抽油機井口光桿密封技術

陳慶華

（大慶油田有限責任公司第一采油廠生產保障大隊，黑龍江大慶 163000）

0 引言

據不完全統計，僅大慶油田采油一廠在采油過程中，抽油機井需要加裝井口密封裝置（簡稱封井器）的總數就在7000 口以上。如果使用的封井器性能不可靠，輕則造成井口滲漏，增加采油工的維護工作量；重則可能導致井噴，既會給油田帶來巨大的直接經濟損失，還會間接影響到企業在社會上的聲譽。大慶油田使用的封井器種類多樣，其中防噴盒、偏心防噴盒、膠皮閘門等使用較為普遍，但是這些普通封井器的使用都有其自身的局限性。多數普通封井器因承壓低、對井口偏心或光桿銹蝕等缺陷適應性不強，存在密封效果差、維護成本高、安全風險不可控等不良因素，而且隨著油田開發后期對清潔生產的要求不斷提高，井口滲漏、光桿斷后發生井噴等造成的環境污染越來越成為監察的重點，環保治理壓力凸顯。因此研究具有可靠性能好、適用能力強、維護成本低、環保風險小等優點的多功能系列封井器尤為重要。

1 多功能系列封井器技術

1.1 工作原理

井口調偏機構由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時通過旋轉偏心卡箍頭和偏心球接頭，使二者的偏心距在0～18 mm 徑向無級調節，軸向調偏角度為0～7.826，偏心球接頭可在偏心卡箍頭內360徑向擺動，由軸向角度和徑向距離的配合實現井口調偏功能；封井機構由偏心球接頭、下壓套、中間接頭等組成，正常工作期間封井機構不工作，封井盤根不壓緊，當需要更換二級盤根或三級盤根時，旋轉中間球頭，壓緊封井盤根，封井器工作，實現封井功能；井口盤根盒由中間接頭、上壓套、上襯套和上壓帽等構成，搬動手柄，旋緊上壓套，盤根盒中盤根工作，實現井口密封功能；上壓帽、擋墊、密封盤根、壓蓋等構成盤根盒潤滑、防塵和三級密封機構，實現封井器潤滑（圖1）。

1.2 可行性分析

1.2.1 密封機構分析

常規密封盤根為圓柱或圓柱螺旋橡膠盤根，其單個（或單圈）厚度約為10 mm。材料比較硬，工作中需較大的預緊壓力，導致其與光桿的摩擦力增大，既耗費電能，又容易拉傷光桿；由于其彈性補償較小，對表面腐蝕出現坑洼的光桿，密封效果不理想；同時，常規密封盤根無存油間隙，潤滑性能較差，盤根及光桿磨損較嚴重，也不易于安裝更換。

圖1 多功能系列封井器結構

1.2.2 封井機構分析

常規封井器封井機構為膠皮清蠟閘門，其結構較大，封井時需分別關閉2 個手輪、操作不便。

本研發設計的封井機構具有結構緊湊、操作簡易、封井性能安全可靠的優點。它由偏心球接頭、封井盤根、下壓套、中間接頭等組成，正常工作期間封井機構不工作，封井盤根不壓緊，當需要更換二級盤根或三級盤根時，旋轉中間球頭，壓緊封井盤根，封井器工作，實現封井功能。

1.2.3 調偏機構分析

常規封井器無可調偏機構。井口不正時，需調整抽油機驢頭，調整過程既繁瑣又不安全，而且很難達到預期效果。

本研發設計的井口調偏機構具有徑向無級調節和軸向角度調偏的功能，基本能夠滿足抽油機井口調偏需求，調偏過程簡便安全。由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時通過旋轉偏心卡箍頭和偏心球接頭在偏心球座內360徑向擺動，配合軸向角度調偏，可實現井口調偏功能。

1.2.4 潤滑機構分析

常規封井器無潤滑機構，盤根與光桿磨損較大。

本研發設計有自潤滑機構：上壓帽、擋墊、密封盤根、壓蓋等構成盤根盒潤滑、防塵和三級密封機構，通過黃油嘴向上壓帽內的海綿填充物加注潤滑脂（夏季）或潤滑油（冬季），且V 形密封盤根的間隙也可存留油液，可實現對光桿的潤滑保護功能。

2 參數設定

2.1 密封盤根參數設定

2.2 封井盤根參數設定

2.3 井口調偏機構參數設定

由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時通過旋轉偏心卡箍頭和偏心球接頭，使二者的偏心距在0～18 mm 徑向無級調節，偏心球頭可在偏心球座內360 度徑向擺動，軸向調偏角度0～7.826，由軸向和徑向的配合實現井口調偏功能。該調偏機構能有效補償抽油機井口偏心狀況。

2.4 光桿保護參數設定

圖2 V 形夾織物橡膠密封圈

圖3 封井盤根

所有鋼結構零件均為機械加工常用的45#鋼，且與光桿均不接觸，最小間隙3 mm；與光桿有可能接觸的3 個零件（墊環、盤根座、上襯套，如圖1 所示），其材料均為聚四氟乙烯，該材料本身耐磨、柔軟、不傷光桿，其與光桿的間隙為1 mm，便于套裝光桿。只有密封光桿的V 形夾織物橡膠密封圈與光桿接觸。以上參數的設定，能夠有效保護光桿并提高其使用壽命。

2.5 聯接部件參數設定

針對2.5 英寸、3 英寸不同井口，封井器與井口連接部分分別采用27/8TBG 或31/2TBG 偏心卡箍頭與井口上常用的27/8TBG 或31/2TBG 卡箍頭相連接，連接簡便可靠。

2.6 鋼結構件尺寸參數設定

所有鋼結構件盡量采用等強度設計，既滿足使用要求又無過多冗余。該系列高壓封井器尺寸結構緊湊，短小精悍。

3 技術應用情況及跟蹤

3.1 現場應用情況

目前，我廠抽油機井使用高壓系列封井器34 套，常壓系列封井器應用5000 套以上。盤根更換周期由原來的15 d 延長至180 d 以上。除老井大面積推廣應用該系列封井器外，對新投產的井也配套生產安裝該系列封井器。該系列封井器安裝維護簡便，大幅減少了采油工維護工作量，降低了使用維護成本，消除了安全環保風險?？蓮V泛應用于抽油機井口的密封。

3.2 應用情況跟蹤

通過跟蹤多功能系列封井器使用情況，未發現各部件在應用過程中出現刺漏損壞現象，工作狀態良好，盤根使用周期最長已達到8 個月。

3.2.1 常規壓力封井器應用情況

（1）高114-37 井安裝使用情況。從圖4 可看出，該井井口與抽油機光桿有一定角度，由于封井器有一定的角度調偏補償功能，封井器隨著光桿方向傾斜，減輕了光桿與封井器鋼體及光桿與密封盤根之間的磨損，光桿未見磨痕，密封盤根更換周期有效延長。

（2）高127-更48 井安裝使用情況。從圖5 可看出，該井光桿腐蝕嚴重，遍布坑洼，因該封井器V 形夾織物密封盤根彈性好且耐磨，補償光桿缺陷，很好地實現了密封，大幅降低了采油工維護工作量。

（3）高148-454 井安裝使用情況。從圖6 中可以看出，該井井口對中，光桿表面完好。密封盤根用較小預緊力即可實現井口密封，壓緊盤根后，旋松手柄（圖1）1～2 圈，即可有效密封光桿。同時，潤滑機構降低了摩擦系數，摩擦力變小，有效降低抽油機能耗，延長光桿及盤根使用壽命，封井器密封效果良好，工作更加穩定可靠。

圖4 高114-37 井應用常壓偏心封井器調偏

圖5 高127-更48 井使用常壓多功能封井器耐管桿腐蝕

圖6 高148-454 井使用PF 系列多功能封井器

3.2.2 高壓封井器應用情況

（1）高151-423 井安裝使用情況。如圖7 所示，高151-423井于2018 年4 月底開始應用。應用初期，使用不帶可調偏心功能的封井器，由于該井口與驢頭不對中，光桿與封井器嚴重偏磨，滲漏嚴重。5 月份更換可調偏心的高壓多功能封井器后，密封效果很好，到目前為止未更換盤根。

（2）高157-48 井安裝使用情況。如圖8 所示，高157-48 井也是2018 年4 月底開始應用。應用初期，使用不可調偏封井器，光桿與封井器嚴重不對中，產生偏磨，密封效果不理想，1 周內出現滲漏。5 月份更換可調偏心的高壓多功能封井器后，密封效果良好，到目前為止未更換盤根。

圖7 高151-423 使用高壓偏心封井器前后對比

圖8 高157-48 更換高壓偏心封井器后

圖9 北1-4-P43 井使用高壓偏心封井器

（3）北1-4-P43 井安裝使用情況。如圖9 所示，北1-4-P43井于2018 年5 月中旬開始應用偏心高壓封井器，但由于作業隊安裝施工過程中未予調偏找正，光桿與封井器嚴重偏磨，使用后第5 天出現滲漏。經指導作業隊進行調偏處理后，密封效果良好，到目前為止未更換盤根。

4 結論

通過對多功能系列封井器進行理論分析計算和現場應用情況跟蹤，得出以下結論：

4.1 密封性能可靠

倒V 形安裝盤根更符合抽油機井運行規律；V 形夾織物橡膠密封圈柔軟耐磨，彈性好，對光桿缺陷有一定的包容性；盤根更換周期延長到180 d 以上。

4.2 實現高壓封井

通過強度計算，殼體可承壓32 MPa；對封井器進行密封性測試，壓力值25 MPa，穩壓30 min，壓力未降；應用34 口高壓井，密封效果好；具有封井器功能，將封井開關關閉，即可更換盤根，操作簡易可靠。

4.3 具有調偏功能

4.4 潤滑保護光桿

密封盤根之間有存油間隙，起到潤滑作用；密封盤根預緊壓力小，降低了光桿的摩擦力；上部潤滑腔可提供潤滑油或潤滑脂，潤滑保護光桿。