(nèi)徑(Υ62油管 62m m) 相差不大,偏心調(diào)整量很小,并且抽油機(jī)本身可對(duì)驢頭的水平位置進(jìn)行調(diào)整,可以取消原有的盤(pán)根盒調(diào)偏結(jié)構(gòu)。

　　3　優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

　　新設(shè)計(jì)的 T Y R 25 -28盤(pán)根盒( 結(jié)構(gòu)如圖 2所示) 有以下四個(gè)主要特點(diǎn): 一是利用彈簧的彈力保持盤(pán)根的壓緊力; 二是參考鉆井工程中井口密封的方法,通過(guò)盤(pán)根盒頂部的錐形結(jié)構(gòu),保持盤(pán)根始終包緊光桿,實(shí)現(xiàn)盤(pán)根只加不換; 三是在主密封盤(pán)根盒上設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠儲(chǔ)存井液和潤(rùn)滑劑的專門(mén)的空間,正常狀態(tài)下儲(chǔ)存井液,松開(kāi)盒體可人工加潤(rùn)滑劑,從而降低了光桿與盤(pán)根間的摩擦系數(shù),可有效防止光桿干磨; 四是參考鉆井工程中井下防偏的方法,利用四塊銅環(huán)強(qiáng)制扶正光桿,使盤(pán)根盒具有糾偏功能。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　圖 2　TYR25 -28盤(pán)根示意

　　( 1) 可有效控制井口卸漏。彈性壓緊盤(pán)根、銅環(huán)對(duì)光桿強(qiáng)制扶正、壓緊活塞頂部對(duì)盤(pán)根的聚中使始終包緊光桿,并且能夠?qū)崿F(xiàn)盤(pán)根只加不換。

　　( 2) 提高盤(pán)根盒效率。當(dāng)密封材料的壓強(qiáng)低于2MP a 時(shí),彈簧開(kāi)始伸長(zhǎng),有效伸長(zhǎng)量超過(guò) 20mm,在這一階段無(wú)需緊壓蓋,密封材料的壓強(qiáng)較長(zhǎng)時(shí)間地保持在 1 ～ 2MP a ,從而使由盤(pán)根壓緊力產(chǎn)生的摩擦力降低。在副密封上加耐磨性材料,當(dāng)油井干抽時(shí)主副密封之間( 裝有彈簧) 殘留的井液或人工添加的潤(rùn)滑劑可起到臨時(shí)的潤(rùn)滑作用,降低因干抽產(chǎn)生的摩擦力。由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得知,橡膠盤(pán)根干摩擦系數(shù)約為潤(rùn)滑時(shí)摩擦系數(shù)的 2. 7倍。同時(shí)可以使光桿和盤(pán)根的接觸面上帶有一層油膜,隔斷含酸咸腐蝕物質(zhì)的液體與光桿的接觸,從而保證光桿的表面光潔度。

　　4　試驗(yàn)效果

　　新設(shè)計(jì)的 T Y R 25 -28盤(pán)根盒經(jīng)在 T 85746、481、8221井上安裝試用過(guò),取得以下效果,詳見(jiàn)下表：

　　TYR 25-28與普通盤(pán)根盒使用效果對(duì)比表

　　( 1) 使盤(pán)根的壓緊力能夠控制在 1 ～ 2MP a;

　　( 2) 減輕了光桿與盤(pán)根間的磨損,光桿不再發(fā)燙;

　　( 3) 盤(pán)根盒保持密封嚴(yán)密,更換盤(pán)根的時(shí)間已經(jīng)延長(zhǎng)到 3倍( 普通盤(pán)根盒跟換盤(pán)根周期一般為 30天) ,并且實(shí)現(xiàn)盤(pán)根只加不換;

　　( 4) 光桿居中,未見(jiàn)硬磨痕跡;

　　( 5) 因?yàn)槌浞掷昧四z皮闡門(mén)接頭的內(nèi)部空間,與普通井口密封器相比,密封高度減少 10m m、成本更低。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[ 1]張建中、李云鵬、李寶彥 . 抽油機(jī)井口密封裝置效率的研究[ J ] . 石油學(xué)報(bào), 1994, ( 4) : 133-138.

　　[ 2] 萬(wàn)仁溥 羅英俊主編. 采油技術(shù)手冊(cè)( 第四分冊(cè)) [ M]北京: 石油工業(yè)出版社, 1993.

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