螺杆泵井口高压动密封掺稀注液装置的应用

李夫银，李 超，高震贤

（1.大港油田公司物资装备处；2.大港油田公司第一采油厂生产科；3.大港油田公司第五采油厂物资装备管理站，天津 300280）

螺杆泵环空掺稀油举升工艺是一种适用于稠油开采的较为成熟的举升工艺。但由于井口高压动密封问题无法解决，限制了该工艺的推广应用。

一、螺杆泵空心抽油杆动密封掺稀注液装置设计方案

1.液压旋转接头

液压旋转接头采用高精度轴孔配合的微间隙密封结构，将控制旋转油缸内的高压流体在旋转油缸以较高转速旋转的条件下，实现密封输送（无外泄漏）和液压传递。

液压旋转接头的核心是L型旋转器，如图1所示，它是为高压液压系统设计的一种旋转接头。L型旋转器内部使用深沟球轴承支撑，高速运转稳定可靠。内部密封采用平衡式机械密封，密封面采用陶瓷环，耐腐蚀、耐磨损、不需要外部支撑，密封稳定可靠。

L型旋转器的旋转密封采用机械密封。机械旋转密封（图1）由部件1、2、3、4组成。部件1与部件2通过螺栓把合在一起，工作状态与外壳保持静止。部件1通过沿圆周均布的多个油道将介质输送到部件2，部件2通过沿圆周均布的多个油道将介质输送到部件3，部件3通过沿圆周均布的多个油道将介质输送到心轴。部件3和部件4通过螺栓把合在一起，工作状态与心轴保持静止。相对转动在部件2和部件3之间发生。机械旋转密封的结构使之能在滑动面之间总存在良好的静压油膜润滑，从而实现机械旋转密封的长寿命。

图1中Ha和Hd是两很小的环形间隙（0.005mm），b和c是两个环形液腔。c腔的压力约等于从外壳供给的压力，它的存在推动部件1和2向右运动，介质进入b腔，b腔的环形面积约等于c腔的2倍。当b腔压力为c腔压力1/2时，将推动1和2向左运动。因此，介质自动将b腔压力调整为外部供油压力的一半。流径间隙Ha与流径间隙Hd的流量是相等的，流径间隙Ha与流径间隙Hd的压差也是相等的。当满足Ld/La=Rd/Ra时，平衡点间隙Ha的大小与间隙Hd相等，即Ha=Hd。因此，如果Ha+Hd=0.01mm，则在平衡点Ha=Hd=0.005mm。

图1 L型旋转器内部结构示意图

2.动密封注流器

动密封注流器与旋转接头密封是由一个自定位碳石墨密封件相对一个球形不锈钢凹面转动来完成。压力波动和热油槌击是动密封失效的主要原因，这种设计使碳石墨的密封面在其外径上能够承受更大的压力载荷。碳石墨在压缩状态下的强度是平时的3～4倍，并能承受更大的冲击，更能承受压力的波动和热油的槌击。注流器内部两套弹簧装置控制着球阀与阀座的间隙，在流体压力小于0.2MPa的情况下处于常闭状态。

3.运行效果

固定装置将空心抽油杆动密封注液装置固定在螺杆泵专用地面驱动设备上，使旋转接头与地面旋转设备保持良好的同轴度，高压高温稀油通过高压软管、上连接体进入到旋转接头内，高压高温稀油在较高转速旋转的条件下，实现动密封输送（无外泄漏）。高温高压热油由旋转接头实现动密封输送后经注流器进入空心抽油杆内腔中。注流液体压力达到0.2MPa时，流体压力驱动弹簧压缩，打开注流器，流体进入空心杆。当停止注液时，注流器便自动关闭，封闭井底上返压力。井底上返压力越大，注流器密闭效果越好。

二、结论

（1）应用螺杆泵空心抽油杆动密封掺稀注液装置，可以实现动密封，密封效果与井底上返压力成正比。

（2）动密封掺稀注液装置不使用手动阀门控制空心杆流体外溢和渗漏，消除了手动阀门带来的启闭不方便、不安全、关闭不严、易渗漏、易损坏等弊端，有利于降低螺杆泵施工作业风险。

（3）与机采井相比，螺杆泵井更节能。螺杆泵井口高压动密封掺稀注液装置的应用更利于在稠油井推广使用螺杆泵。

[1]吉效科.油田设备技术与管理[M].中国石化出版社，2009.

[2]魏秦文，张茂.潜油电机驱动采油技术的发展[J].石油矿场机械,2007,36(7)：1-7.