CN112282688B - 智能节能防偏磨密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能节能防偏磨密封装置，该装置与井口接头连接，包括防喷装置、密封装置、加料装置、封紧装置、加压装置、防偏磨装置和自动控制系统。其中，自动控制系统包括压力传感器、限位传感器和PLC控制器及电路装置，用于控制包括加料装置、加压装置和封紧装置的自动操作。本发明的密封装置可有效防止抽油机光杆偏磨，延长抽油机光杆使用寿命，降低原油生产成本，同时明显减轻采油工人劳动强度，特别适合偏远荒野带有危险性的油田安装使用，减少采油工人对油井巡视维修，保护采油工人的人身安全。

Description

智能节能防偏磨密封装置

技术领域

本申请涉及油田领域，特别是一种智能节能防偏磨密封装置。

背景技术

目前大部分油田采用的都是有杆抽油设备，抽油杆带动抽油泵在油管内上下往复运动，将井底的石油提升到地面，然后再通过石油管道等输送设备将石油输送到目标区域或上一级系统。在目前的采油技术中，井口密封一直是备受关注的重点，也是各个油田难以解决的难题之一。为了解决这个问题，一般都是将几根橡胶密封圈剪开，将剪切口错开，装入盘根盒后压紧来实现对光杆的密封。但是上述密封方法的缺点很多，例如，使用一段时间后，由于密封圈与光杆之间产生一定间隙而失去密封作用，使得盘根盒频繁更换。另外，更换盘根盒时，为了防止抽油机泄露原油，抽油机必须停止工作，费工费时而且现有的抽油机井口密封设备密封效果差，在使用过程中自动化程度较低，设备可靠性差，频繁的维修和更换部件极大的影响了油田生产和工作效率。

为了解决上述技术问题，现有技术中出现了很多解决方案。例如专利CN200620098274.X中提供了一种抽油机双调偏新型光杆密封器，该密封器由工作密封阀和备用密封阀两部分组成，备用密封阀采用水平放置，工作密封阀垂直固定于备用密封阀中部上方，备用密封阀由阀体、异型盘根、活塞、活塞密封圈、连接螺栓、弹簧、垫圈、弹簧压盖、调节杆及端盖组成。工作密封阀与光杆轴向方向一致，并在轴向方向上对盘根的磨损进行自动补偿，通过水平的具有自动补偿功能的备用密封阀取代胶皮闸门，工作密封阀的盘根磨损后只填不取，解决了盘根磨损后必须掏出旧盘根的问题，添加盘根时光杆不停止工作，具有两级调偏功能。

专利CN201910070310.3提供了一种智能井口密封装置，该装置包括浮动双密封装置和一套可以压力补偿的液压蓄能增力系统，浮动双密封装置包括壳体和环形密封套，壳体顶端具有360度滑槽，所述壳体内腔体中通过第一支撑环和第二支撑环固定安装有环形密封套，环形密封套由直筒连接套和至少一个环形高压密封腔组成，环形密封套上部直筒连接套上端安装有能够在壳体顶端滑槽中水平浮动的浮动盘根盒，盒中的盘根上安装有弹性压板和盘根锁紧帽，抽油机光杆安装在环形密封套内部，上端依次穿过浮动盘根盒、盘根、弹性压板和盘根锁紧帽，壳体下部连接有液压蓄能增力系统，包括电机驱动模块、压力温度判断模块和无线远传遥控模块的控制器。该方案将智能控制与双密封结构合二为一，解决了无人值守自动控制防止原油泄漏以及盘根偏磨快速更换的问题。

但是上述现有技术并没有从根本上解决抽油杆偏磨和更换的问题，无法有效延长抽油杆使用寿命，而且通过智能指令自动停止抽油机并自动开启电机，实现加压密封，无法实现真正的智能化防止偏磨，不能有效解决偏远荒野地带危险性油田面临的减少人工巡检、维修和保护人员安全的问题。

发明内容

为了有效解决上述技术问题，本发明提供了一种智能节能防偏磨密封装置，该装置与井口接头连接，包括防喷装置、密封装置、加料装置、封紧装置、加压装置、防偏磨装置和自动控制系统；

防喷装置位于上部，其包括防喷球、防喷球外套和防喷球弹簧装置，防喷球与光杆侧壁接触，在弹簧的压力下紧贴光杆外壁；

密封装置包括位于密封腔内的高弹性复合密封材料，所述密封材料围绕光杆外壁，并沿径向延伸一定距离；

加料装置包括储料盒、加料通道、加料电机和第一涡轮蜗杆装置，用于实现密封材料的添加；

封紧装置包括封紧电机、伞形齿轮、封紧推套和封紧套，用于对密封套加压；

加压装置包括加压电机和第二蜗轮蜗杆，用于实现对密封材料的加压和减压操作；

防偏磨装置包括调偏球和锁紧圈，用于调整光杆与密封装置的同心度；

自动控制系统包括压力传感器、限位传感器和PLC控制器及电路装置，用于控制包括加料装置、加压装置和封紧装置的操作。

密封材料为高弹性复合密封材料；

压力传感器包括密封压力传感器和封紧压力传感器；

限位传感器包括上限位传感器和下限位传感器；

调偏球可为防偏磨校正万向节，可以360度整体移动和倾斜调整校正光杆与密封装置的同心度；

本发明的智能节能防偏磨密封装置能有效防止抽油机光杆偏磨，延长抽油机光杆使用寿命，降低原油生产成本，同时明显减轻采油工人劳动强度，保护环境，减少污染。特别适合偏远荒野带有危险性的油田安装使用，减少采油工人对油井巡视，维修。保护采油工人的人身安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的智能节能防偏磨密封装置示意图。

在附图中，附图标记对应的技术特征如下：1、防喷球，2、密封材料，3、上限位传感器，4、密封压力传感器，5、主压块，6、下限位传感器，7、伞形齿轮，8、封紧电机，9、封紧推套，10、封紧套，11、调偏球，12、锁紧圈，13、储料盒，14、第一蜗轮蜗杆机构，15、加料电机，16、第二蜗轮蜗杆机构，17、加压电机，18、封紧压力传感器，19、井口接头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，且均采用非常简化的形式及非精准的比率，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所称的“左”“右”“上”“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的智能节能防偏磨密封装置，连接在井口接头上部，从上至下设置有防喷装置、加料装置、密封装置、封紧装置、加压装置、防偏磨装置等，以及自动控制系统；

防喷装置位于本光杆密封装置的右上部，其包括防喷球1、防喷球外套和防喷球弹簧装置，防喷球和防喷球弹簧装置位于防喷球外套内，防喷球与光杆外侧壁接触，在防喷球弹簧的压力下紧贴光杆外壁。防止抽油机光杆意外断裂时发生井喷。光杆一但断裂，防喷球在弹簧的弹力作用下迅速弹出到井管中心，堵住井管中心孔，防止井喷事故发生。

加料装置位于本光杆密封装置的左上部，包括储料盒13、加料通道、加料电机15和第一涡轮蜗杆装置14，涡轮蜗杆用于为加料装置降低转速和传送动力，实现密封材料的添加。加料通道连通储料盒和密封腔，加料电机的驱动轴穿过储料盒，密封材料缠绕在驱动轴上，密封材料可为盘根等密封材料，加料电机驱动密封材料通过加料通道向密封腔输送。储料盒中平时可储备足够一年使用的密封材料，从而减少更换频率，有利于野外作业。

密封装置位于防喷装置和加料装置的下部，包括位于密封腔内的密封材料2，所述密封材料为高弹性复合密封材料，例如其可为盘根等适合光杆密封的弹性材料，所述密封材料围绕光杆外壁，并沿径向延伸一定距离。密封装置的下部与下限位传感器6邻接，主压块5通过弹性压力与密封装置的下部抵靠，在下限位传感器上方一定位置处设置有上限位传感器3，密封压力传感器4位于密封腔的右侧，用于测量密封装置的压力，优选的，密封压力传感器的位置与上限位传感器位置对应。

加压装置位于加料装置下方，本光杆密封装置的右侧，包括加压电机17和第二蜗轮蜗杆16，第二涡轮蜗杆与加压电机输出轴连接，加压电机转动，带动第二涡轮蜗杆装置运动，推动主压块向上或向下运动，主压块为环绕光杆外侧的滑套结构，其上部与密封材料下部邻接，用于实现对密封材料的加压和减压操作。

封紧装置位于加压装置下方，本光杆密封装置的右侧，包括封紧电机8、伞形齿轮7、封紧推套9和封紧套10，用于对密封套加压。封紧套位于密封推套下方，其紧紧围绕光杆外周设置，封紧电机驱动轴与伞形齿轮连接，伞形齿轮可驱动封紧推套沿着光杆向下移动。封紧电机8转动，驱动伞形齿轮7转动，从而带动封紧推套向下运动，压紧封紧套，实现封紧作用。

封紧压力传感器位于光杆密封装置右侧，加压电机的下方，其与封紧套抵靠，用于测量封紧压力。

防偏磨装置位于封紧套下方，环绕光杆外围设置，包括调偏球11和锁紧圈12，调偏球11位于锁紧圈的内部，调偏球可为防偏磨校正万向节，可以360度整体移动和倾斜调整校正光杆与密封装置的同心度。

自动控制系统包括密封压力传感器4、封紧压力传感器18、上限位传感器3和下限位传感器6，和PLC控制器及电路装置，上述传感器、PLC控制器以及电机通过电路连接，PLC控制器为可编程控制器，可以实现包括加料装置、加压装置和封紧装置的自动控制。

具体的控制过程为：密封材料2随着光杆上下运行磨耗，体积会减小，主压块5也会随之上行。当主压块5上行至上限位传感器3的位置时，触动上限位传感器3，上限位传感器会发出限位信号，传感信号放大，经PLC控制器处理后，PLC控制器会同时发出两个信号：一个信号是控制加压电机17反转，驱动主压块下行，从而为添加密封材料倒出空间；另一个信号是启动封紧电机8，封紧电机正传，驱动伞形齿轮7转动，伞型齿轮减速转动，在伞形齿轮的带动下，封紧推套9向下运动，压紧封紧套10，达到封紧目的。

当封紧压力达到预定值时，封紧压力传感器18发出压力信号，经PLC控制器进行处理，控制电路控制封紧电机停止转动，与此同时启动加料电机15，加料电机15转动，开始添加密封材料。密封材料的添加会使密封装置内部压力增加，密封材料添加到一定量时，密封压力传感器4发出信号，PLC控制器会控制加料电机15停机，同时PLC控制器发出指令启动封紧电机8反转，解除封紧，从而完成加料操作，进入正常运行状态。

其中，随着抽油机光杆上下运行，密封装置密封压力会下降，密封压力传感器4检测到密封装置内部密封压力降低，发出低压信号，经信号变送放大，触发PLC控制器，PLC控制器发出控制指令，控制电路会启动加压电机17为其加压。当密封装置内部密封压力达到预定值时，密封压力传感器4会发出信号，经变送放大，触发PLC控制器，PLC控制器会发出指令，控制加压电机17停止加压。

另外，当主压块5向下运动时，下行至下限位传感器位置，下限位传感器会发出信号，经变送放大，触发PLC控制器，PLC控制器发出指令控制加压电机17停止反转下行。

本发明的智能节能防偏磨密封装置由机械部分和电子智能控制部分组成完整的智能控制密封装置，实现了完美的井口密封。可有效防止抽油机光杆偏磨，延长抽油机光杆使用寿命，降低原油生产成本，同时明显减轻采油工人劳动强度，保护环境，减少污染。特别适合偏远荒野带有危险性的油田安装使用，减少采油工人对油井巡视维修,保护采油工人的人身安全。

Claims (4)

1.一种智能节能防偏磨密封装置，该装置与井口接头连接，包括防喷装置、密封装置、加料装置、封紧装置、加压装置、防偏磨装置和自动控制系统；其中，加料装置包括储料盒、加料通道、加料电机和第一蜗轮蜗杆装置，用于实现密封材料的添加；封紧装置包括封紧电机、伞形齿轮、封紧推套和封紧套，用于对封紧套加压；加压装置包括加压电机和第二蜗轮蜗杆，用于实现对密封材料的加压和减压操作；自动控制系统包括压力传感器、限位传感器和PLC控制器及电路装置，用于控制包括加料装置、加压装置和封紧装置的自动操作；所述防喷装置位于光杆密封装置上部，其包括防喷球、防喷球外套和防喷球弹簧装置，防喷球与光杆侧壁接触，在弹簧的压力下紧贴光杆外壁；所述防偏磨装置包括调偏球和锁紧圈，用于调整光杆与密封装置的同心度；所述密封装置包括位于密封腔内的高弹性复合密封材料，所述密封材料围绕光杆外壁，并沿径向延伸一定距离。

2.如权利要求1所述的智能节能防偏磨密封装置，其特征在于，所述调偏球为防偏磨校正万向节，能够360度整体移动和倾斜调整校正光杆与密封装置的同心度。

3.如权利要求1或2所述的智能节能防偏磨密封装置，其特征在于，所述压力传感器包括密封压力传感器和封紧压力传感器。

4.如权利要求1或2所述的智能节能防偏磨密封装置，其特征在于，所述限位传感器包括上限位传感器和下限位传感器。

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