机械密封双向加力补偿光杆密封器的应用

摘 要：有杆抽油系统是我国原油的主要生产系统，该系统地面设备中井口光杆密封装置总体性能的好坏，直接影响着地面设备的工作质量。在油井生产过程中，由于盘根长时间与光杆摩擦而损坏，造成盘根盒处油气渗漏，污染环境，影响油井正常生产。需要及时更换抽油机井的盘根，避免油气污染环境，确保油井正常生产。现有的光杆密封器的密封元件使用周期短，更换密封元件过程复杂，存在着较大的安全隐患。所以我们引进了机械密封双向补偿光杆密封器。相对于老式的光杆密封器，它的密封元件采用灰铸铁材料，更换周期大大延长，密封元件的更换操作更加简洁、安全。节省了大量人力物力，如果能广泛应用，将带来可观的经济效益。

关键词：机械密封；双向加力补偿；灰铸铁密封元件；

中图分类号：TE931.2 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01

一、原理和主要结构

（一）机械密封光杆密封器的技术原理

现有光杆密封器的密封元件材料是橡胶，橡胶材质的耐磨损能力较差。尤其是在产量较低、有间出情况、光杆与井口不对中的抽油机井上使用时，光杆与盘根形成“干磨”的情况，摩擦产生的高温会使橡胶材质变软，磨损加快。

耐高温长效光杆密封器有三道密封，下面一道为主要密封元件，其材料为灰铸铁，上面两道密封材料为耐磨、耐油橡胶。灰铸铁材料硬度比光杆硬度低，相互配合摩擦力小，耐高温，使用寿命长。由于光杆的几何精度偏差，光杆与密封件需要一定的磨合期。在磨合期间有一定的泄漏，所以增加橡胶盘根做辅助密封。

（二）机械密封光杆密封器的主要结构：橡胶密封件 灰铸铁密封件 防喷装置 调偏装置

耐高温长效光杆密封器的调偏装置由球座室、调偏球销、调偏球座、锁紧球盖组成。密封器与四通连接好后，。让杆柱重量加在抽油机悬点上时，将锁紧的锁紧球盖松开半圈，这时调偏装置会自动调偏。当光杆稳定后扭紧锁紧球盖后，调偏工作完成。调偏装置调偏半径为0-7mm .

1、光杆断裂防喷装置

为防止光杆意外断裂，井口无法密封造成油气泄漏、环境污染的情况发生，新型光杆密封器增加了防喷装置。光杆断裂防喷装置由防喷阀、隔板、弹簧、连接柱、丝堵组成。安装好后，两边的丝堵拧紧。当发生光杆断裂的情况时，防喷阀受到两边弹簧的压力，向中间并拢，形成密封。经过多次实验，防喷装置可以在1.5MPa压力下密封完好，无渗漏

2、灰铸铁密封系统

灰铸铁密封系统由灰铸铁密封块、弹簧、丝堵、隔板组成。安装完成时拧紧两边的顶丝即可。光杆的硬度大于250HB，灰铸铁的硬度为 170―220HB铸铁材料硬度比光杆硬度低，不会损伤光杆。橡胶与光杆的摩擦系数至少大于0.36，而金属面摩擦系数为0.16―0.18，且金属耐高温，可以在200摄氏度的高温下正常工作。相对于橡胶密封元件，灰铸铁密封元件的耐损周期大大延长。

3、橡胶密封系统

橡胶密封系统由密封块外套、密封块、密封块座组成。由于光杆的几何精度偏差，光杆与铸铁密封件需要一定的磨合期。在磨合期间有一定的泄漏，所以增加橡胶密封元件做辅助密封。组装好后，只需要转动密封块外套至到无泄漏即可。橡胶密封元件的对扣式设计使得它的更换非常方便，只需要用管钳拧开压盖，用螺丝刀起出密封件并加入新的密封件即可。

二、现场应用情况

2014年1月在杜80-29-63井安装耐高温长效光杆密封器，该井原来换盘根周期为20至30天，使用新型密封器至今已使用350余天，期间未更换过一次盘根，换盘根周期延长了20倍有余。

2014年6月在杜813-44-86井安装耐高温长效光杆密封器，该井原来换盘根周期为20天至30天，使用新型密封器至今未更换过一次盘根。随着时间的推移，耐高温长效光杆密封器的耐损效果将会更加明显。

截止到2014年底，已安装使用10口井。

三、机械密封光杆密封器使用特点

（一）灰铸铁机械密封替代橡胶、石墨等盘根

灰铸铁机械硬度低于光杆硬度，运行过程中对光杆无伤害，而高于光杆表面铁锈及水垢的硬度，磨合期间起到光杆除锈和打磨水垢的作用，运行过程中起到防锈、防垢的作用。

（二）双向加力，可全方位补偿

密封元件主要材料为灰铸铁（机械密封），开关为两半对开矩形齿相互嵌入与光杆在弹簧压力的作用下紧密配合，起到时时密封作用。解决了其它光杆密封器无法紧固盘根内圆，即盘根抱紧光杆的问题，由于弹簧时时加力，起到了对盘根内圆的补偿作用。

（三）盘根使用周期长

通过安装耐高温光杆密封器，油井光杆密封时间显著加长，老式光杆密封器平均密封时间为20天左右，新式光杆密封器平均密封时间84天，目前状况较好。

（四）可提高油井生产实率

老式光杆密封器平均密封时间为20天左右，按20天算，年生产天数按300天算，每口井每年需要更换盘根15次。每次更换盘根按20分钟算，每口井每年更换盘根的时间为5小时。新式光杆密封器平均密封时间为80天，年生产天数按300天算，每口井每年需要更换盘根4次。

四、机械密封光杆密封器使用效果

（一）通过安装耐高温光杆密封器，油井光杆密封时间显著加长，老式光杆密封器平均密封时间为不足20天，新式光杆密封器平均密封时间84天，并且10口井目前状况都非常完好，都在继续使用。

（二）降低材料使用费用、提高油井生产实率

老式光杆密封器平均密封时间为不足20天，按20天算，年生产天数按300天算，每口井每年需要更换盘根15次。每次更换盘根按20分钟算，每口井每年更换盘根的时间为5小时。新式光杆密封器平均密封时间为100天，年生产天数按300天算，每口井每年需要更换盘根3次。每次更换盘根按20分钟算，每口井每年更换盘根的时间为1小时。

五、结论与认识

通过对此机械密封光杆密封器的现场应用与分析，我们认为该工具设计新颖、操作简便、能够大幅度延长换盘根周期，节省大量人力物力，减少安全隐患，如果能广泛使用将带来巨大的经济效益。