螺桿泵井口高壓動密封摻稀注液裝置的應用

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。但由于井口高壓動密封問題無法解決，限制了該工藝的推廣應用。

一、螺桿泵空心抽油桿動密封摻稀注液裝置設計方案

1.液壓旋轉接頭

液壓旋轉接頭采用高精度軸孔配合的微間隙密封結構，將控制旋轉油缸內的高壓流體在旋轉油缸以較高轉速旋轉的條件下，實現密封輸送（無外泄漏）和液壓傳遞。

液壓旋轉接頭的核心是L型旋轉器，如圖1所示，它是為高壓液壓系統設計的一種旋轉接頭。L型旋轉器內部使用深溝球軸承支撐，高速運轉穩定可靠。內部密封采用平衡式機械密封，密封面采用陶瓷環，耐腐蝕、耐磨損、不需要外部支撐，密封穩定可靠。

L型旋轉器的旋轉密封采用機械密封。機械旋轉密封（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，工作狀態與外殼保持靜止。部件1通過沿圓周均布的多個油道將介質輸送到部件2，部件2通過沿圓周均布的多個油道將介質輸送到部件3，部件3通過沿圓周均布的多個油道將介質輸送到心軸。部件3和部件4通過螺栓把合在一起，工作狀態與心軸保持靜止。相對轉動在部件2和部件3之間發生。機械旋轉密封的結構使之能在滑動面之間總存在良好的靜壓油膜潤滑，從而實現機械旋轉密封的長壽命。

圖1中Ha和Hd是兩很小的環形間隙（0.005mm），b和c是兩個環形液腔。c腔的壓力約等于從外殼供給的壓力，它的存在推動部件1和2向右運動，介質進入b腔，b腔的環形面積約等于c腔的2倍。當b腔壓力為c腔壓力1/2時，將推動1和2向左運動。因此，介質自動將b腔壓力調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。當滿足Ld/La=Rd/Ra時，平衡點間隙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Ha=Hd=0.005mm。

圖1 L型旋轉器內部結構示意圖

2.動密封注流器

動密封注流器與旋轉接頭密封是由一個自定位碳石墨密封件相對一個球形不銹鋼凹面轉動來完成。壓力波動和熱油槌擊是動密封失效的主要原因，這種設計使碳石墨的密封面在其外徑上能夠承受更大的壓力載荷。碳石墨在壓縮狀態下的強度是平時的3～4倍，并能承受更大的沖擊，更能承受壓力的波動和熱油的槌擊。注流器內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。

3.運行效果

固定裝置將空心抽油桿動密封注液裝置固定在螺桿泵專用地面驅動設備上，使旋轉接頭與地面旋轉設備保持良好的同軸度，高壓高溫稀油通過高壓軟管、上連接體進入到旋轉接頭內，高壓高溫稀油在較高轉速旋轉的條件下，實現動密封輸送（無外泄漏）。高溫高壓熱油由旋轉接頭實現動密封輸送后經注流器進入空心抽油桿內腔中。注流液體壓力達到0.2MPa時，流體壓力驅動彈簧壓縮，打開注流器，流體進入空心桿。當停止注液時，注流器便自動關閉，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、結論

（1）應用螺桿泵空心抽油桿動密封摻稀注液裝置，可以實現動密封，密封效果與井底上返壓力成正比。

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

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

[1]吉效科.油田設備技術與管理[M].中國石化出版社，2009.

[2]魏秦文，張茂.潛油電機驅動采油技術的發展[J].石油礦場機械,2007,36(7)：1-7.