螺桿泵井口高壓動(dòng)密封摻稀注液裝置的應(yīng)用

李夫銀，李 超，高震賢

（1.大港油田公司物資裝備處；2.大港油田公司第一采油廠生產(chǎn)科；3.大港油田公司第五采油廠物資裝備管理站，天津 300280）

螺桿泵環(huán)空摻稀油舉升工藝是一種適用于稠油開采的較為成熟的舉升工藝。但由于井口高壓動(dòng)密封問題無法解決，限制了該工藝的推廣應(yīng)用。

一、螺桿泵空心抽油桿動(dòng)密封摻稀注液裝置設(shè)計(jì)方案

1.液壓旋轉(zhuǎn)接頭

液壓旋轉(zhuǎn)接頭采用高精度軸孔配合的微間隙密封結(jié)構(gòu)，將控制旋轉(zhuǎn)油缸內(nèi)的高壓流體在旋轉(zhuǎn)油缸以較高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的條件下，實(shí)現(xiàn)密封輸送（無外泄漏）和液壓傳遞。

液壓旋轉(zhuǎn)接頭的核心是L型旋轉(zhuǎn)器，如圖1所示，它是為高壓液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種旋轉(zhuǎn)接頭。L型旋轉(zhuǎn)器內(nèi)部使用深溝球軸承支撐，高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。內(nèi)部密封采用平衡式機(jī)械密封，密封面采用陶瓷環(huán)，耐腐蝕、耐磨損、不需要外部支撐，密封穩(wěn)定可靠。

L型旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)密封采用機(jī)械密封。機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封（圖1）由部件1、2、3、4組成。部件1與部件2通過螺栓把合在一起，工作狀態(tài)與外殼保持靜止。部件1通過沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到部件2，部件2通過沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到部件3，部件3通過沿圓周均布的多個(gè)油道將介質(zhì)輸送到心軸。部件3和部件4通過螺栓把合在一起，工作狀態(tài)與心軸保持靜止。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)在部件2和部件3之間發(fā)生。機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的結(jié)構(gòu)使之能在滑動(dòng)面之間總存在良好的靜壓油膜潤滑，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的長壽命。

圖1中Ha和Hd是兩很小的環(huán)形間隙（0.005mm），b和c是兩個(gè)環(huán)形液腔。c腔的壓力約等于從外殼供給的壓力，它的存在推動(dòng)部件1和2向右運(yùn)動(dòng)，介質(zhì)進(jìn)入b腔，b腔的環(huán)形面積約等于c腔的2倍。當(dāng)b腔壓力為c腔壓力1/2時(shí)，將推動(dòng)1和2向左運(yùn)動(dòng)。因此，介質(zhì)自動(dòng)將b腔壓力調(diào)整為外部供油壓力的一半。流徑間隙Ha與流徑間隙Hd的流量是相等的，流徑間隙Ha與流徑間隙Hd的壓差也是相等的。當(dāng)滿足Ld/La=Rd/Ra時(shí)，平衡點(diǎn)間隙Ha的大小與間隙Hd相等，即Ha=Hd。因此，如果Ha+Hd=0.01mm，則在平衡點(diǎn)Ha=Hd=0.005mm。

圖1 L型旋轉(zhuǎn)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.動(dòng)密封注流器

動(dòng)密封注流器與旋轉(zhuǎn)接頭密封是由一個(gè)自定位碳石墨密封件相對(duì)一個(gè)球形不銹鋼凹面轉(zhuǎn)動(dòng)來完成。壓力波動(dòng)和熱油槌擊是動(dòng)密封失效的主要原因，這種設(shè)計(jì)使碳石墨的密封面在其外徑上能夠承受更大的壓力載荷。碳石墨在壓縮狀態(tài)下的強(qiáng)度是平時(shí)的3～4倍，并能承受更大的沖擊，更能承受壓力的波動(dòng)和熱油的槌擊。注流器內(nèi)部兩套彈簧裝置控制著球閥與閥座的間隙，在流體壓力小于0.2MPa的情況下處于常閉狀態(tài)。

3.運(yùn)行效果

固定裝置將空心抽油桿動(dòng)密封注液裝置固定在螺桿泵專用地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備上，使旋轉(zhuǎn)接頭與地面旋轉(zhuǎn)設(shè)備保持良好的同軸度，高壓高溫稀油通過高壓軟管、上連接體進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)，高壓高溫稀油在較高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的條件下，實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封輸送（無外泄漏）。高溫高壓熱油由旋轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封輸送后經(jīng)注流器進(jìn)入空心抽油桿內(nèi)腔中。注流液體壓力達(dá)到0.2MPa時(shí)，流體壓力驅(qū)動(dòng)彈簧壓縮，打開注流器，流體進(jìn)入空心桿。當(dāng)停止注液時(shí)，注流器便自動(dòng)關(guān)閉，封閉井底上返壓力。井底上返壓力越大，注流器密閉效果越好。

二、結(jié)論

（1）應(yīng)用螺桿泵空心抽油桿動(dòng)密封摻稀注液裝置，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封，密封效果與井底上返壓力成正比。

（2）動(dòng)密封摻稀注液裝置不使用手動(dòng)閥門控制空心桿流體外溢和滲漏，消除了手動(dòng)閥門帶來的啟閉不方便、不安全、關(guān)閉不嚴(yán)、易滲漏、易損壞等弊端，有利于降低螺桿泵施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）與機(jī)采井相比，螺桿泵井更節(jié)能。螺桿泵井口高壓動(dòng)密封摻稀注液裝置的應(yīng)用更利于在稠油井推廣使用螺桿泵。

[1]吉效科.油田設(shè)備技術(shù)與管理[M].中國石化出版社，2009.

[2]魏秦文，張茂.潛油電機(jī)驅(qū)動(dòng)采油技術(shù)的發(fā)展[J].石油礦場機(jī)械,2007,36(7)：1-7.