一种节能型抽油机井实用盘根盒的研制
摘 要: 针对抽油机井井口现用光杆密封盘根盒存在的问题,参照钻井工程中井口密封和井下防偏的方法,提出改进思路,设计制造出一种集弹性压紧、润滑、聚中、扶正功能为一体的节能型新式盘根盒,并通过现场试验得到满意的结果。
关键词: 抽油机井 井口密封 节能 盘根盒
抽油机井井口光杆密封盘根盒是衔接抽油井下管柱和抽油机的重要部件,是抽油机井生产管理和系统耗能的关键点,在现有结构不够合理的情况下,有必要对其进行优化、改进。
1、现用盘根盒存在的问题
新疆油田井口密封 80%以上用的是 1970 ～1980年代定型的普通盘根盒(结构如图1所示)，通过向下旋转压盖,推动环形活塞压紧耐油橡胶盘根实现井口密封,存在以下问题。
1. 1 容易发生井口卸漏事故
当光杆通过盘根内穿行时,会将与光杆表面接触的部分盘根磨损,在井内压力作用下，油气沿着光杆与盘根的间隙向外卸漏，间隙越大，漏失量越大。光杆偏磨和晃动井的密封难度变大。出液正常的井靠产出液自然润滑,但间抽井、长关井开井时和间歇出油井无液干抽时会引起光杆发烫,导致盘根迅速“烧坏”，发生跑油事故。有的井1 ～ 2天更换一次盘根,有的井更换一次盘根可维持半年。
1. 2 密封摩擦功率较大
图1 普通盘根盒示意图
由抽油井实测得出, Υ28光杆、耐油橡胶水润滑、盘根压紧力 0. 6MP a 、光杆功率 8. 98k W时的摩擦功率为0. 71k W,功率为 92%。室实验表明：密封摩擦功率与盘根压紧力成正比。由于耐油橡胶的弹性有限,为防止盘根磨损后井口漏油气,通常的作法是加大盘根的压紧力( 大于 1MP a ) 。加大盘根压紧力对预防井口卸漏事故有一定帮助,但作用有限,却增加了能耗。
除普通盘根盒外,现场也试验应用了其它类型的盘根盒,有的结构过于复杂,使用不便、成本上升; 有的虽然卸漏减轻了,但密封摩擦功率却增大了。因此,有必要作进一步的改进、优化。
2 改进的思路
受抽油井特定环境的约束,对盘根盒提出两个基本的要求：
一是盘根盒的尺寸要小: 井口的密封部位越低由抽油杆不对中产生的偏磨越轻,悬绳器低的井给盘根留出的空间很小,个别井下死点悬绳器与盘根盒顶面的距离不到 10c m;
二是制造成本要低: 盘根盒的应用量较大,应尽可能地简化结构、降低成本。在发现问题和约束条件的基础上,我们确立的改进、优化的思路是：
( 1) 控制和保持盘根的压紧力。控制压紧力的目的是降低摩擦功率,保持压紧力的目的是防止泄漏。
( 2) 设法消除卸漏间隙。尤其是光杆偏磨和晃动井,仅保持压紧力还不够,还应该通过结构优化进一步消除卸漏间隙。
( 3) 提供必要的润滑。经验证明,只要密封部位一直有液体,光杆一般不会发烫。解决井口润滑的关键不在于选择何种润滑剂上,而在于如何使润滑剂长期保留在密封装置内,也就是润滑剂本身的相对密封问题。
4) 采取简易的方法对光杆进行扶正,防止过度偏磨。经计算得知,光杆对盘根的侧向推力不大，一般不到50k g。试验过用滚轮对光杆强制扶正,结构较复杂,一般情况下用硬度较低的金属即可。抽油杆接箍外径 ( Υ25 抽油杆 55m m) 与油管内径(Υ62油管 62m m) 相差不大,偏心调整量很小,并且抽油机本身可对驴头的水平位置进行调整,可以取消原有的盘根盒调偏结构。
3 优化设计结果
新设计的 T Y R 25 -28盘根盒( 结构如图 2所示) 有以下四个主要特点: 一是利用弹簧的弹力保持盘根的压紧力; 二是参考钻井工程中井口密封的方法,通过盘根盒顶部的锥形结构,保持盘根始终包紧光杆,实现盘根只加不换; 三是在主密封盘根盒上设计了一个能够储存井液和润滑剂的专门的空间,正常状态下储存井液,松开盒体可人工加润滑剂,从而降低了光杆与盘根间的摩擦系数,可有效防止光杆干磨; 四是参考钻井工程中井下防偏的方法,利用四块铜环强制扶正光杆,使盘根盒具有纠偏功能。其优越性主要表现在以下几个方面：
图 2 TYR25 -28盘根示意
( 1) 可有效控制井口卸漏。弹性压紧盘根、铜环对光杆强制扶正、压紧活塞顶部对盘根的聚中使始终包紧光杆,并且能够实现盘根只加不换。
( 2) 提高盘根盒效率。当密封材料的压强低于2MP a 时,弹簧开始伸长,有效伸长量超过 20mm,在这一阶段无需紧压盖,密封材料的压强较长时间地保持在 1 ～ 2MP a ,从而使由盘根压紧力产生的摩擦力降低。在副密封上加耐磨性材料,当油井干抽时主副密封之间( 装有弹簧) 残留的井液或人工添加的润滑剂可起到临时的润滑作用,降低因干抽产生的摩擦力。由室内实验得知,橡胶盘根干摩擦系数约为润滑时摩擦系数的 2. 7倍。同时可以使光杆和盘根的接触面上带有一层油膜,隔断含酸咸腐蚀物质的液体与光杆的接触,从而保证光杆的表面光洁度。
4 试验效果
新设计的 T Y R 25 -28盘根盒经在 T 85746、481、8221井上安装试用过,取得以下效果,详见下表：
TYR 25-28与普通盘根盒使用效果对比表
( 1) 使盘根的压紧力能够控制在 1 ～ 2MP a;
( 2) 减轻了光杆与盘根间的磨损,光杆不再发烫;
( 3) 盘根盒保持密封严密,更换盘根的时间已经延长到 3倍( 普通盘根盒跟换盘根周期一般为 30天) ,并且实现盘根只加不换;
( 4) 光杆居中,未见硬磨痕迹;
( 5) 因为充分利用了胶皮阐门接头的内部空间,与普通井口密封器相比,密封高度减少 10m m、成本更低。
参考文献：
[ 1]张建中、李云鹏、李宝彦 . 抽油机井口密封装置效率的研究[ J ] . 石油学报, 1994, ( 4) : 133-138.
[ 2] 万仁溥 罗英俊主编. 采油技术手册( 第四分册) [ M]北京: 石油工业出版社, 1993.
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