地面驅動單螺桿抽油泵光桿密封結構改進

鄒玉平

（大慶油田力神泵業有限公司技術研發中心，黑龍江 大慶 163311）

1 引言

地面驅動單螺桿抽油泵是目前油田主要的井下機械采油的方式之一，是近些年發展起來的采油工藝技術。地面驅動裝置為地面驅動單螺桿抽油泵的主要設備，為井下螺桿泵提供動力，同時具有控制桿柱的反轉和光桿密封等作用。地面驅動裝置的光桿密封按照位于驅動裝置的部位不同，分為上置型和下置型。上置型光桿密封成為螺桿泵光桿密封的主要密封方式。光桿密封性能的優劣直接關系到油田的產能和環境保護。光桿密封器漏油嚴重［1］，一直是困擾油田用戶的螺桿泵應用的問題，一旦光桿密封的問題漏油，會出現井液甩到整個地面設備上，污染極為嚴重。因此，上置型光桿密封必須結構合理，密封可靠。通過對上置型光桿密封結構進行研究，并提出改進措施。

2 改進前上置型光桿密封及存在問題分析

改進前上置密封結構如圖1所示，位于地面驅動裝置的最上端，光桿從隔離套內孔通過，上端通過方卡子和密封支撐套的上端扁方相對軸向和徑向固定，與密封支撐套之間為靜密封，光桿、密封支撐套、主軸一起同步旋轉，與靜止的隔離套通過復合密封總成形成動密封，實現對光桿的密封作用。

密封支撐套通過2個平鍵與主軸徑向連接。為防止復合密封發生泄漏時井液進入減速箱，唇形密封圈起到密封作用。經過分析，這種密封型式存在以下問題：（1）在密封支撐套和主軸上加工的鍵槽，要求必須有較高的位置精度，加工難度較大。（2）由于上置型光桿密封在油田現場應用，環境惡劣，密封支撐套和主軸的配合精度較高，又有平鍵連接，長時間運行容易銹蝕，現場維修不容易拆卸。另外，井下螺桿泵出現卡泵等異常情況下扭矩較大，平鍵容易滾鍵，光桿密封出現問題不易拆卸維修。（3）唇形密封圈直接與隔離套密封，由于隔離套材質較軟，耐磨性差，一段時間運轉后，隔離套磨出溝痕。唇形密封圈為耐油橡膠，橡膠耐磨能力較差，唇口會磨損嚴重。當復合密封發生泄漏時，井液極易進入減速箱，使齒輪油失效，導致減速箱損壞。減速箱的損壞意味著整個地面驅動裝置報廢，必須重視這個問題。（4）密封支撐套體積大，浪費鋼材，加工成本高。

圖1

圖2

3 改進后上置型光桿密封

圖3 密封支撐套

針對改進前光桿密封存在的問題進行更改，如圖2所示。靜密封基本不變，將密封支撐套與主軸之間采用卡口形設計，結構如圖3和圖4所示。在主軸上端面開卡口槽，在槽底面打螺栓孔，用于與密封支撐套的連接。為保證開口槽的強度，通過最大扭矩的計算，確定槽的開口尺寸和主軸的外徑尺寸。在密封支撐套上銑扁方，尺寸與主軸槽配合。銑扁的位置要留出O環槽的位置。在密封支撐套上除打連接螺栓孔外，還要對稱攻螺紋孔，便于維修時使用頂絲拆卸密封支撐套。通過改進將復合密封總成完全沉入主軸內孔中，減小了密封支撐套的尺寸，同時主軸的卡口槽和密封支撐套銑扁方易于機械加工，減少了工藝和材料成本。密封支撐套和主軸通過六角螺栓擰緊固定。拆卸時只需要一個扳手即可。而改進前的結構拆卸密封支撐套需要專用的工具。

為防止唇形密封圈和隔離套的相互磨損，采用了特制的唇形密封圈，密封圈的基本結構包括：密封唇口、外殼、內殼、橡膠墊片，密封唇口用聚四氟乙烯（PTFE）制成，聚四氟乙烯具有自潤滑功能，同時還具有形狀記憶功能，使唇口永遠壓緊在軸表面［2］。油封的唇口上還設計有螺旋槽，能夠將外泄的井液送回密封腔內［3］。隔離套在與特制唇形密封圈的接觸部位設計了保護套，保護套采用20CrMnTi材料，經過滲碳淬火工藝處理，提高了硬度和耐磨性。通過以上改進，提高了密封部位的密封使用壽命。

圖4 主軸

4 應用效果

這種光桿密封結構的改進，已成功應用于螺桿泵永磁直驅驅動裝置中，現場應用體現了結構緊湊、性能可靠、維修維護容易的特點，已經在大慶油田應用30余臺，最長免修期達到1000天，得到了用戶的認可。

［1］張連山，趙謫斗.地面驅動單螺桿泵使用中出現的問題及失效方式［J］.石油機械，1992（4）：34-36.

［2］丁攀攀，白駿烈.提高油封耐磨性能途徑［J］.橡膠工業，2010（4）：251-254.

［3］湯亮.汽車用填充聚四氟乙烯油封研究與發展［J］.汽車工藝與材料，2008（2）：59-66.