CN105937381A - 一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，属于油田机械技术领域，包括密封盖、密封外壳、密封基座、上随动平台、随动盘根盒和下随动平台。随动盘根盒与光杆紧密接触，依托上随动平台和下随动平台可进行水平面内任意方向平行移动；随动平台包括同心固定的轴承和密封圈，分别构成支撑和密封结构；密封盖处和密封外壳处构成的环形腔以润滑油填充，为上随动平台和下随动平台，以及光杆、盘根提供持续润滑及油封。本发明结构简单、成本低廉、安装维护方便，支撑稳固、润滑和密封好，可有效防止光杆偏磨，从而大大提高了盘根盒和光杆的使用寿命，并可起到节能效果。可广泛应用于油田有杆抽油机的井口密封器。

Description

一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构

技术领域

本发明涉及抽油机井口密封用的盘根盒，特别是一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构。属于油田机械技术领域。

背景技术

在油田抽油机的生产过程中，盘根盒是对井口和光杆间起密封作用的一种密封装置。然而由于采油现场抽油井况复杂，常常使抽油机光杆磨偏，进而缩短盘根盒的使用寿命。当光杆表面有划伤、腐蚀等现象时，更加快了盘根盒的磨损，从而导致油井跑油，造成漏油、漏汽，污染环境。

传统抽油机光杆密封装置的功能是，通过压紧耐磨盘根对光杆实施“抱死”密封，防止油井中的带压油、气、水随光杆的往复运动而冒出井口。这种密封存在的问题主要表现在以下几个方面：（1）造成严重环境污染：“抱死”密封必然导致盘根密封圈磨损，磨损缝隙泄露出的石油伴生气污染大气；磨损到一定程度后，原油和高矿化度地表水就会外泄到地面，造成地表环境的严重污染。（2）工人劳动强度大：采油工人每天必须巡视井场，拧紧盘根压盖，而且每2周必须停产更换新盘根，这两项日常作业对工人来说是巨大的负担，尤其是冬季北方油田。（3）增加能耗：光杆始终处于被盘根抱紧的状态，增加了运动阻力，从而增加了抽油机的能耗。（4）损坏光杆：光杆始终处于被盘根抱紧的摩擦状态，摩擦损耗使光杆由粗变细，疲劳应力使光杆内部产生裂纹，双重作用大大缩短了光杆使用寿命。（5）容易造成抽油杆偏摩：由于光杆始终处于刚性压迫状态，当它的运动脱离油井中轴线时，就会带动下面的抽油杆偏离油井中轴线而运动，造成抽油杆偏摩，从而增加抽油机电耗，而且容易造成断杆事故，使油井被迫停产。

从上述分析可以看出，井口密封装置不仅对抽油机设备本身造成威胁，也对周围的环境和人身安全造成严重威胁。因此，针对产生上述问题的原因，对井口密封装置进行优化和改进，成为迫切需要解决的问题。

目前对井口密封装置的防偏问题已有相关的研究和技术，主要采用固定调偏、随动调偏和调斜等方式。在固定调偏和随动调偏中，随动机构的支撑、密封和润滑是目前需要解决的关键问题。为了解决光杆运动造成的支撑问题，有人提出了增设橡胶圈来起缓冲作用，但光杆上下运动时橡胶圈上下受力不同会使其发生不同的形变，而且橡胶圈的耐压性差，使用寿命短的特点，也会缩小井口密封器的使用范围；为了解决井口密封问题，有人提出了采用光杆静止密封的方式，但由于光杆的长期使用会因磨损而使其密封效果变差；为了解决井口密封器的润滑问题，有人提出了采用黄油的润滑方式，但其寿命短、耐热性差、在蒸汽中易硬化等不足，使其润滑效果无法满足需要长期使用的抽油机，同时也造成资源的浪费。支撑、密封或润滑的问题普遍存在于井口密封装置的随动结构中，虽然也有相关针对其中某一方面的研究，但未能综合性的解决这一问题。因此，针对井口密封器的支撑、密封和润滑的问题，仍需要对井口密封装置的结构方面做更加全面的改善。

通过对背景资料分析可以看出，井口密封器的支撑能力差、密封差、润滑差等方面是迫切需要解决的问题，也应该是针对随动结构研究和解决的重点方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉、安装维护方便、防偏磨、密封好、节能、寿命长、承受压力大、适用范围广，可适合各种压力的井的随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，包括密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）、上随动平台（4）、随动盘根盒（5）和下随动平台（6），且中部均有圆孔，光杆（7）从圆孔穿过，并可沿着上述各组件中部圆孔构成的通道进行上下运动。

上随动平台（4）包括上轴承（401）和上密封圈（402），呈环形并列布置，即在一个水平面上；下随动平台（6）包括下轴承（601）和下密封圈（602），呈环形并列布置，即在一个水平面上。上轴承（401）和下轴承（601）构成支撑结构，上密封圈（402）和下密封圈（602）构成密封结构；随动盘根盒（5）的中部圆孔与光杆（7）紧密接触，其上部依托上轴承（401）和上密封圈（402）、下部依托下轴承（601）和下密封圈（602）进行水平面内任意方向平行移动。

密封盖（1）与光杆（7）之间构成环形腔（8），以润滑油填充；润滑油可随着光杆（7）的上下运动，均匀稳定的为随动盘根盒（5）内的盘根提供润滑，降低磨损、节约电能、提高使用寿命；同时，随着随动盘根盒（5）的平移运动，均匀稳定的为上轴承（401）和上密封圈（402）提供润滑，减少偏磨、增强密封能力、提高使用寿命；此外，还可在一定程度上防止雨水或污水渗入。

密封外壳（2）与随动盘根盒（5）之间构成环形腔（9），以润滑油填充；随着随动盘根盒（5）的平移运动，均匀稳定的为下轴承（601）和下密封圈（602）提供润滑，减少偏磨、增强密封能力、提高使用寿命。

上轴承（401）和下轴承（601）采用环形滚珠轴承，使得随动盘根盒（5）可进行水平面内任意方向平行移动，且摩擦力很小。

上密封圈（402）和下密封圈（602）为耐腐蚀的、具有弹性的环形密封材料，且厚度大于上轴承（401）和下轴承（601），从而在安装时，可保证对上密封圈（402）和下密封圈（602）都能产生适当的压力，使其发生形变相同，既不会因压力过大导致平移摩擦力过大，也不会因压力过小导致密封效果变差。

采用上轴承（401）和下轴承（601）支撑，而上密封圈（402）和下密封圈（602）只起到密封的作用，在井口压力过大或光杆（7）上下运动时，不会带动随动盘根盒（5）产生上下位移，即保证上密封圈（402）和下密封圈（602）在整个工作过程中形变不发生改变，不会因为压力过大而增大平移摩擦力，也不会因为压力过小而失去密封效果，出现漏油现象。这对于井口压力大和井口压力小的井都有良好的效果，因此该结构可适用于各种井况。

上密封圈（402）和下密封圈（602）为1个时，上密封圈（402）的内径大于上轴承（401）的外径，即上密封圈（402）在上轴承（401）的外侧，密封隔离上轴承（401）与环形腔（8）；下密封圈（602）的外径小于下轴承（601）的内径即下密封圈（602）在下轴承（601）的内侧，密封隔离下轴承（601）与井筒，使井筒中的井液不会进到环形腔（9）中。

上密封圈（402）和下密封圈（602）为多个，形成多道环形密封，提高密封效果；而且一旦最外层密封圈长期使用腐蚀磨损后，内层密封圈仍然能够发挥作用，提高装置的使用寿命。此时，上轴承（401）可以位于多个上密封圈（402）的外侧或内侧，也可以位于多个上密封圈（402）的中间，下轴承（601）和多个下密封圈（602）之间的位置与此相同。

上轴承（401）和上密封圈（402）同心固定在密封盖（1）或随动盘根盒（5）上，或者分别固定在密封盖（1）和随动盘根盒（5）上，此时若光杆（7）发生偏心，上轴承（401）和上密封圈（402）会出现不同心现象，对润滑油起到挤压作用，有助于提高润滑和密封效果。

下轴承（601）和下密封圈（602）同心固定在密封基座（3）或随动盘根盒（5）上，或者分别固定在密封基座（3）和随动盘根盒（5）上，此时若光杆（7）发生偏心，下轴承（601）和下密封圈（602）会出现不同心现象，对润滑油起到挤压作用，有助于提高润滑和密封效果。

不安装上密封圈（402）时，随动式井口密封器也能正常工作，只是与井筒中的井液之间只有一道密封，一旦下密封圈（602）出现密封失效，井液会经环形腔（9）和上轴承（401）漏出。但是其优点是，此时润滑油由环形腔（8）注入，经上轴承（401）与环形腔（9）连通，即添加润滑油更加方便。

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

本发明结构简单、成本低廉、安装维护方便，采用随动平台装设轴承的方式，增强了支撑作用的同时，减小了平移摩擦力；采用密封圈为多道环形密封的方式，有效的提高了密封效果和使用寿命；利用密封盖处和密封外壳处构成的环形腔以润滑油填充，可分别为上随动平台、下随动平台，以及光杆乃至盘根提供持续润滑及油封，减小了径向和轴向摩擦，同时起到节能、密封、延长使用寿命等多重作用。采用同心固定的轴承和密封圈分别用来支撑和密封，同时配合上润滑油用来润滑的方式，既保证了其具有较大的支撑力和较好的密封效果，也保证了装置整体的润滑效果，大大提高了盘根盒和光杆的使用寿命，扩大了适用范围，并能起到节能效果。

附图说明

图1：整体剖面结构图。

图2：上随动平台结构图。

图3：下随动平台结构图。

图4：最大偏心平移剖面结构图。

图5：整体改造剖面结构图。

图中：1—密封盖、2—密封外壳、3—密封基座、4—上随动平台、401—上轴承、402—上密封圈、5—随动盘根盒、6—下随动平台、601—下轴承、602—下密封圈、7—光杆、8—环形腔、9—环形腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

具体实施例一：

如图1，整体剖面结构图由密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）、上随动平台（4）、随动盘根盒（5）、下随动平台（6）、光杆（7）、环形腔（8）、环形腔（9）构成。

密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）、上随动平台（4）、随动盘根盒（5）和下随动平台（6）的中部均有圆孔，光杆（7）从圆孔穿过，并可沿着上述各组件中部圆孔构成的通道进行上下运动。

如图2，上随动平台（4）包括上轴承（401）和上密封圈（402），呈环形并列布置，即在一个水平面上。如图3，下随动平台（6）包括下轴承（601）和下密封圈（602），呈环形并列布置，即在一个水平面上。上轴承（401）和下轴承（601）构成支撑结构，上密封圈（402）和下密封圈（602）构成密封结构；随动盘根盒（5）的中部圆孔与光杆（7）紧密接触，其上部依托上轴承（401）和上密封圈（402）、下部依托下轴承（601）和下密封圈（602）进行水平面内任意方向平行移动。

密封盖（1）与光杆（7）之间构成环形腔（8），以润滑油填充；润滑油可随着光杆（7）的上下运动，均匀稳定的为随动盘根盒（5）内的盘根提供润滑；同时，随着随动盘根盒（5）的平移运动，均匀稳定的为上轴承（401）和上密封圈（402）提供润滑；此外，还可在一定程度上防止雨水或污水渗入。密封外壳（2）与随动盘根盒（5）之间构成环形腔（9），以润滑油填充；随着随动盘根盒（5）的平移运动，均匀稳定的为下轴承（601）和下密封圈（602）提供润滑。

上轴承（401）和下轴承（601）采用环形滚珠轴承，起到支撑的作用；上密封圈（402）和下密封圈（602）采用环形密封材料，只起到密封的作用，且厚度大于上轴承（401）和下轴承（601）。可保证在井口压力过大或光杆（7）上下运动时，不会带动随动盘根盒（5）产生上下位移，即保证上密封圈（402）和下密封圈（602）在整个工作过程中形变不发生改变，不会因为压力过大而增大平移摩擦力，也不会因为压力过小而失去密封效果，出现漏油现象。

上密封圈（402）和下密封圈（602）为1个，上密封圈（402）在上轴承（401）的外侧，密封隔离上轴承（401）与环形腔（8）；下密封圈（602）在下轴承（601）的内侧，密封隔离下轴承（601）与井筒，使井筒中的井液不会进到环形腔（9）中。

上轴承（401）和上密封圈（402）同心固定在密封盖（1）上，此时若光杆（7）发生偏心，上轴承（401）和上密封圈（402）会对润滑油起到挤压作用；下轴承（601）和下密封圈（602）分别固定在密封基座（3）和随动盘根盒（5）上，此时若光杆（7）发生偏心，下轴承（601）和下密封圈（602）也会对润滑油起到挤压作用。

当光杆（7）发生偏心情况时，如图4，密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）始终处于固定的状态；随动盘根盒（5）依托上随动平台（4）和下随动平台（6），只会随着光杆（7）一起自由偏心平移，不会因光杆（7）上下运动而与其发生偏磨。

而且，即使是发生极端最大偏心的情况，也是随动盘根盒（5）先接触到密封外壳（2）的内侧，从而阻止光杆（7）产生进一步平移，则光杆（7）不会与密封盖（1）和密封基座（3）中部圆孔发生接触，即不会对光杆（7）造成磨损，同时也不会导致由于这种摩擦产生的额外能耗，还起到节能作用。

具体实施例二：

如图5，与实例一相同之处在于结构均由密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）、上随动平台（4）、随动盘根盒（5）、下随动平台（6）、光杆（7）、环形腔（8）、环形腔（9）构成，且相对位置和连接方式相同。

不同之处在于上随动平台（4）不安装上密封圈（402），下随动平台（6）的下轴承（601）两侧均安装下密封圈（602）。此时，随动式井口密封器也能正常工作，只是与井筒中的井液之间只有一道密封，一旦下密封圈（602）出现密封失效，井液会经环形腔（9）和上轴承（401）漏出。但是其优点是，此时润滑油由环形腔（8）注入，经上轴承（401）与环形腔（9）连通，即添加润滑油更加方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：随动式井口密封器包括密封盖（1）、密封外壳（2）、密封基座（3）、上随动平台（4）、随动盘根盒（5）和下随动平台（6），且中部均有圆孔，光杆（7）从圆孔穿过；

上随动平台（4）包括上轴承（401）和上密封圈（402），呈环形并列布置；

下随动平台（6）包括下轴承（601）和下密封圈（602），呈环形并列布置；

密封盖（1）与光杆（7）之间构成环形腔（8），以润滑油填充；

密封外壳（2）与随动盘根盒（5）之间构成环形腔（9），以润滑油填充。

2.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：上轴承（401）和下轴承（601）采用环形滚珠轴承，上密封圈（402）和下密封圈（602）为耐腐蚀的、具有弹性的环形密封材料，且厚度大于上轴承（401）和下轴承（601）。

3.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：上密封圈（402）和下密封圈（602）为1个时，上密封圈（402）的内径大于上轴承（401）的外径，下密封圈（602）的外径小于下轴承（601）的内径。

4.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：上密封圈（402）和下密封圈（602）为多个，呈环形并列布置。

5.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：上轴承（401）和上密封圈（402）同心固定在密封盖（1）或随动盘根盒（5）上，或者分别固定在密封盖（1）和随动盘根盒（5）上；下轴承（601）和下密封圈（602）同心固定在密封基座（3）或随动盘根盒（5）上，或者分别固定在密封基座（3）和随动盘根盒（5）上。

6.一种随动式井口密封器的支撑、密封和润滑结构，其特征在于：不安装上密封圈（402）时，随动式井口密封器也能正常工作，此时润滑油由环形腔（8）注入，经上轴承（401）与环形腔（9）连通。