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FPGF-II型自定位光杆密封器研制

   日期:2023-06-01 03:51     浏览:910    评论:0    
核心提示:  摘要:光杆在上下往复运动过程中与密封器主体若产生偏、斜,将使密封盘根偏磨,密封效果变差,盘根寿命缩短。研制的一种新型

  摘要:光杆在上下往复运动过程中与密封器主体若产生偏、斜,将使密封盘根偏磨,密封效果变差,盘根寿命缩短。研制的一种新型抽油井光杆密封装置,采用三级盘根密封、随动调斜、偏心调偏的结构,解决了盘根磨损快,密封寿命短,原油泄漏等问题。该新型装置具有结构简单、制造成本低、废旧材料再利用、安装方便等特点。现场试验表明:该装置的密封性能可靠,使用寿命长,降低了工人的劳动强度,减少了井场污染。

  关键词:光杆;密封;随动调斜

  随着油田进入高含水开发后期,低沉没度井数不断增加,杆管偏磨严重,使抽油杆在上下冲程中产生振动,加上抽油机悬点与井口不对正,导致光杆密封装置的密封频繁失效、盘根寿命短、原油泄漏、污染环境等问题,严重影响油井的正常生产。油田现有的井口密封装置存在成本高、安装困难、专用盘根难配套、盘根寿命短等问题。鉴于此,研制了一种新型自定位光杆密封装置,并申请了国家实用新型专利(ZL2009200289355)。介绍了该装置的结构工作原理及安装注意事项。现场试验取得了较理想的效果,目前已在油田广泛推广使用。

  1、结构及工作原理

  新型自定位光杆密封器主要由调偏接头、调斜机构、填料密封机构和盘根压入装置4部分组成,结构如图1所示。

  1) 调偏接头 是使密封器主体轴线与光杆轴线对中的一种偏心调节装置。它位于密封器的最下端,连接在采油树的三通上,靠大螺母与密封器主体相连。调偏接头上部螺纹及内孔与下部卡箍连接头和其内孔轴线存在偏心,偏心距设计为8mm。现场安装时,将该接头套在光杆上,使其上部偏心孔与光杆的间隙尽量均匀分布(如图2)调整好后将其固定在采油树三通上,对光杆进行第1次调偏。


  1——上压帽;2——顶套;3——上部盘根;4——上部盘根盒;5——中部盘根盒锁紧螺母;6——中部盘根盒;7——中部盘根;8——下部盘根盒;9——限位螺钉; 10——盘根垫环;11——备用盘根;12——下压帽;13——调偏接头;
  图1 FPGF - 型自定位光杆密封器


  1 光杆 2 调偏接头
  图2 调偏接头工作示意

  2)调斜机构 调斜机构为一球头关节,由下部盘根盒下部的球头与调偏接头上部的球头座组成。位于调偏接头上部,用于随动调节由偏心接头调偏后光杆相对井口的剩余偏斜量,使填料密封机构随光杆的倾角动态变化,减小填料偏磨,延长密封寿命。

  3)填料密封机构 填料密封机构包括上部盘根盒、中部盘根盒、下部盘根盒、填料、顶套、上压冒等,为光杆密封器的主要密封装置。它有上、中、下3个填料腔,相互间通过螺纹连接,又利用螺纹压紧填料。所设三级密封功能各异,上两级填料为主盘根,在抽油机正常工作状态下起密封作用,最下一级填料为备用盘根,常开,只有当更换主盘根时才旋紧中部盘根盒,将其关闭,防止泄漏,可实现不停机更换盘根。此外,为防止使用时各盘根盒间松动,在中、下盘根盒螺纹连接处设有中部盘根盒压帽和限位螺钉。

  4)盘根压入装置 盘根压入装置包括上压冒和顶套,是用于将填料分批次压入盘根盒内的一种辅助工具。由于盘根盒内腔较深,很难一下子把填料压入密封腔内,且压得太多容易造成下部空虚,影响密封。如果每次用顶套将1圈或2圈填料压入密封腔内却比较容易,且容易压实,不易泄漏。操作时,只需用顶套压入盘根盒,正旋压冒即可将填料装入密封腔内,然后反向旋转压冒,取出顶套,再次放入填料,重复上述过程即可压入多层填料。

  2 主要技术参数

  最大工作压力 10MPa

  调偏量 8mm

  调斜量 5°

  扶正偏差 ≤0.1mm

  适用光杆直径 22~32mm

  整体高度 498mm

  3、技术特点

  1)结构简单,安装方便 密封器各件均为回转体零件,无异型结构,制造工艺简单,成本低。而且体积小、质量轻,一个采油工用时约1h,即可完成,安装方便。

  2)内置关闭软密封 在下部盘根盒内设置密封腔,所用盘根在正常工作时处于松开状态,光杆不对其造成磨损。当需要更换上部工作盘根时,卸掉限位螺钉,右旋中部盘根盒压紧盘根即可将其关闭工作盘根更换完成后,左旋中部盘根盒将其打开,恢复正常生产。这不仅有利于更换盘根时避免井液外泄,不停抽更换盘根,而且与普通异形光杆密封器相比还具有降低制造成本,减轻密封器质量,有效避免因从关闭阀盗油而造成的井场污染问题等优点。

  3)采用调偏自定位随动设计 偏心接头下部与上部主体中心偏移8mm,安装时可将装置主体中心沿光杆偏移方向调整±8mm,摆正光杆相对密封器主体的偏移。大螺母将偏心接头与下部盘根盒连在一起,且采用活节球头设计,主体随光杆随动调斜,实现密封器主体自定位密封,缓解光杆对密封盘根的磨损。

  4)采用多级旋转压入盘根设计 两个工作盘根盒通过螺纹连接,螺母锁紧。安装盘根时旋转压入,十分方便。同时盘根间相互补偿,即时调整,密封非常可靠。

  5)废物利用,降低成本 V带具有一定的弹性和较强的抗磨损能力,且在盘根盒内连续充填一组V带,利用V形面还能形成多级液环,环中充满润滑油(原油)可起到自润滑和液体自封的作用。据调查,每个采油队都存有大量从抽油机上换下的报废V带,这既解决光杆密封器的密封填料问题,又降低了成本。

  4 操作方法

  4. 1 安装

  1)停机,使抽油机驴头停在适当位置。

  2)拆下原光杆密封装置与采油树的连接螺栓,并将密封器上移。在密封器与采油树小四通之间打好卡子,防止抽油杆柱落入井底。

  3)在光杆上涂抹适量黄油,拆下原井口光杆密封器。

  4)将新型密封器的调偏接头穿过光杆,坐到采油树小四通上部。根据光杆偏移方向,调整接头的偏心方向,使其上部螺纹中心线尽量对正光杆中心,并用卡箍与井口连接紧固。

  5)下部盘根盒装好备用盘根后,将其穿过光杆,使球头坐入球座,并拧紧大螺母。

  6)用管钳将中部盘根盒旋入下部盘根盒至设计位置,装好限位螺钉

  7)用盘根压入装置将废旧V 带压入中部盘根盒的密封腔内,旋入上部盘根盒并压紧填料。

  8)用盘根压入装置将废旧 V 带压入上部盘根盒的密封腔内,旋转上压帽,通过顶套压紧上部填料。

  9)将驴头钢丝绳与悬绳器连接牢靠后,拆掉光杆卡瓦。

  10)挫平光杆上留下的卡瓦牙印。

  11)开动抽油机试抽,观察光杆是否带油,若有带油现象,请慢慢右旋上压冒,压紧填料,直至无油带出井口即可。

  12)用管钳上紧中部盘根盒锁紧螺母,防止松动。

  4.2 维护

  抽油机连续运行一定时间后(运行时间依井况而定)盘根盒内的密封盘根(V 带)有可能磨损,为保证密封器的正常工作,使光杆在工作时不把油带出,可在不停机的情况下对密封器进行维护。其操作方法如下:

  1)用管钳松开中部盘根盒锁紧螺母后,缓慢右旋上压帽,直至无油带出井口即可。

  2)重新背紧中部盘根盒锁紧螺母,防止松动。

  3)若中部和上部盘根盒的填料已失效,可松开限位螺钉,拧紧中部盘根盒,压紧下盘根盒内填料,使其暂时密封。而后根据第4.1的7~12步骤压入新盘根,松开中部盘根盒,使下部盘根盒内的填料处于备用状态。

  5、注意事项

  1)使用前,首先检查该密封器是否合格,合格证是否齐全,否则,加压试验。

  2)安装时,在光杆上涂抹黄油,使光杆顺利通过密封器,保护密封盘根。注意观察光杆偏移方向,应顺势安装以调整偏移量,防止光杆偏磨。

  3)盘根安装前或更换时,要涂抹黄油,便于安装,保护光杆和盘根。

  4)工作前,应检查光杆表面是否光滑,如有缺陷应打磨平整,以免划伤盘根内表面,影响密封性能。

  5)工作一段时间后,若发现光杆带油或渗漏时,用管钳顺时针旋转盘根盒上压帽直至不漏为止,但切勿将上压帽拧得过紧,以免影响盘根寿命。

  6)采用管钳压紧时,应松开中部盘根盒锁紧螺母,同时压紧盘根。操作完成后再次背紧中部盘根盒锁紧螺母,防止盘根盒松动,影响密封。

  7)再次添加填料时应先松开限位螺钉,旋紧中部盘根盒确认备用盘根密封后方可操作, 防止井口漏油。

  8)光杆部位要经常涂抹黄油保持润滑,可延长密封器的使用寿命。

  6、现场试验

  为了试验新型光杆密封器的性能,先后在胜利石油管理局东辛采油一矿辛11X149、 辛11X176井安装了该装置。这两口井都属于投产早,难治理的问题井,存在严重偏磨,含水高,含腊多,原有光杆密封器盘根更换频繁等问题。经过近300d的试验,结果表明:

  1)抗偏磨效果好 辛11 X149井是一口老井 于2000 - 11 - 01投产 常年工作造成光杆偏移4mm 密封器更换为本装置后,有效地解决了光杆的偏斜问题 原油不再从密封器处渗漏。

  2)延长了盘根更换周期 辛11 X176井完井深度1988m,动液面深1328.6m,井口回压0.5MPa,原油密度0.911gcm3,含水量58.7% ,黏度280mPa.s,矿化度21239g/L,产液量2.4t/d ,产油量1.0t/d。在使用本装置前这口井平均每月更换一次盘根,而安装本装置后一次密封至今已10个月没更换,盘根使用寿命已延长10倍。

  3)安装方便 一般情况下,安装1套盘根盒需吊车配合,5人以上2~3h完成。本装置因结构简单,体积小,质量轻,安装时,无需吊,仅2名采油工1h即可完成,大幅降低了安装成本。

  4)安全可靠 在正常使用时,如果发现渗漏现象,仅1名采油工用管钳拧紧上压冒,几分钟即可处理,无需停井。

  7、结论

  1)采用自定位调偏结构,偏心接头对穿过密封器的光杆进行首次调偏,保证光杆相对密封器居中安装。偏心接头上方的调斜机构用于调节光杆相对驴头的偏斜,使得光杆相对密封填料居中运行大幅减轻了光杆对密封盘根的偏磨,延长了盘根的使用寿命。

  2)内置备用关闭软密封,可实现不停抽更换盘根,提高了生产效率,减少了环境污染。

  3)采用多级盘根并联密封结构,盘根间相互补偿,保证了密封可靠性。

  4)以抽油机旧V形皮带作为密封盘根,变废为宝,降低了更换易损件的成本。

  5)现场应用表明,对抽油井光杆偏斜、井液黏稠等复杂井况难密封的井况,在合理利用了废旧材料的同时还延长了盘根的更换周期,大幅减小了工人的劳动强度,防止了井场污染,现已广泛推广应用。

  6)球头调斜机构受井口回压影响较大。对井口回压不大于5MPa的大多数抽油井,球头在光杆偏斜拉力的作用下可随意摆动,随动调斜。但对于压力过高的极少数油井,球头对球头座的作用力较大,调斜效果变差,需进一步研究,扩大应用范围。

  参考文献:

  1)韩兵奇,高栋梁 ,王发元.抽油井光杆密封装置J.油气田地面工程,2012,31(9):96 - 97.

  2)顾永泉. 机械密封实用技术 M . 东营:石油大学出版社 2001.

  3)机械设计手册编委会.新机械设计手册 M .北京机械工业出版 2008.

  4)马春成,荀昊.有杆抽油机井口光杆密封装置的技术现状及展望 J . 石油矿场机械 1997263 18 - 20.

  5)韩兵奇,陈艳红,孟垂成,等.管道阀门的阀杆密封结构改进J.流体传动与控制 20124 56 - 58.

  6)刘新福,綦耀光,刘春花.新型光杆密封装置的盘根设计与计算方法 J . 润滑与密封 2008335 91 - 94.

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