CN103628838B - 一种抽油机盘根盒密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于活塞杆密封技术，尤其是属于一种抽油机盘根盒密封技术。包括泄漏流体循环机构、盘根快速退出机构、偏心和倾斜消除机构、盘根盒。泄漏流体循环机构依靠井口压力循环变化带动大、小活塞与复位弹簧组成的增压泵工作，用粘度稳定、粘度大、不易流失与泄漏、润滑效果好的材料作为消耗流体代替易流失的原油密封，回收泄漏的消耗流体压回密封腔，并用消耗流体把被密封流体压回抽油机内。盘根快速退出机构是把钢珠与润滑脂的混合物压入拆卸顶出腔，顶出拆卸顶出套及盘根。偏心和倾斜消除机构包括：双球面找正体、内球面纠偏座、内球面压紧座；或者偏心和倾斜消除机构为柔性连接。

Description

一种抽油机盘根盒密封装置

技术领域

本发明属于活塞杆密封装置，尤其是属于一种抽油机盘根盒密封装置。

背景技术

石油采集用的弯梁式抽油机作为最普遍的机型，由于抽油机井口压力较大，一般回压1.0～4.0MPa，绝大部分存在光杆与盘根盒之间的密封问题。抽油机光杆的工作过程与活塞杆类似，从高压密封腔到大气空间不断往复运动，从抽油机盘根盒穿出，必须保持良好的密封；虽然它只承受拉力，不承受压力，在形状与细长杆类似的情况下，却不存在稳定性引起的弯曲。但是由于抽油机本身几何尺寸较大，牵引光杆的驴头与抽油机之间的连接环节较多、尺寸链稳定性复杂，光杆工作过程中的冲击、震动较大，盘根密封的泄漏问题较难解决，需要定期维护、更换密封盘根减少泄漏量。更换盘根需要井口泄压，操作要求高，时间长，产量损失大。

而且，盘根密封本身要求保持一定的允许泄漏量。盘根填料的密封原理主要取决于迷宫效应和轴承效应。迷宫效应：轴在微观下表面非常的不平整，与盘根只能部分贴合，而部分未接触，所以在盘根和轴之间存在着微小的间隙，像迷宫一样，带压流体在间隙中多次被节流，从而达到密封的作用。轴承效应：在盘根填料和轴之间会存在着一层薄薄的液膜，使盘根填料和轴类似于滑动轴承，起到了一定的润滑作用，从而避免了盘根和轴的过度磨损。

按照盘根使用规则：运转前，先在无负荷状态下试运转，观察有无异常情况，然后正式开车，细心观测：有无填料压得不实或过紧，而造成严重泄漏或烧坏填料的现象。泵启动时的关键在于确信其在开始时泄漏。如果一开始将盘根紧固至无泄漏状态，则会灼伤填料导致泄漏。

在安装填料环之后，扭紧螺栓，并确认料盖与填料箱面正确接合。一旦开始紧固螺栓，要确保各个螺栓均匀受力。

如果应用一个外部润滑系统，在启动前应确信其能正确运行。

启动时允许高泄漏率。在这过程期间，盘根安位并开始起作用。

运转约15-30分钟之后，再次紧固螺栓直至泄漏达到允许范围。推荐泄漏量8-10点/分钟。四氟乙烯填料应允许更大流量来导出热能以减少热膨胀。

并且由于油田油质变化复杂，可能腐蚀损伤抽油机光杆，被腐蚀的光杆会很快切割损伤盘根。

抽油机内压力随着光杆往复运动，周期性大幅度变化，使盘根承受交变应力，加剧了盘根密封的难度。

大量实践证明，盘根盒与抽油机光杆之间的偏心，是造成盘根盒泄漏和盘根快速损坏的主要因素。而许多盘根盒找正技术由于施工技术要求较高，不易实现设计目标。

维护盘根盒与更换盘根成为影响采油产量的主要因素之一。为了改善这种状况，提高原油产量，前辈们进行了不懈的努力，尤其在大庆油田比较明显。例如给盘根盒外缠绕布条，比较显著的减少了盘根盒漏油；设置偏心纠正机构，提高了密封性，减缓了盘根的单向磨损；给盘根盒压盖设置旋紧把手，定期上紧盘根补偿磨损，延长了盘根更换周期。

但是这些措施实施后，盘根更换周期一般60天，最长的接近200天，仍然满足不了油田生产对产能、环保的需要。冬季经常发生油水混合物从盘根盒漏出结成冰块需要人工清除的故障。

而且更换盘根时取出旧盘根也不很方便。

同时，这些改进措施对施工要求较高，限制了技术优势的实际发挥。

发明内容

为了改善油田工作状况，提高采油经济效益，本发明公开一种高可靠长期免维护的抽油机盘根盒密封装置，包括泄漏流体循环机构、盘根快速退出机构、偏心和倾斜消除机构、盘根盒；其特征在于：盘根盒内还设有油压感应腔、增压腔、吸收腔、盘根；吸收腔设置在增压腔的上方，盘根设置在增压腔的下方，油压感应腔设置在盘根的下方；泄漏流体回收循环机构设有增压泵，增压泵包括大活塞、复位弹簧、小活塞，大活塞的下端面与油压感应腔相连通，小活塞的上端面与增压腔和吸收腔相连通。

首先，分析盘根盒配合的抽油机光杆既有活塞杆的工作特性，又是一种特殊的活塞杆；抽油机光杆具有自身的轴承机构，依靠抽油机驴头和重力以及抽油泵已经限定了抽油机光杆的位置和方向，再提供轴承就存在机械方面的过定位；因而仅仅需要密封，不需要提供轴承，甚至盘根盒提供轴承功能反而是有害的。其次，盘根盒密封压力较高，不适合贸然使用1MPa以下的密封结构。再有，由于抽油机光杆长度较长不便拆卸，因而不宜使用不开口的密封元件。重要的是，抽油机作为依靠时间积累产量形成效益的机器，没有过多的停机时间可供维护保养；再重要的是，抽油机绝大部分安装在室外，或严寒、或酷热、或潮湿、或干燥的旷野、山区、沙漠、岛屿、海上平台等地带，可以说日晒雨淋，抽油机本身的工作条件和检修维护工作条件恶劣。更有全球化，环境保护和经济效益的要求，需要抽油机环保、无泄漏的可靠工作。当然，最关键的是，作为商品生产的采油企业，要求抽油机，既经济、采购维护费用低(当然包括不能因为密封效果好而增大密封力造成的光杆运动摩擦力大电机负荷浪费)，又能长期免维护工作。

基于上述六点，本发明公开一种“允许”泄漏的盘根盒，它是利用抽油机光杆向上和向下运动时抽油机内压力变化较大的条件，带动两个截面面积显著差异连接在一起的活塞运动，形成增压泵，把泄漏的流体回收重新泵入密封系统来减少流体的实际泄漏量，使泄漏的流体绝大部分从密封腔泄漏出再泵入密封腔，往复循环，形成泄漏流体循环机构，实现盘根盒实际泄漏量很少的技术目的。设置球形盘根盒自找正机构，使工人在旋紧压紧螺帽的过程中自动把盘根盒压到与光杆平行且同心的方向和位置。设置盘根退出机构，方便了旧盘根的更换。

泄漏流体循环机构是把泄漏的流体或者可从自然界补充的廉价和(或)不污染流体泵入密封部位，大幅度减少流体实际泄漏量。

而通过消耗流体替代密封流体，使密封流体泄漏很少甚至不再泄漏。而且泄漏的消耗流体通过增压泵被重新泵入密封部位循环利用。

消耗流体可以选择廉价环保的空气、水等。

针对偏心和倾斜是抽油机盘根盒泄漏主要因素，设置高效易操作的偏心和倾斜消除机构。

可以选择与密封流体不相溶的、流体力学指标稳定的便于设计密封参数、粘度较大不易流失泄漏的材料，例如7905-3高低温密封脂，作为消耗流体。用粘度稳定且粘度较大不易流失的高低温密封脂的密封代替参数变化复杂的原油密封，同时显著改善对抽油机光杆和盘根的润滑效果。而且这种高低温密封脂与原油、水、石油润滑油不相溶，既能渗透到盘根的缝隙起到良好的密封、润滑作用，又极少会因为与被密封流体的接触而流失。

高低温密封脂还嵌入到抽油机光杆被腐蚀后产生的“麻点”内，甚至几乎填平“麻点”，减缓“麻点”对盘根和其它密封零件的切割破坏。

增压泵的大活塞和小活塞也采用高低温密封脂密封和润滑。

附图说明

图1是抽油机盘根盒密封装置一个实施例的示意图。

图2是抽油机盘根盒密封装置一个没有找正机构的其余部分实施例示意图。

图3是与井口采用柔性连接的一个抽油机盘根盒密封装置实施例示意图。

图中，1盘根盒，1-1压盖，1-2毛毡防尘垫，1-3外密封，1-4吸收腔，1-5内密封，1-6密封定位套，1-7增压腔，1-8盘根，1-9拆卸顶出套，1-10拆卸顶出腔，1-11盘根盒壳体，1-12油压感应腔，1-13凝聚腔；2-1双球面找正体，2-2内球面纠偏座，2-3密封垫，2-4找正压盖，2-5找正压盖螺纹锁紧螺钉，2-6纠偏座位置保持螺钉，2-7内球面压紧座；3抽油机光杆；4井口连接座；5增压泵螺纹堵头；6-1大活塞，6-2复位弹簧，6-3呼吸阀，6-4压油阀，6-5小活塞，6-6吸油阀；7井口柔性连接座；8石油用高压软管；9高压软管卡箍；10盘根盒柔性连接座。

具体实施方式

现在结合附图的实施例，进一步说明本发明的技术方案。

一、密封定位套1-6与抽油机光杆3几乎无间隙的滑动配合，起到盘根盒与抽油机光杆3之间的定位作用；保持抽油机光杆与重力方向平行，旋紧找正压盖2-4，通过压紧内球面压紧座2-7，依靠内球面压紧座2-7与双球面找正体2-1、内球面纠偏座2-2之间球面接触正压力产生位置校正需要的机械力，降低了盘根盒位置找正对工人操作的技术要求，安装方便。依靠密封定位套1-6来确定盘根盒与抽油机光杆之间的理想同轴位置，密封定位套1-6与抽油机光杆3之间的间隙很小，在保证密封定位套1-6与抽油机光杆3之间灵活滑动、摩擦功耗小的前提下前述间隙接近为零；而且密封定位套1-6的内孔与盘根盒上其它与抽油机光杆3配合的表面之间保持精密的同轴精度。

密封定位套1-6优先采用弹性稳定性好、自润滑性好、耐磨损的改性四氟材料。

二、给增压腔1-7和小活塞6-5上端预先充注高低温密封脂，大活塞6-1、小活塞6-5与缸体之间用高低温密封脂润滑密封。当抽油机上油管内的压力增高时，通过油压感应腔1-12把油压传递到大活塞6-1下端面，推动小活塞6-5上移，并因为两个活塞的端面面积之差产生推动力，克服复位弹簧6-2的弹力后，在小活塞6-5的上端面产生大于同一时刻井口原油压力的压力，顶开压油阀6-4把高低温密封脂压入增压腔1-7，并在增压腔1-7内形成甚至高于同一时刻抽油机油压的压力，把试图从盘根处泄漏的原油压回抽油机。另一方面大活塞6-1上移时留出原油的释放空间。降低了原油从盘根处泄漏的可能性。由于密封定位套1-6的内孔与抽油机光杆3的外表面之间的间隙很小，增压腔1-7内的高压密封脂会有少量外漏。在内密封1-5与外密封1-3之间设置有吸收腔1-4；当抽油机上油管内的压力降低时，通过油压感应腔1-12传递到大活塞6-1下端面的压力降低，大活塞6-1在复位弹簧6-2的作用下带动小活塞6-5向下移动，吸开吸油阀6-6把(增压腔1-7内通过密封定位套1-6及内密封1-5泄漏到)吸收腔1-4的高低温密封脂吸进增压泵，在下一个压力循环增压泵再把这些从吸收腔1-4吸进的高低温润滑脂压入增压腔1-7。实现高低温密封脂的循环利用，因而几乎没有泄漏。

从示意图可以看出，外密封1-3与内密封1-5是两个密封圈，也就是在泄漏流体已经泄漏的外端和内端、增压泵吸收腔1-4的外端和内端同时设有密封元件。泄漏流体已经泄漏的外端设有外密封1-3。

三、在外密封1-3及定位密封套1-6之外设有凝聚腔1-13。这样，即使少量泄漏的高低温密封脂首先积聚到凝聚腔1-13，一方面妨碍了进一步泄漏，另一方面使得很长时间几乎没有外漏。在压盖1-1外端设有毛毡防尘垫1-2，阻挡等灰尘对高低温密封脂的污染。

四、依靠大活塞6-1与小活塞6-5连接在一起组成的增压泵，使增压腔1-7保持较高的压力，当盘根1-8磨损后，高低温密封脂的油压会给盘根施加压力，使盘根处于依靠高低温密封脂的压力自动补偿的状态，保持较好的密封间隙。而且增压腔1-7的压力与抽油机压力保持正相关关系，也就是抽油机油压高时盘根较紧便于密封，抽油机油压较小时盘根较松磨损减缓，延长使用寿命。同时，盘根1-8与抽油机光杆之间分段充注着原油或者高低温密封脂，上端是高低温密封脂，下端是原油，结合面可能变动，但由于二者不相溶始终保持比较明显的较短结合区段(结合面)，起到良好的密封与润滑作用，工作状态改善，盘根寿命延长。

五、由于高低温密封脂具有良好的润滑性，且粘度稳定，大约1800Pa·S，因而泄漏极少。优先选用7905-3高低温耐油密封脂。

六、卸盘根机构：通过给拆卸顶出腔1-10内以一定的压力注入钢珠与润滑脂的混合物。钢珠的直径优先选用8毫米，由于润滑脂的作用，钢珠之间以及钢珠与盘根盒的其他零部件之间的摩擦力极小，钢珠又不能从盘根盒零部件之间的间隙穿过，在外加压力及后续钢珠推力作用下，钢珠与润滑脂的混合物把拆卸顶出套1-9向上顶，沿着抽油机光杆3滑出盘根盒，同时把拆卸顶出套1-9上部盘根1-8等也顶出抽油机盘根盒。

更进一步的实施例，盘根盒上仅仅设置保压和密封结构，不设置轴承(径向支撑)机构，盘根盒的密封机构与井口之间采用径向柔性连接，具有随着光杆的运动轨迹自己找正中心的功能，从而最大限度的尽可能减小盘根盒密封中心与光杆中心的不一致，既提高密封效果，又减缓密封元件的磨损。如图3所示的一个实施例，盘根盒柔性连接座10，通过石油用高压软管8，安装在与抽油机配合的井口柔性连接座7上，消除了抽油机井口与抽油机光杆3之间的偏心和倾斜的影响，从而使盘根盒1与抽油机光杆3之间甚至不存在偏心和倾斜干涉的力量；这种柔性结构还可以消除抽油机震动对盘根盒密封效果的损害，和由于前述震动造成抽油机井口与抽油机光杆之间位置改变引起的偏心和倾斜对盘根盒密封效果的损害。

另一个实施例：设置高低温密封脂补充装置，以便补充随着工作时间流失的高低温密封脂损失，保证使用的高低温密封脂数量处于一个范围，这个范围使经济性和密封效果、抽油机光杆摩擦损失接近最佳。高低温密封脂补充装置优先设置在与吸收腔1-4相连接的部位。

再另一个实施例，盘根采用耐磨材料制作。

更进一步优先的实施例，盘根采用高韧性、耐磨、高弹性的高分子材料。

增压泵吸收腔1-4的外端和内端同时设有密封元件：外密封1-3与内密封1-5，进一步的实施例，密封元件采用镶嵌有弹性元件，能够提供密封力，补偿密封元件的密封面磨损后的尺寸改变，减少磨损对密封效果的影响。

本发明公开的盘根盒密封装置，也适用于其它活塞杆的密封性能改善和保证。

井口与盘根盒之间的柔性连接，也可采用膨胀节、波纹管等其它能补偿偏心和倾斜的元件。设置带滑动或滚动支承的支架来支承和限制盘根盒，使抽油机光杆3改变运动方向时盘根盒1因采用柔性连接而发生的上下运动幅度足够小，以延长盘根盒和盘根的使用寿命。

优先的实施例中，给压力感应腔1-12和与之连接的大活塞6-1的下端面区域，配套较好的防寒冷措施。

Claims (10)

1.一种抽油机盘根盒密封装置，包括泄漏流体循环机构、盘根快速退出机构、偏心和倾斜消除机构、盘根盒；其特征在于：盘根盒内还设有油压感应腔、增压腔、吸收腔、盘根；吸收腔设置在增压腔的上方，盘根设置在增压腔的下方，油压感应腔设置在盘根的下方；泄漏流体回收循环机构设有增压泵，增压泵包括大活塞、复位弹簧、小活塞，大活塞的下端面与油压感应腔相连通，小活塞的上端面与增压腔和吸收腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述增压腔内有消耗流体。

3.根据权利要求2所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述消耗流体为不会污染环境的天然流体。

4.根据权利要求2所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述消耗流体为粘度稳定、粘度大不易流失与泄漏、润滑效果好、与被密封流体不相溶的材料。

5.根据权利要求1所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述吸收腔的外端设有密封元件。

6.根据权利要求1所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述盘根快速退出机构工作时是通过将钢珠与润滑脂的混合物压入拆卸顶出腔，把拆卸顶出套以及拆卸顶出套上部的盘根沿着抽油机光杆顶出盘根盒。

7.根据权利要求1所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述偏心和倾斜消除机构包括：双球面找正体、内球面纠偏座、内球面压紧座。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于依靠密封定位套来确定盘根盒与抽油机光杆之间的理想同轴位置，密封定位套与抽油机光杆之间具有间隙，在保证密封定位套与抽油机光杆之间灵活滑动、摩擦功耗小的前提下前述间隙接近为零。

9.根据权利要求1所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述偏心和倾斜消除机构使盘根盒与井口之间柔性连接。

10.根据权利要求9所述的一种抽油机盘根盒密封装置，其特征在于：所述柔性连接的主要材料是高压软管。