CN211230346U - 一种井口密封器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种井口密封器，包括竖直设置的实心柱体，沿实心柱体的轴线方向设有贯穿的通孔，在实心柱体内自下而上设有多个与通孔连通的倒锥形空腔，每个倒锥形空腔内设有一个具有轴向贯穿孔且与倒锥形空腔形状相同的实心倒锥体，贯穿孔的直径与通孔直径相同且与通孔上下对应设置。倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间呈间隙设置，该间隙构成倒锥形轮廓状且与通孔连通的导流通道。倒锥形空腔的顶面和实心倒锥体的顶面均呈由外向内逐渐下凹的内凹状，在倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间设有连接两者并使两者相对固定的固定件。本实用新型中的井口密封器能够提高密封效果，延长密封周期，降低更换密封系统的频率。

Description

一种井口密封器

技术领域

本实用新型是涉及油田日常生产运行维护类工具，尤其涉及一种井口密封器，主要用于油田采油井底面工艺的密封。

背景技术

油田油井在开采地下原油的过程中，日常生产维护是保证油田平稳高效运行的重要保证。稠油机井口采油树上部的密封器，由于抽油杆长期上下往复运动容易造成密封系统疲劳损坏，使得原油沿抽油杆与密封器夹缝和密封胶圈处泄漏。往往一个密封胶圈平均使用寿命为3～4天，频繁的更换提高现场工人的劳动强度和作业成本，也容易造成抽油泵的损坏，降低使用寿命。

常规的井口密封系统防止泄漏的方法，多采用抽油杆扶正器，校正抽油杆弯曲度，降低对密封胶圈的磨损，但效果不明显。还有一部分采用加强密封胶圈，这一方法具有一定的效果，但也存在着不足，防止井口泄漏的同时，也增大了抽油杆之间的摩擦，同时增加的更换密封胶圈的工作难度，油井后期也较难取出胶圈，难于实施更换作业，不能保证油井的平稳运行。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种井口密封器，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种井口密封器，能够提高密封效果，延长密封周期，降低更换密封系统的频率。

本实用新型的目的是这样实现的，一种井口密封器，包括竖直设置的实心柱体；沿实心柱体的轴线方向设有贯穿的通孔，在实心柱体内自下而上设有多个与通孔连通的倒锥形空腔，每个倒锥形空腔内设有一个具有轴向贯穿孔且与倒锥形空腔形状相同的实心倒锥体，贯穿孔的直径与通孔直径相同且与通孔上下对应设置；倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间呈间隙设置，该间隙构成倒锥形轮廓状且与通孔连通的导流通道，倒锥形空腔的顶面和实心倒锥体的顶面均呈由外向内逐渐下凹的内凹状；在倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间设有连接两者并使两者相对固定的固定件。

在本实用新型的一较佳实施方式中，倒锥形空腔的内壁和实心倒锥体的外壁均由圆弧面构成。

在本实用新型的一较佳实施方式中，多个导流通道的整体尺寸自下而上逐渐减小。

在本实用新型的一较佳实施方式中，设有多个固定件，且多个固定件沿实心倒锥体的外壁周向均匀布置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，实心柱体的底端设有第一密封槽，并在第一密封槽的内部设有第一密封胶圈。

在本实用新型的一较佳实施方式中，实心柱体的顶端设有第二密封槽，并在第二密封槽的内部设有第二密封胶圈。

在本实用新型的一较佳实施方式中，实心柱体的顶端固定有密封压盖，并在密封压盖上设有开孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，密封压盖的开孔处设有第三密封胶圈。

在本实用新型的一较佳实施方式中，实心柱体的顶端外壁设有外螺纹，密封压盖的内部设有内螺纹。

在本实用新型的一较佳实施方式中，实心柱体的底端内壁设有内螺纹。

由上所述，本实用新型中的密封器通过构成多个导流通道，利用其倒锥形轮廓状达到了物理限流的效果，巧妙地利用了特斯拉阀的原理，运用液体流动的特点来降低出口处的渗流压力，进而实现密封。整个导流通道的设计并无传统的机械密封组件，具有结构稳定不易磨损的特点，能够提高密封效果，降低原油泄漏，延长密封周期，降低更换密封系统的频率，进而减轻运营维护管理强度，以提高抽油泵的工作效率。整个密封器结构工艺简单，施工方便，故障率低。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型提供的井口密封器的结构剖视图。

图2：为本实用新型提供的井口密封器的结构透视图。

附图标号说明：

1、实心柱体；11、通孔；12、第一密封槽；13、第二密封槽；

2、实心倒锥体；21、贯穿孔；

3、导流通道；

4、固定件。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例提供一种井口密封器，包括竖直设置的实心柱体1，沿实心柱体1的轴线方向设有贯穿的通孔11，在实心柱体1内自下而上设有多个与通孔11连通的倒锥形空腔，每个倒锥形空腔内设有一个具有轴向贯穿孔21且与倒锥形空腔形状相同的实心倒锥体2，贯穿孔21的直径与通孔11直径相同且与通孔11上下对应设置。倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体2的外壁之间呈间隙设置，该间隙构成倒锥形轮廓状且与通孔11连通的导流通道3，倒锥形空腔的顶面和实心倒锥体2的顶面均呈由外向内逐渐下凹的内凹状，在倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体2的外壁之间设有连接两者并使两者相对固定的固定件4。

其中，整个实心柱体1为实心结构，一般采用强度较高的钢材制成，能够保证整个密封器的强度，且整个实心柱体1包裹整个密封系统，具有防撞击、防雨、防潮等作用。上述构成导流通道3的间隙尺寸根据实际工况环境和具体液体种类而定，上述的通孔11的直径与抽油杆的直径相同，两者间隙配合。

在加工时，例如，可以采用分半加工的方式，沿实心柱体1的轴线纵向分成两半，然后先在两半实心柱体1上分别加工形成上述的通孔11和倒锥形空腔，然后将具有贯穿孔21的实心倒锥体2通过固定件4与两半的倒锥形空腔固定，同时将两半的实心柱体1组合固定在一起即可。实际应用中，上述的实心倒锥体2也可以分成两半加工，以便于安装。当然，整个密封器也可以采用金属粉末3D打印技术直接一体成型实现，或者采用其他的加工方式实现，本实施例仅为举例说明。

这样，在使用时先将实心柱体1的底端与井口采油树的顶端连接，抽油杆由通孔11贯穿并与抽油机连接，整个密封系统安装完成。工作时，伴有原油和水和混合液体(以下简称油液)在井下油泵的作用下不断上提，采油树内的液体压力逐渐升高，并维持一个相对压力较高的状态，如果密封系统不良，油液就会通过抽油杆和密封器之间的缝隙渗出。本实施例中，当油液进入密封器后，由于上述的导流通道3的存在，该结构可以运用动态压力平衡的原理来抑制油液的上行，主要工作原理为：

油液在每个导流通道3的底端会分成两股流体，第一股流体通过抽油杆与通孔11内壁之间的缝隙继续上行，第二股流体进入导流通道3上行，并在导流通道3的顶端改变方向，方向改为下行。这两股流体在导流通道3的顶端与通孔11连通处汇合，由于两者的流动方向相反，压力抵消，进而达到抑制油液上行的目的。另外，由于整个导流通道3是一个立体的环状通道，当第二股流体进入导流通道3时可以沿周向一圈进行渗透上行并在顶端改为下行，在周向一圈都具有一个向下的流速和流压，进而增强与第一股流体的压力抵消效果，提高抑制油液上行的作用。

需要说明的是，整个导流通道3是利用了特斯拉阀的原理，具体来说，特斯拉阀是天才科学家尼古拉.特斯拉发明的单向导通气流阀，无任何活动部件，由多个心形的导流槽构成，无需输入能量即可实现流体单向导通，具体特斯拉阀的结构为现有技术，在此不再赘述。

由此，本实施例中的密封器通过构成多个导流通道3，利用其倒锥形轮廓状达到了物理限流的效果，巧妙地利用了特斯拉阀的原理，运用液体流动的特点来降低出口处的渗流压力，进而实现密封。整个导流通道3的设计并无传统的机械密封组件，具有结构稳定不易磨损的特点，能够提高密封效果，降低原油泄漏，延长密封周期，降低更换密封系统的频率，进而减轻运营维护管理强度，以提高抽油泵的工作效率。整个密封器结构工艺简单，施工方便，故障率低。

在具体实现方式中，为了更便于流体流动，上述的倒锥形空腔的内壁和实心倒锥体2的外壁均由圆弧面构成。

这样，构成的导流通道3的各个拐角都是圆滑的，实心倒锥体2沿轴向的纵截面呈类心形，且该类心形的顶端位于其底端的正上方，这里所说的类心形是指形状类似心形，但并非严格意义上的心形形状，该类心形顶端呈向下内凹状，其底端呈向下外凸状，整个导流通道3沿轴向的纵截面呈环状类心形。

由于在工作时，当油液进入密封器后，流入密封间隙内的流体流动压力和流速自下至上逐渐变小，而上述的导流通道3是运用液体流动的特点来实现密封，且流压和流速越大，密封效果越好。

因此，为了更好的适应自下至上逐渐变小的流压和流速，以提高密封性，多个上述的导流通道3的整体尺寸自下而上逐渐减小。其中，如图1所示，这里所说的导流通道3的整体尺寸是指导流通道3的整体大小，自下而上其横截面尺寸和纵截面尺寸都逐渐减小。对导流通道3的个数根据实际密封器的长度和实际需要而定，本实用新型对此不进行限定。

为了提高整个结构的稳定性，设有多个固定件4，且多个固定件4沿实心倒锥体2的外壁周向均匀设置。对于固定件4的个数和形状也根据实际需要进行选择，本实用新型对此不进行限定。

在实际应用中，为了加强密封效果，实心柱体1的底端设有第一密封槽12，并在第一密封槽12的内部设有第一密封胶圈。为了进一步加强密封效果，实心柱体1的顶端设有第二密封槽13，并在第二密封槽13的内部设有第二密封胶圈。另外，由于在使用时抽油杆是需要贯穿整个密封器进行上下往复运动的，因此，为了进行辅助密封，实心柱体1的顶端固定有密封压盖(在图中未示出)，并在密封压盖上设有开孔，在密封压盖的开孔处设有第三密封胶圈，以便于在抽油杆由开孔处穿过后能够与密封压盖之间形成动密封。

如此，上述的第一密封胶圈、导流通道3和第二密封胶圈构成了密封器的三道密封屏障，在工作时，第一密封胶圈作为第一道密封屏障，当油液渗过第一密封胶圈进入密封器内部后，上述的导流通道3作为第二道密封屏障，运用上述的动态压力平衡的原理来抑制油液的上行。液体通过第二密封屏障后，上述的第二密封胶圈可以作为第三道密封屏障进一步加强密封效果，进而作为最后一道密封屏障阻挡油液的继续上行。

在使用时，只有第一密封胶圈和第二密封胶圈全都损坏时才需要进行更换密封胶圈的操作，只有其中一个损坏时并不影响整个密封器的密封效果。因此，整个密封器通过这三道密封屏障的相互配合，不仅能够大大增强整个密封器的密封效果，同时还大大延长了密封周期，降低更换密封胶圈的频率，使用寿命更长。另外，由于导流通道3的物理限流作用，本实施例中的第一密封胶圈和第二密封胶圈并不需要采用现有中的加强密封胶圈，只需采用普通的密封胶圈即可，这样在作业过程中也可以更加方便装卸和取出。

需要说明的是，由于上述的导流通道3在流压和流速越大时密封效果越好，因此，对于流压和流速较大的油液来说，上述的第一密封胶圈和导流通道3起主要的密封作用，而对于流压和流速较小的油液来说，导流通道3的密封效果并不明显，此时主要依靠第一密封胶圈和第二密封胶圈来起到密封作用。

进一步地，在具体实现过程中，为了便于更换第二密封胶圈，实心柱体1的顶端外壁设有外螺纹，密封压盖的内部设有内螺纹，两者螺纹连接固定。

由于采油树顶端一般为外螺纹，因此，为了便于实心柱体1的底端与采油树的顶端进行固定，实心柱体1的底端内壁设有内螺纹。在使用时，将上述的第一密封胶圈套设在采油树的顶端内壁，然后再将采油树的顶端外壁与实心柱体1的底端内壁螺纹连接进行固定。

综上，本实施例中的密封器主要具备如下优点：

1、本实施例中的密封器主要用于井口抽油杆与管柱之间的密封，采用多种密封手段，除了第一密封胶圈和第二密封胶圈两个密封胶圈之外还有导流通道3这一物理限流设计，结构可靠耐用，能够提高密封效果，降低更换密封胶圈的频率表，工艺简单、故障率低，降低原油泄漏，延长密封周期。

2、使用范围广：该密封器可适用于常规稀油井、水平井、高含水的稠油井，热采后的稠油井，蒸汽驱、火驱井网中的稠油井等液量大、粘度低的油井，均具有较好的密封效果。

3、该密封器结构简单，易于加工制造，方便维修，节约成本，操作简单。

以上仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种井口密封器，其特征在于，包括竖直设置的实心柱体；

沿所述实心柱体的轴线方向设有贯穿的通孔，在所述实心柱体内自下而上设有多个与通孔连通的倒锥形空腔，每个倒锥形空腔内设有一个具有轴向贯穿孔且与倒锥形空腔形状相同的实心倒锥体，所述贯穿孔的直径与所述通孔直径相同且与所述通孔上下对应设置；

所述倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间呈间隙设置，该间隙构成倒锥形轮廓状且与通孔连通的导流通道，所述倒锥形空腔的顶面和实心倒锥体的顶面均呈由外向内逐渐下凹的内凹状；在所述倒锥形空腔的内壁与实心倒锥体的外壁之间设有连接两者并使两者相对固定的固定件。

2.如权利要求1所述的井口密封器，其特征在于，

所述倒锥形空腔的内壁和实心倒锥体的外壁均由圆弧面构成。

3.如权利要求1所述的井口密封器，其特征在于，

多个所述导流通道的整体尺寸自下而上逐渐减小。

4.如权利要求1所述的井口密封器，其特征在于，

设有多个固定件，且多个固定件沿实心倒锥体的外壁周向均匀布置。

5.如权利要求1所述的井口密封器，其特征在于，

所述实心柱体的底端设有第一密封槽，并在所述第一密封槽的内部设有第一密封胶圈。

6.如权利要求5所述的井口密封器，其特征在于，

所述实心柱体的顶端设有第二密封槽，并在所述第二密封槽的内部设有第二密封胶圈。

7.如权利要求6所述的井口密封器，其特征在于，

所述实心柱体的顶端固定有密封压盖，并在密封压盖上设有开孔。

8.如权利要求7所述的井口密封器，其特征在于，

所述密封压盖的开孔处设有第三密封胶圈。

9.如权利要求7所述的井口密封器，其特征在于，

所述实心柱体的顶端外壁设有外螺纹，所述密封压盖的内部设有内螺纹。

10.如权利要求5所述的井口密封器，其特征在于，

所述实心柱体的底端内壁设有内螺纹。

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