抽油機(jī)井口光桿密封技術(shù)

陳慶華

（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠生產(chǎn)保障大隊(duì)，黑龍江大慶 163000）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅大慶油田采油一廠在采油過(guò)程中，抽油機(jī)井需要加裝井口密封裝置（簡(jiǎn)稱封井器）的總數(shù)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(hù)工作量；重則可能導(dǎo)致井噴，既會(huì)給油田帶來(lái)巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)間接影響到企業(yè)在社會(huì)上的聲譽(yù)。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(shù)普通封井器因承壓低、對(duì)井口偏心或光桿銹蝕等缺陷適應(yīng)性不強(qiáng)，存在密封效果差、維護(hù)成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)不可控等不良因素，而且隨著油田開發(fā)后期對(duì)清潔生產(chǎn)的要求不斷提高，井口滲漏、光桿斷后發(fā)生井噴等造成的環(huán)境污染越來(lái)越成為監(jiān)察的重點(diǎn)，環(huán)保治理壓力凸顯。因此研究具有可靠性能好、適用能力強(qiáng)、維護(hù)成本低、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)的多功能系列封井器尤為重要。

1 多功能系列封井器技術(shù)

1.1 工作原理

井口調(diào)偏機(jī)構(gòu)由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，軸向調(diào)偏角度為0～7.826，偏心球接頭可在偏心卡箍頭內(nèi)360徑向擺動(dòng)，由軸向角度和徑向距離的配合實(shí)現(xiàn)井口調(diào)偏功能；封井機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)不工作，封井盤根不壓緊，當(dāng)需要更換二級(jí)盤根或三級(jí)盤根時(shí)，旋轉(zhuǎn)中間球頭，壓緊封井盤根，封井器工作，實(shí)現(xiàn)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(gòu)成，搬動(dòng)手柄，旋緊上壓套，盤根盒中盤根工作，實(shí)現(xiàn)井口密封功能；上壓帽、擋墊、密封盤根、壓蓋等構(gòu)成盤根盒潤(rùn)滑、防塵和三級(jí)密封機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)封井器潤(rùn)滑（圖1）。

1.2 可行性分析

1.2.1 密封機(jī)構(gòu)分析

常規(guī)密封盤根為圓柱或圓柱螺旋橡膠盤根，其單個(gè)（或單圈）厚度約為10 mm。材料比較硬，工作中需較大的預(yù)緊壓力，導(dǎo)致其與光桿的摩擦力增大，既耗費(fèi)電能，又容易拉傷光桿；由于其彈性補(bǔ)償較小，對(duì)表面腐蝕出現(xiàn)坑洼的光桿，密封效果不理想；同時(shí)，常規(guī)密封盤根無(wú)存油間隙，潤(rùn)滑性能較差，盤根及光桿磨損較嚴(yán)重，也不易于安裝更換。

圖1 多功能系列封井器結(jié)構(gòu)

1.2.2 封井機(jī)構(gòu)分析

常規(guī)封井器封井機(jī)構(gòu)為膠皮清蠟閘門，其結(jié)構(gòu)較大，封井時(shí)需分別關(guān)閉2 個(gè)手輪、操作不便。

本研發(fā)設(shè)計(jì)的封井機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)易、封井性能安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。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(jī)構(gòu)不工作，封井盤根不壓緊，當(dāng)需要更換二級(jí)盤根或三級(jí)盤根時(shí)，旋轉(zhuǎn)中間球頭，壓緊封井盤根，封井器工作，實(shí)現(xiàn)封井功能。

1.2.3 調(diào)偏機(jī)構(gòu)分析

常規(guī)封井器無(wú)可調(diào)偏機(jī)構(gòu)。井口不正時(shí)，需調(diào)整抽油機(jī)驢頭，調(diào)整過(guò)程既繁瑣又不安全，而且很難達(dá)到預(yù)期效果。

本研發(fā)設(shè)計(jì)的井口調(diào)偏機(jī)構(gòu)具有徑向無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和軸向角度調(diào)偏的功能，基本能夠滿足抽油機(jī)井口調(diào)偏需求，調(diào)偏過(guò)程簡(jiǎn)便安全。由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏心卡箍頭和偏心球接頭在偏心球座內(nèi)360徑向擺動(dòng)，配合軸向角度調(diào)偏，可實(shí)現(xiàn)井口調(diào)偏功能。

1.2.4 潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)分析

常規(guī)封井器無(wú)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，盤根與光桿磨損較大。

本研發(fā)設(shè)計(jì)有自潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)：上壓帽、擋墊、密封盤根、壓蓋等構(gòu)成盤根盒潤(rùn)滑、防塵和三級(jí)密封機(jī)構(gòu)，通過(guò)黃油嘴向上壓帽內(nèi)的海綿填充物加注潤(rùn)滑脂（夏季）或潤(rùn)滑油（冬季），且V 形密封盤根的間隙也可存留油液，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光桿的潤(rùn)滑保護(hù)功能。

2 參數(shù)設(shè)定

2.1 密封盤根參數(shù)設(shè)定

2.2 封井盤根參數(shù)設(shè)定

2.3 井口調(diào)偏機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)定

由偏心卡箍頭、球壓帽、偏心球接頭等組成，使用時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，偏心球頭可在偏心球座內(nèi)360 度徑向擺動(dòng)，軸向調(diào)偏角度0～7.826，由軸向和徑向的配合實(shí)現(xiàn)井口調(diào)偏功能。該調(diào)偏機(jī)構(gòu)能有效補(bǔ)償抽油機(jī)井口偏心狀況。

2.4 光桿保護(hù)參數(shù)設(shè)定

圖2 V 形夾織物橡膠密封圈

圖3 封井盤根

所有鋼結(jié)構(gòu)零件均為機(jī)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(gè)零件（墊環(huán)、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(shù)的設(shè)定，能夠有效保護(hù)光桿并提高其使用壽命。

2.5 聯(lián)接部件參數(shù)設(shè)定

針對(duì)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(jiǎn)便可靠。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)件尺寸參數(shù)設(shè)定

所有鋼結(jié)構(gòu)件盡量采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，既滿足使用要求又無(wú)過(guò)多冗余。該系列高壓封井器尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，短小精悍。

3 技術(shù)應(yīng)用情況及跟蹤

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

目前，我廠抽油機(jī)井使用高壓系列封井器34 套，常壓系列封井器應(yīng)用5000 套以上。盤根更換周期由原來(lái)的15 d 延長(zhǎng)至180 d 以上。除老井大面積推廣應(yīng)用該系列封井器外，對(duì)新投產(chǎn)的井也配套生產(chǎn)安裝該系列封井器。該系列封井器安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，大幅減少了采油工維護(hù)工作量，降低了使用維護(hù)成本，消除了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。可廣泛應(yīng)用于抽油機(jī)井口的密封。

3.2 應(yīng)用情況跟蹤

通過(guò)跟蹤多功能系列封井器使用情況，未發(fā)現(xiàn)各部件在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)刺漏損壞現(xiàn)象，工作狀態(tài)良好，盤根使用周期最長(zhǎng)已達(dá)到8 個(gè)月。

3.2.1 常規(guī)壓力封井器應(yīng)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(jī)光桿有一定角度，由于封井器有一定的角度調(diào)偏補(bǔ)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(zhǎng)。

（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(yán)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(bǔ)償光桿缺陷，很好地實(shí)現(xiàn)了密封，大幅降低了采油工維護(hù)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(duì)中，光桿表面完好。密封盤根用較小預(yù)緊力即可實(shí)現(xiàn)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(shí)，潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)降低了摩擦系數(shù)，摩擦力變小，有效降低抽油機(jī)能耗，延長(zhǎng)光桿及盤根使用壽命，封井器密封效果良好，工作更加穩(wěn)定可靠。

圖4 高114-37 井應(yīng)用常壓偏心封井器調(diào)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(yīng)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(yīng)用。應(yīng)用初期，使用不帶可調(diào)偏心功能的封井器，由于該井口與驢頭不對(duì)中，光桿與封井器嚴(yán)重偏磨，滲漏嚴(yán)重。5 月份更換可調(diào)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(yīng)用。應(yīng)用初期，使用不可調(diào)偏封井器，光桿與封井器嚴(yán)重不對(duì)中，產(chǎn)生偏磨，密封效果不理想，1 周內(nèi)出現(xiàn)滲漏。5 月份更換可調(diào)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(duì)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(yīng)用偏心高壓封井器，但由于作業(yè)隊(duì)安裝施工過(guò)程中未予調(diào)偏找正，光桿與封井器嚴(yán)重偏磨，使用后第5 天出現(xiàn)滲漏。經(jīng)指導(dǎo)作業(yè)隊(duì)進(jìn)行調(diào)偏處理后，密封效果良好，到目前為止未更換盤根。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)多功能系列封井器進(jìn)行理論分析計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況跟蹤，得出以下結(jié)論：

4.1 密封性能可靠

倒V 形安裝盤根更符合抽油機(jī)井運(yùn)行規(guī)律；V 形夾織物橡膠密封圈柔軟耐磨，彈性好，對(duì)光桿缺陷有一定的包容性；盤根更換周期延長(zhǎng)到180 d 以上。

4.2 實(shí)現(xiàn)高壓封井

通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，殼體可承壓32 MPa；對(duì)封井器進(jìn)行密封性測(cè)試，壓力值25 MPa，穩(wěn)壓30 min，壓力未降；應(yīng)用34 口高壓井，密封效果好；具有封井器功能，將封井開關(guān)關(guān)閉，即可更換盤根，操作簡(jiǎn)易可靠。

4.3 具有調(diào)偏功能

4.4 潤(rùn)滑保護(hù)光桿

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