CN115354986B - 一种光杆密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光杆密封组件，包括动态调心光杆卡子、光杆密封器，动态调心光杆卡子包括C型座、支撑圈、滚珠组、球面导板、光杆球面卡子，C型座固定在抽油机悬绳器的上表面；滚珠组安装在支撑圈上，球面导板放置在滚珠组上，球面导板与C型座之间留有空隙，使球面导板能够水平移动；球面导板与光杆球面卡子球面配合；光杆球面卡子的内孔与光杆过盈配合。由于光杆球面卡子的球面结构与球面导板的球面结构配合，光杆球面卡子调心，球面导板随动复位，使得光杆在上下往复运动过程中始终与弹性光杆密封器保持同轴。减少因光杆与光杆密封器不对中而导致的光杆断裂、井下液泄漏等事故的发生。

Description

一种光杆密封组件

技术领域

本发明属于石油开采抽油机技术领域，涉及一种光杆密封组件。

背景技术

光杆是抽油机的主要部件之一，垂直安装使用。光杆的上端通过光杆卡子坐在抽油机悬绳器上，光杆的下端插入到油井中并与抽油杆连接。抽油机工作过程中，电机减速机通过传动机构带动悬绳器、光杆做上下往复运动，从而牵引油井内抽油杆活塞做上下往复运动，将石油、天然气和煤层气等抽出地面。

为了防止井下采出液从井口处喷出，在井口处安装有光杆密封器，光杆密封器与井口刚性连接，其内设置的密封盘根起到密封光杆的作用。

光杆卡子内部有摩擦纹，目的是提高光杆夹子与光杆间的紧固程度，摩擦纹紧紧地嵌入光杆会造成光杆表面机械损伤和疲劳裂纹，常常造成光杆突然断裂成上下两截，一是，导致抽油井停产；二是，导致断裂的“光杆下部”落入油井中，井口密封失效引发井下液泄漏，造成环境污染；三是，导致断裂的“光杆上部”从空中坠落，会伤及下方人员和设备设施。

受到油井井口安装精度误差、井下有井斜、井上抽油机基础沉降(随季节变化)不均等因素影响，使得光杆与光杆密封器难以对中，一是，加快了光杆密封器盘根的损耗速度，导致盘根密封性变差和使用寿命降低，引发光杆处的泄漏事故；二是，光杆卡子处附加载荷增大，导致光杆疲劳寿命降低，在该处突发断裂。

目前所采取的措施有：光杆密封器具有静态水平调偏、球面调心功能；不定期地向密封器内填充密封胶弥补密封面的磨损；向密封面处添加润滑脂以减缓密封面的磨损；等等。但是，这些措施均属于静态调偏方法，在实际应用过程中效果不甚理想，需要进一步提高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光杆密封组件，具有动态调心功能，可以延长密封寿命，能够在线实施主密封更换作业，还可以有效解决因光杆与光杆密封器不对中而导致的光杆断裂、井下液泄漏的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种光杆密封组件，包括动态调心光杆卡子、光杆密封器，动态调心光杆卡子设置在抽油机悬绳器上，光杆密封器与井口刚性连接，所述的动态调心光杆卡子包括C型座、支撑圈、滚珠组、球面导板、光杆球面卡子，C型座固定在抽油机悬绳器的上表面，且与抽油机悬绳器中心孔同轴；支撑圈放置在C型座的内端面上，滚珠组安装在支撑圈上，球面导板放置在滚珠组上，球面导板与C型座之间留有空隙，使球面导板能够水平转动；球面导板与光杆球面卡子球面配合；光杆球面卡子的内孔与光杆过盈配合；

弹性光杆密封器包括接头、壳体、多级环形密封盘根、单级环形密封盘根；接头下端与井口固定连接，接头上端与壳体下端螺纹连接；所述的壳体的上下两端均设有腔体，多级环形密封盘根设置在壳体的上端腔体内；所述的多级环形密封盘根由密封盘根端盖、密封盘根外环和密封盘根内环组成，密封盘根端盖、密封盘根内环的内壁与光杆套接，密封盘根端盖、密封盘根内环的外部套接有密封盘根外环，密封盘根外环与密封盘根端盖、密封盘根内环的接触面均为锥面，密封盘根端盖设置在密封盘根内环两端，密封盘根内环为一个以上；单级环形密封盘根设置在壳体的下端腔体与接头上部围成的封闭腔体内，转动壳体，缩小封闭腔体时单级环形密封盘根压缩抱紧光杆；

当光杆与光杆密封器不同轴时，光杆球面卡子在光杆的带动下水平移动，使得球面导板水平移动，由于光杆球面卡子的球面结构与球面导板的球面结构配合，光杆球面卡子调心，球面导板随动复位，使得光杆在上下往复运动过程中始终与弹性光杆密封器保持同轴。

还包括密封筒、压盖、定距环一、除垢圈，密封筒放置在壳体的上端腔体内，并且与壳体通过螺栓固定连接；压盖放置在密封筒顶部，并通过螺钉与密封筒固定连接；除垢圈设置在光杆与压盖之间，除垢圈带有唇形密封体结构，除垢圈的唇形密封体内径与光杆紧密配合；定距环一放置在除垢圈的下方，定距环一的下端与压盖的下端平齐，定距环一的内径与光杆间隙配合，定距环一的外径与压盖间隙配合；多级环形密封盘根设置在密封筒与压盖围成的空间内。

所述的单级环形密封盘根由密封盘根端盖和密封盘根外环组成，两个密封盘根端盖之间设置密封盘根外环，密封盘根外环与密封盘根端盖之间的接触面为圆锥面。

还包括定距环二，接头的下部为敞口腔体，敞口腔体内设置有定距环二，定距环二的内径与光杆间隙配合，定距环二的外径与接头间隙配合。

所述的动态调心光杆卡子还包括导板限位座，导板限位座固定在抽油机悬绳器的上表面，导板限位座设置在球面导板外侧，限制导板限位座的轴向及径向位置。

所述的球面导板上部为内凹的球面结构，光杆球面卡子底部为外凸的球面结构。

所述的支撑圈上表面设有滚珠凹环。

还包括光杆防脱落卡子、链条，光杆防脱落卡子设置在抽油机悬绳器下方，光杆防脱落卡子的内孔与光杆过盈配合，链条一端固定在光杆防脱落卡子上，另一端与光杆球面卡子固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

光杆密封组件具有动态调心功能，采用多级及单级环形密封盘根延长了密封器的使用寿命，性价比高，实现在线更换主密封作业，可以有效减少因光杆与光杆密封器不对中而导致的光杆断裂、井下液泄漏等事故的发生。具体的：

1)当光杆与光杆密封器不对中时，光杆球面卡子在光杆的带动下使球面导板水平移动，同时，光杆球面卡子的外球面会自动调心，使得光杆可以始终与弹性光杆密封器保持同轴。

此外，光杆密封器内设置多级、单级环形密封盘根能够削减光杆的运动幅度，有利于光杆复位。

2)光杆球面卡子与光杆为过盈配合，不会造成光杆的表面机械损伤和疲劳裂纹。

3)当光杆不慎断裂时，链子会将光杆断裂后形成的“光杆上部”和“光杆下部”挂在抽油机悬绳器上，避免了光杆断裂后形成的“光杆下部”落入油井中导致泄漏事故的发生；还可以避免光杆断裂后形成的“光杆上部”从空中落下，导致下方人员受伤和设备设施受损事故的发生。

4)弹性光杆密封器内的多级环形密封盘根为主密封作用，弹性光杆密封器内的单级环形密封盘根为辅助密封作用，正常工作情况下单级环形密封盘根为非投入状态，需要更换多级环形密封盘根时，可通过旋转壳体使单级环形密封盘根受压缩而进入工作状态，实现在线更换主密封作业。

附图说明

图1是光杆密封组件的主视图。

图2是光杆密封组件的俯视图。

图3是光杆密封组件的侧视图。

图4是图1沿A-A线的剖视图。

图5是图1沿B-B线的剖视图。

图6是图5的A部放大图。

图7是C型座的结构示意图。

图8是支撑圈的结构示意图。

图9是球面导板的结构示意图。

图10是导板限位座的结构示意图。

图11是光杆球面卡子的结构示意图。

图12是光杆防脱落卡子的结构示意图。

图中：100-动态调心光杆卡子、200-光杆密封器、1-抽油机悬绳器、2-光杆、3-C型座、4-支撑圈、5-滚珠组、6-球面导板、7-导板限位座、8-光杆球面卡子、9-光杆防脱落卡子、10-链条、11-接头、12-壳体、13-密封筒、14-压盖、15-除垢圈、16-定距环一、300-多级环形密封盘根、400-单级环形密封盘根、17-密封盘根端盖、18-密封盘根外环、19-密封盘根内环、20-定距环二。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图4，图6-图12，一种光杆密封组件，包括动态调心光杆卡子100、光杆密封器200，动态调心光杆卡子100设置在抽油机悬绳器1上，光杆密封器200与井口固定连接。

动态调心光杆卡子100包括C型座3、支撑圈4、滚珠组5、球面导板6、光杆球面卡子8，C型座3焊接在抽油机悬绳器1的上表面，且与抽油机悬绳器1的中心孔同轴；支撑圈4放置在C型座3的内端面上，支撑圈4上表面设有滚珠凹环用于限定滚珠组5位置，滚珠组5安装在滚珠凹环上，球面导板6放置在滚珠组5上，球面导板6与C型座3之间留有空隙，使球面导板6能够水平移动，且不与C型座发生干涉；球面导板6内凹的球面结构，光杆球面卡子8底部为外凸的球面结构，球面导板6与光杆球面卡子8同轴设置并通过球面结构配合；光杆球面卡子8的内孔与光杆2过盈配合。

此外，导板限位座7固定在抽油机悬绳器1的上表面，导板限位座7设置在球面导板6外侧，导板限位座7限制球面导板6的轴向及径向位置。

光杆球面卡子8采用分体结构，纵向剖分为两部分，二者通过螺栓82、螺母83紧固形成整体光杆球面卡子8，方便安装的同时，确保光杆球面卡子8与光杆2过盈配合。

光杆2上，光杆防脱落卡子9的内孔与光杆2过盈配合，光杆防脱落卡子9设置在抽油机悬绳器1下方，链条10上端固定在光杆防脱落卡子9上，下端与光杆球面卡子8固定连接。光杆防脱落卡子9也可采用分体结构，纵向剖分为两部分，二者通过螺栓91、螺母92紧固形成整体光杆防脱落卡子9，方便安装的同时，确保光杆防脱落卡子9与光杆2过盈配合。可采用两根链条10组成的圆环结构套设在抽油机悬绳器1上，确保断裂后的光杆2不会脱落，见图3。

见图4-图6，弹性光杆密封器200包括接头11、壳体12、多级环形密封盘根300、单级环形密封盘根400；接头11下端与井口固定连接，接头11上端与壳体12下端螺纹连接；壳体12的上下两端均设有敞口腔体，多级环形密封盘根300设置在壳体12的上端腔体内。

具体的，壳体12的上端腔体内放置密封筒13，并且密封筒13与壳体12通过螺栓固定连接；压盖14放置在密封筒13顶部，并通过螺钉与密封筒13固定连接；除垢圈15设置在光杆2与压盖14之间，除垢圈15带有唇形密封体结构，除垢圈15的唇形密封体内径与光杆2紧密配合；定距环一16放置在除垢圈15的下方，定距环一16的下端与压盖14的下端平齐，定距环一16的内径与光杆2间隙配合，定距环一16的外径与压盖14间隙配合；定距环一16起到支撑除垢圈15的作用，同时，除垢圈15需要从下部安装，定距环一16能够填补除垢圈15安装后留下的空间。多级环形密封盘根300设置在密封筒13与压盖14围成的空间内。多级环形密封盘根300的轴向压缩量增加，多级环形密封盘根300向光杆2的径向压缩量也同步增加，使多级环形密封盘根300与光杆2之间的抱紧力增加，密封性提高。

多级环形密封盘根300由密封盘根端盖17、密封盘根外环18和密封盘根内环19组成，密封盘根端盖17、密封盘根内环19的内壁与光杆2套接，密封盘根端盖17、密封盘根内环19的外部套接有密封盘根外环18，密封盘根外环18与密封盘根端盖17、密封盘根内环19的接触面均为锥面，密封盘根内环19外表面为双锥面，密封盘根端盖17设置在密封盘根内环19两端，密封盘根内环19为一个以上。

单级环形密封盘根400设置在壳体12的下端腔体与接头11上部围成的封闭腔体内，单级环形密封盘根400由密封盘根端盖17和密封盘根外环18组成，两个密封盘根端盖17外部设置密封盘根外环18，密封盘根外环18与密封盘根端盖17之间的接触面为圆锥面。多级环形密封盘根300、单级环形密封盘根400均可采用橡胶或树脂材料制作，确保密封效果。

接头11的下部为敞口腔体，敞口腔体内设置有定距环二20，定距环二20的内径与光杆2间隙配合，定距环二20的外径与接头11间隙配合。定距环二20的内径与光杆2之间设置有除垢圈15。转动壳体12，缩小封闭腔体时单级环形密封盘根400压缩抱紧光杆2。

当光杆2与光杆密封器200不同轴时，光杆球面卡子8在光杆2的带动下使球面导板6水平移动，滚珠组5实现球面导板6小幅窜动，由于光杆球面卡子8的球面结构与球面导板6的球面结构配合，光杆球面卡子8将在运动中自动调心，使得光杆2可以始终与弹性光杆密封器200保持同轴，实现光杆2的动态调心。光杆球面卡子8与抽油机悬绳器1之间可活动的结构，为光杆2提供微动空间，减少光杆产生疲劳裂纹的现象，延长光杆2的使用寿命。

本发明一种光杆密封组件的应用方法：

1、当光杆2与光杆密封器200不对中时，光杆球面卡子8在光杆2的带动下使球面导板6水平移动，同时，光杆球面卡子8的外球面会自动旋转调心，使得光杆2可以始终与弹性光杆密封器200保持同轴。

2、光杆球面卡子8与光杆2为过盈配合，不会造成光杆2的表面机械损伤和疲劳裂纹。

3、当光杆2不慎断裂时，链条10会将光杆2断裂后形成的“光杆上部”和“光杆下部”挂在抽油机悬绳器1上，避免了光杆2断裂后形成的“光杆下部”落入油井中导致泄漏事故的发生；还可以避免光杆2断裂后形成的“光杆上部”从空中落下，导致下方人员受伤和设备设施受损事故的发生。

4、弹性光杆密封器200内的多级环形密封盘根300起到主密封作用，单级环形密封盘根400起到辅助密封作用，正常工作情况下单级环形密封盘根400为非投入状态，当需要更换多级环形密封盘根300时，可通过旋转壳体12使单级环形密封盘根400受压缩而进入工作状态。

本发明通过动态调心光杆卡子结构实现了动态调心功能，还具有结构简单、密封寿命长、性价比高，在线更换主密封作业便捷的特点，可以有效解决因光杆2与光杆密封器200不对中而导致的光杆2断裂、井下液泄漏等事故的发生。

Claims (6)

1.一种光杆密封组件，包括动态调心光杆卡子和弹性光杆密封器，动态调心光杆卡子设置在抽油机悬绳器上，弹性光杆密封器与井口刚性连接，其特征在于，所述的动态调心光杆卡子包括C型座、支撑圈、滚珠组、球面导板和光杆球面卡子，C型座固定在抽油机悬绳器的上表面，且与抽油机悬绳器中心孔同轴；支撑圈放置在C型座的内端面上，滚珠组安装在支撑圈上，球面导板放置在滚珠组上，球面导板与C型座之间留有空隙，使球面导板能够水平移动；球面导板与光杆球面卡子球面配合；光杆球面卡子的内孔与光杆过盈配合；

弹性光杆密封器包括接头、壳体、多级环形密封盘根和单级环形密封盘根；接头下端与井口固定连接，接头上端与壳体下端螺纹连接；所述的壳体的上下两端均设有腔体，多级环形密封盘根设置在壳体的上端腔体内；所述的多级环形密封盘根由密封盘根端盖、密封盘根外环和密封盘根内环组成，密封盘根端盖、密封盘根内环的内壁与光杆套接，密封盘根端盖、密封盘根内环的外部套接有密封盘根外环，密封盘根外环与密封盘根端盖、密封盘根内环的接触面均为锥面，密封盘根端盖设置在密封盘根内环两端，密封盘根内环为一个以上；单级环形密封盘根设置在壳体的下端腔体与接头上部围成的封闭腔体内，转动壳体，缩小封闭腔体时单级环形密封盘根压缩抱紧光杆；所述的单级环形密封盘根由密封盘根端盖和密封盘根外环组成，两个密封盘根端盖之间设置密封盘根外环，密封盘根外环与密封盘根端盖之间的接触面为圆锥面；

所述的光杆密封组件还包括光杆防脱落卡子和链条，光杆防脱落卡子设置在抽油机悬绳器下方，光杆防脱落卡子的内孔与光杆过盈配合，链条一端固定在光杆防脱落卡子上，另一端与光杆球面卡子固定连接；

当光杆与弹性光杆密封器不同轴时，光杆球面卡子在光杆的带动下水平移动，使得球面导板水平移动，由于光杆球面卡子的球面结构与球面导板的球面结构配合，光杆球面卡子调心，球面导板随动复位，使得光杆在上下往复运动过程中始终与弹性光杆密封器保持同轴。

2.根据权利要求1所述的一种光杆密封组件，其特征在于，所述的光杆密封组件还包括密封筒、压盖、定距环一和除垢圈，密封筒放置在壳体的上端腔体内，并且与壳体通过螺栓固定连接；压盖放置在密封筒顶部，并通过螺钉与密封筒固定连接；除垢圈设置在光杆与压盖之间，除垢圈带有唇形密封体结构，除垢圈的唇形密封体内径与光杆紧密配合；定距环一放置在除垢圈的下方，定距环一的下端与压盖的下端平齐，定距环一的内径与光杆间隙配合，定距环一的外径与压盖间隙配合；多级环形密封盘根设置在密封筒与压盖围成的空间内。

3.根据权利要求2所述的一种光杆密封组件，其特征在于，所述的光杆密封组件还包括定距环二，接头的下部为敞口腔体，敞口腔体内设置有定距环二，定距环二的内径与光杆间隙配合，定距环二的外径与接头间隙配合。

4.根据权利要求1所述的一种光杆密封组件，其特征在于，所述的动态调心光杆卡子还包括导板限位座，导板限位座固定在抽油机悬绳器的上表面，导板限位座设置在球面导板外侧，限制导板限位座的轴向及径向位置。

5.根据权利要求1所述的一种光杆密封组件，其特征在于，所述的球面导板上部为内凹的球面结构，光杆球面卡子底部为外凸的球面结构。

6.根据权利要求1所述的一种光杆密封组件，其特征在于，所述的支撑圈上表面设有滚珠凹环。