抽油机井口光杆密封技术

陈庆华

（大庆油田有限责任公司第一采油厂生产保障大队，黑龙江大庆 163000）

0 引言

据不完全统计，仅大庆油田采油一厂在采油过程中，抽油机井需要加装井口密封装置（简称封井器）的总数就在7000 口以上。如果使用的封井器性能不可靠，轻则造成井口渗漏，增加采油工的维护工作量；重则可能导致井喷，既会给油田带来巨大的直接经济损失，还会间接影响到企业在社会上的声誉。大庆油田使用的封井器种类多样，其中防喷盒、偏心防喷盒、胶皮闸门等使用较为普遍，但是这些普通封井器的使用都有其自身的局限性。多数普通封井器因承压低、对井口偏心或光杆锈蚀等缺陷适应性不强，存在密封效果差、维护成本高、安全风险不可控等不良因素，而且随着油田开发后期对清洁生产的要求不断提高，井口渗漏、光杆断后发生井喷等造成的环境污染越来越成为监察的重点，环保治理压力凸显。因此研究具有可靠性能好、适用能力强、维护成本低、环保风险小等优点的多功能系列封井器尤为重要。

1 多功能系列封井器技术

1.1 工作原理

井口调偏机构由偏心卡箍头、球压帽、偏心球接头等组成，使用时通过旋转偏心卡箍头和偏心球接头，使二者的偏心距在0～18 mm 径向无级调节，轴向调偏角度为0～7.826，偏心球接头可在偏心卡箍头内360径向摆动，由轴向角度和径向距离的配合实现井口调偏功能；封井机构由偏心球接头、下压套、中间接头等组成，正常工作期间封井机构不工作，封井盘根不压紧，当需要更换二级盘根或三级盘根时，旋转中间球头，压紧封井盘根，封井器工作，实现封井功能；井口盘根盒由中间接头、上压套、上衬套和上压帽等构成，搬动手柄，旋紧上压套，盘根盒中盘根工作，实现井口密封功能；上压帽、挡垫、密封盘根、压盖等构成盘根盒润滑、防尘和三级密封机构，实现封井器润滑（图1）。

1.2 可行性分析

1.2.1 密封机构分析

常规密封盘根为圆柱或圆柱螺旋橡胶盘根，其单个（或单圈）厚度约为10 mm。材料比较硬，工作中需较大的预紧压力，导致其与光杆的摩擦力增大，既耗费电能，又容易拉伤光杆；由于其弹性补偿较小，对表面腐蚀出现坑洼的光杆，密封效果不理想；同时，常规密封盘根无存油间隙，润滑性能较差，盘根及光杆磨损较严重，也不易于安装更换。

图1 多功能系列封井器结构

1.2.2 封井机构分析

常规封井器封井机构为胶皮清蜡闸门，其结构较大，封井时需分别关闭2 个手轮、操作不便。

本研发设计的封井机构具有结构紧凑、操作简易、封井性能安全可靠的优点。它由偏心球接头、封井盘根、下压套、中间接头等组成，正常工作期间封井机构不工作，封井盘根不压紧，当需要更换二级盘根或三级盘根时，旋转中间球头，压紧封井盘根，封井器工作，实现封井功能。

1.2.3 调偏机构分析

常规封井器无可调偏机构。井口不正时，需调整抽油机驴头，调整过程既繁琐又不安全，而且很难达到预期效果。

本研发设计的井口调偏机构具有径向无级调节和轴向角度调偏的功能，基本能够满足抽油机井口调偏需求，调偏过程简便安全。由偏心卡箍头、球压帽、偏心球接头等组成，使用时通过旋转偏心卡箍头和偏心球接头在偏心球座内360径向摆动，配合轴向角度调偏，可实现井口调偏功能。

1.2.4 润滑机构分析

常规封井器无润滑机构，盘根与光杆磨损较大。

本研发设计有自润滑机构：上压帽、挡垫、密封盘根、压盖等构成盘根盒润滑、防尘和三级密封机构，通过黄油嘴向上压帽内的海绵填充物加注润滑脂（夏季）或润滑油（冬季），且V 形密封盘根的间隙也可存留油液，可实现对光杆的润滑保护功能。

2 参数设定

2.1 密封盘根参数设定

2.2 封井盘根参数设定

2.3 井口调偏机构参数设定

由偏心卡箍头、球压帽、偏心球接头等组成，使用时通过旋转偏心卡箍头和偏心球接头，使二者的偏心距在0～18 mm 径向无级调节，偏心球头可在偏心球座内360 度径向摆动，轴向调偏角度0～7.826，由轴向和径向的配合实现井口调偏功能。该调偏机构能有效补偿抽油机井口偏心状况。

2.4 光杆保护参数设定

图2 V 形夹织物橡胶密封圈

图3 封井盘根

所有钢结构零件均为机械加工常用的45#钢，且与光杆均不接触，最小间隙3 mm；与光杆有可能接触的3 个零件（垫环、盘根座、上衬套，如图1 所示），其材料均为聚四氟乙烯，该材料本身耐磨、柔软、不伤光杆，其与光杆的间隙为1 mm，便于套装光杆。只有密封光杆的V 形夹织物橡胶密封圈与光杆接触。以上参数的设定，能够有效保护光杆并提高其使用寿命。

2.5 联接部件参数设定

针对2.5 英寸、3 英寸不同井口，封井器与井口连接部分分别采用27/8TBG 或31/2TBG 偏心卡箍头与井口上常用的27/8TBG 或31/2TBG 卡箍头相连接，连接简便可靠。

2.6 钢结构件尺寸参数设定

所有钢结构件尽量采用等强度设计，既满足使用要求又无过多冗余。该系列高压封井器尺寸结构紧凑，短小精悍。

3 技术应用情况及跟踪

3.1 现场应用情况

目前，我厂抽油机井使用高压系列封井器34 套，常压系列封井器应用5000 套以上。盘根更换周期由原来的15 d 延长至180 d 以上。除老井大面积推广应用该系列封井器外，对新投产的井也配套生产安装该系列封井器。该系列封井器安装维护简便，大幅减少了采油工维护工作量，降低了使用维护成本，消除了安全环保风险。可广泛应用于抽油机井口的密封。

3.2 应用情况跟踪

通过跟踪多功能系列封井器使用情况，未发现各部件在应用过程中出现刺漏损坏现象，工作状态良好，盘根使用周期最长已达到8 个月。

3.2.1 常规压力封井器应用情况

（1）高114-37 井安装使用情况。从图4 可看出，该井井口与抽油机光杆有一定角度，由于封井器有一定的角度调偏补偿功能，封井器随着光杆方向倾斜，减轻了光杆与封井器钢体及光杆与密封盘根之间的磨损，光杆未见磨痕，密封盘根更换周期有效延长。

（2）高127-更48 井安装使用情况。从图5 可看出，该井光杆腐蚀严重，遍布坑洼，因该封井器V 形夹织物密封盘根弹性好且耐磨，补偿光杆缺陷，很好地实现了密封，大幅降低了采油工维护工作量。

（3）高148-454 井安装使用情况。从图6 中可以看出，该井井口对中，光杆表面完好。密封盘根用较小预紧力即可实现井口密封，压紧盘根后，旋松手柄（图1）1～2 圈，即可有效密封光杆。同时，润滑机构降低了摩擦系数，摩擦力变小，有效降低抽油机能耗，延长光杆及盘根使用寿命，封井器密封效果良好，工作更加稳定可靠。

图4 高114-37 井应用常压偏心封井器调偏

图5 高127-更48 井使用常压多功能封井器耐管杆腐蚀

图6 高148-454 井使用PF 系列多功能封井器

3.2.2 高压封井器应用情况

（1）高151-423 井安装使用情况。如图7 所示，高151-423井于2018 年4 月底开始应用。应用初期，使用不带可调偏心功能的封井器，由于该井口与驴头不对中，光杆与封井器严重偏磨，渗漏严重。5 月份更换可调偏心的高压多功能封井器后，密封效果很好，到目前为止未更换盘根。

（2）高157-48 井安装使用情况。如图8 所示，高157-48 井也是2018 年4 月底开始应用。应用初期，使用不可调偏封井器，光杆与封井器严重不对中，产生偏磨，密封效果不理想，1 周内出现渗漏。5 月份更换可调偏心的高压多功能封井器后，密封效果良好，到目前为止未更换盘根。

图7 高151-423 使用高压偏心封井器前后对比

图8 高157-48 更换高压偏心封井器后

图9 北1-4-P43 井使用高压偏心封井器

（3）北1-4-P43 井安装使用情况。如图9 所示，北1-4-P43井于2018 年5 月中旬开始应用偏心高压封井器，但由于作业队安装施工过程中未予调偏找正，光杆与封井器严重偏磨，使用后第5 天出现渗漏。经指导作业队进行调偏处理后，密封效果良好，到目前为止未更换盘根。

4 结论

通过对多功能系列封井器进行理论分析计算和现场应用情况跟踪，得出以下结论：

4.1 密封性能可靠

倒V 形安装盘根更符合抽油机井运行规律；V 形夹织物橡胶密封圈柔软耐磨，弹性好，对光杆缺陷有一定的包容性；盘根更换周期延长到180 d 以上。

4.2 实现高压封井

通过强度计算，壳体可承压32 MPa；对封井器进行密封性测试，压力值25 MPa，稳压30 min，压力未降；应用34 口高压井，密封效果好；具有封井器功能，将封井开关关闭，即可更换盘根，操作简易可靠。

4.3 具有调偏功能

4.4 润滑保护光杆

密封盘根之间有存油间隙，起到润滑作用；密封盘根预紧压力小，降低了光杆的摩擦力；上部润滑腔可提供润滑油或润滑脂，润滑保护光杆。