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防砂式無間隙密封抽油泵研制成果總結(jié)
發(fā)布時(shí)間：2011-1-24 10:05:54 | 閱讀次數(shù)：1041次
現(xiàn)在我國(guó)各油田使用的油桶泵柱塞和泵筒間多以間隙密封為主。為解
決泵的防砂問題，多在柱塞上加工環(huán)形切槽，為方便檢修泵時(shí)沖砂，
安裝可拆出的固定閥，或在固定閥上加存砂槽。為了解決耐磨問題，
泵筒用合金鋼加特種熱處理，再珩磨加工，或用45號(hào)鋼碳氮共滲，再
珩磨加工；柱塞用合金鋼電鍍硬鉻，或噴焊耐磨合金，再磨削加工。
即使采取上述措施，泵的防砂和耐磨效果并不理想。究其原因是間隙
密封造成微細(xì)砂粒隨柱塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入泵筒和柱塞間的間隙產(chǎn)生研磨作用
，而隨著使用周期的延長(zhǎng)，磨損加重，泄漏加劇，直至報(bào)廢。
一、研制情況 新研制的防砂式無間隙密封抽油泵成功地解
決了油桶泵存在的上述問題，液下泵即用無間隙密封代替間隙密封;
柱塞長(zhǎng)度改短，只有間隙密封柱塞長(zhǎng)度的一半；柱塞本體上安裝改進(jìn)
的斯特槽可脹密封。中硬度耐磨脹圈和高硬度耐磨脹圈。這3種密封
的組件均由耐磨、摩擦系數(shù)小、彈性好的材料經(jīng)特種加工處理制成，
可保證抽油泵從下井工作到檢泵始終處于無間隙狀態(tài)。以油砂混合液
為工作介質(zhì)(遼河油田原油，80目篩下的砂粒占5%)做井上模擬測(cè)試。
在20MPa下，抽吸阻力只有157+20N，充滿系數(shù)1，由此預(yù)計(jì)可提高泵
效20%~50%。模擬試驗(yàn)中觀察，3種密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組件的特種唇邊
設(shè)計(jì)，阻止了微細(xì)砂進(jìn)入柱塞2泵筒摩擦副內(nèi)。 因短柱塞本體上安裝
的3種密封有可脹性，故泵筒和柱塞本體的加工精度大大降低。測(cè)試
時(shí)，柱塞運(yùn)行速度1m/s，連續(xù)抽吸運(yùn)轉(zhuǎn)30d，泵筒無擦痕，磨損微量
，表面均勻光亮。按此情況估算，井下作業(yè)情況惡劣時(shí)，泵的壽命可
達(dá)到215~3a，而泵筒磨損均勻，不會(huì)象間隙密封那樣產(chǎn)生偏磨或腰鼓
狀泵筒內(nèi)表面。柱塞本體除安裝了3種密封外，還有2個(gè)游動(dòng)閥和1個(gè)
特種造旋閥罩，本體上加工有防砂槽，會(huì)將侵入的細(xì)砂存入防砂槽內(nèi)
。模擬試驗(yàn)中，槽內(nèi)有微量砂粒，柱塞本體上部的造旋閥罩和泵筒下
部的造旋閥罩可借助柱塞的強(qiáng)大抽吸力為抽入泵內(nèi)的原油造旋，將混
入原油中的砂粒迅速抽排到泵外。由于柱塞短，在防沖距相同情況下
，泵筒縮短700~800mm，檢修泵時(shí)只需更換柱塞上的3種密封件，柱塞
本體可多次使用。
二、技術(shù)要點(diǎn)
1、油泵的無間隙密封和高泵效 柱塞上安裝的3種可脹密封的合理結(jié)
構(gòu)、安置在柱塞上的位置、組成密封的零件材質(zhì)選擇、加工精度和加
工工藝等是確保抽油泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中始終保持無間隙、耐磨損、低摩
擦系數(shù)和高效長(zhǎng)壽命工作的關(guān)鍵。圖1所示是各種密封和游動(dòng)閥在柱
塞上的位置。件2、3為中硬度密封脹圈;件4、5、6為改進(jìn)的斯特槽密
封;件7、8為高硬度硬質(zhì)密封脹圈;件2有2件，用中硬度耐磨鑄鐵制成
;件3用彈簧鋼制成。安裝時(shí)2個(gè)外環(huán)開口互錯(cuò)開180b，內(nèi)環(huán)開口與外
環(huán)開口錯(cuò)開90b，并用銷釘將3個(gè)環(huán)固定，外環(huán)在自身脹力和內(nèi)環(huán)脹力
共同作用下，緊貼泵筒內(nèi)表面運(yùn)行，脹圈不但軸向密封好，而且徑向
密封也好，故阻止微細(xì)砂進(jìn)入軸向摩擦副，也可阻止微細(xì)砂進(jìn)入內(nèi)環(huán)
3的內(nèi)部空隙中，料漿泵不會(huì)阻礙脹圈運(yùn)行中呼吸。件4、5、6為內(nèi)部
填充耐磨金屬或非金屬有機(jī)物制成，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，結(jié)構(gòu)本
身可保證密封有一定的外脹性。為防止細(xì)砂等物質(zhì)侵入密封內(nèi)部，在
件5和6的兩側(cè)加裝了擋圈4，有效地阻止細(xì)砂等侵入密封體內(nèi)部而影
響張力。件7、8結(jié)構(gòu)同件2、3中硬度耐磨脹圈，只是外環(huán)7采用特種
合金鋼熱處理制成，其表面硬度小于泵筒內(nèi)表面硬度，彈性好，耐磨
性好，摩擦系數(shù)小，實(shí)現(xiàn)密封是其主要功能。這3種密封結(jié)構(gòu)可保證
對(duì)泵筒內(nèi)壁有均勻的內(nèi)脹力和可靠的徑向軸間密封性能，油泵保證抽
吸真空度和高的充滿系數(shù)，從而保證了高泵效。
2、主動(dòng)防砂功能和長(zhǎng)壽命 柱塞本體上安裝的3種可脹密封和密封外
環(huán)的特種唇邊設(shè)計(jì)，阻止了細(xì)砂不能進(jìn)入摩擦副內(nèi)起研磨作用，大大
減弱了柱塞和泵筒磨損，即不會(huì)減弱抽吸能力。從實(shí)際模擬運(yùn)行看，
以多道防砂為主的可脹密封起到了很好的防砂作用，運(yùn)行1個(gè)月后柱
塞本體上的環(huán)槽內(nèi)僅有少量微粒砂，說明柱塞本體上開的防砂槽和本
體自身均起到了防砂作用。3種密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和在柱塞本體上的位
置保證了油桶泵有很強(qiáng)的抽吸力和排油能力，進(jìn)油出油流速高在固定
閥罩和游動(dòng)閥上部閥罩上開有造旋槽，見圖2、圖3，使進(jìn)排油流呈強(qiáng)
旋流狀，細(xì)砂來不及沉積就被排出泵外。將阻止細(xì)砂進(jìn)入運(yùn)動(dòng)副和將
細(xì)砂迅速抽排到泵外可看做是主動(dòng)防砂，防砂效果比現(xiàn)有的抽油泵上
單純防砂槽和存砂槽要好得多。從主動(dòng)防砂效果和抽油運(yùn)轉(zhuǎn)中泵筒和
柱塞間的低摩擦系數(shù)、高耐磨性和低抽吸阻力看，膠體磨該泵在井下
惡劣工況下具有長(zhǎng)壽命。
3、合理的下井工藝 在開發(fā)研制新結(jié)構(gòu)抽油泵的同時(shí)，試行了2種下
井工藝。 (1)泵筒和柱塞分別下井，即泵筒隨油管柱一起下井，柱塞
隨抽油桿柱下井。由于這種抽油泵柱塞下井有難度，建議采取2種辦
法:其一是將柱塞包容在一個(gè)專用護(hù)套內(nèi)，護(hù)套有卡爪，當(dāng)柱塞和護(hù)
套下到泵筒的口部時(shí)，磁力泵護(hù)套會(huì)自動(dòng)卡在泵筒口部預(yù)設(shè)卡套內(nèi)而
固定，柱塞則可順利地下到泵筒內(nèi)。其二是用一種特殊的膠結(jié)劑將各
道在全閉合(封好的脹圈外徑小于柱塞本體外徑)狀態(tài)下封好，柱塞再
隨抽油桿柱下井，柱塞入泵筒后和普通泵一樣調(diào)防沖距，上海正奧泵業(yè)制造有限公司
因改進(jìn)的斯特槽密封只是臨時(shí)壓型態(tài)，下井后會(huì)很快實(shí)現(xiàn)密封和阻砂功能。而其
余各道密封在柱塞下入泵筒中2~7d內(nèi)也全部打開。這種膠結(jié)劑在井內(nèi)
石油氣和原油侵蝕下，失去部分膠結(jié)強(qiáng)度后，各道彈性密封脹圈受脹
力作用被打開。 (2)用雙卡脫接器和釋放套連接抽油泵柱塞和泵筒。
下井前，將脫接器下部和柱塞連接，下入錐形口的泵筒內(nèi)，再接釋放
套和泵筒，釋放套接油管柱一起下入井內(nèi)，坐好井口后，再把脫接器
上部和油桶泵柱連接下入油管，實(shí)現(xiàn)泵整體下井。檢修泵時(shí)，可上提
抽油桿柱到泵筒上部釋放套部位，釋放套迫使脫接器雙卡收攏，使脫
接器上體與下體脫節(jié)，實(shí)現(xiàn)提桿柱和提泵作業(yè)。
