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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：
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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.
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