有杆抽油机井口密封装置的制作方法

本发明涉及一种有杆抽油机井口密封装置，特别是涉及有杆抽油机井口密封装置的柔性连接单元。

背景技术：

国际大部分油田采用有杆抽油设备，抽油杆带动抽油泵在油管内上下往复运动，将石油提升到地面，通过管道输送至上一级系统。在井口输油管道上方安装井口密封装置。通常井口密封装置包括防喷单元、关井单元、扶正纠偏单元、盘根盒，其工作的最核心部分是盘根盒，通过压紧盘根盒内的盘根实现对工作状态的有杆抽油机井口进行密封。井口密封装置的作用是保证有杆抽油机在工作状态、更换盘根状态、断杆状态时的井口密封。

有杆抽油机井口密封装置的密封机理是：将盘根填充在光杆与盘根盒形成的环形空间中，压盖向下挤压盘根使其产生形变，增大光杆、盘根盒内壁与盘根之间的压强，达到密封井口目的。

有杆抽油机井口密封装置主要包括以下单元：

防喷单元：日常不影响有杆抽油机正常工作，当有杆抽油机光杆断脱时防喷单元的动作部件在液体的冲击下迅速自动封堵井口。

关井单元：日常不影响有杆抽油机正常工作，当有杆抽油机停机，更换盘根盒内盘根时，人工操作关井单元使其内部盘根受到挤压产生形变，封闭井口。

扶正纠偏单元：在关井状态下，操作该单元，使盘根与光杆静态同轴，达到对盘根盒的扶正纠偏。

盘根盒：将多个盘根放入盘根盒内，通过向下挤压盘根，使其产生形变达到有杆抽油机在工作状态时的井口密封。理想状态下，盘根盒必须保持与光杆动态同轴(这里将盘根盒或盘根组与光杆时刻保持平行、同心称为动态同轴)，同时保证盘根与光杆间有充分润滑，避免盘根的偏磨和干磨。

在生产实践中，由于油井深度少则上千米，多则几千米，油井的井口不可能保持与光杆动态同轴，其原因有二：一是静态误差：即有杆抽油机停机状态时井口与光杆的不同轴所产生的误差。它包括地下、地面施工带来的工程误差，以及一段时间地质变化、气候、环境变化等产生的误差累积。二是动态误差：即有杆抽油机工作状态时的井口与光杆不同轴所产生的误差。它包括有杆抽油机工作时光杆的抖动、弯曲等所引起的误差；地质、气候、环境等变化过程中产生的误差。

由于关井单元在开关两种状态下光杆的位置发生变化，所以操作现有的扶正纠偏单元无法实现盘根与光杆的静态同轴，现有井口密封装置不具备动态扶正纠偏功能，进而导致现有的有杆抽油机工作时，盘根始终处在与光杆动态不同轴的偏磨(盘根被光杆不均匀磨损称为偏磨)状态。

公开号为cn201024953y的中国实用新型专利公开了一种多功能自动调偏光杆密封器，包括密封装置、自动调偏装置，其中的密封装置由盘根、压环、盘根压帽、手把组成；自动调偏装置由调整球、调整压帽、扶正套、“o”型圈、主体构成。该实用新型对原用密封仪进行改进，在自动调偏装置中将调整球与调整压帽、扶正套、“o”型圈组成一体；将主体上部内表面设计为球形，中部为锥形，下部为筒形，主体上部与中部的结合部位及中部与下部的结合部位均与光杆动配合，锥形中部装有密封浮球；在主体的下部安装封井胶皮阀门。改进后的密封器可解决由于光杆轴线和密封主体轴线的偏移造成的密封圈偏磨、漏失原油的问 题，并能自动调偏；光杆脱落时自动关井，方便更换盘根。

关井单元在关井状态下，必须保证盘根盒与光杆同轴，以便于盘根的更换，减少对盘根、光杆及操作人员的损伤。而上述专利公开的胶皮阀门式、以及现有的旋压式关井单元都无法实现。在有杆抽油机停机状态下，调整扶正纠偏单元必须保证盘根盒与光杆同轴。而现有的法兰球式和偏心球式扶正纠偏单元都因为受到关井单元的干扰，现场操作很难调整到理想状态。

公开号为cn200985764y的中国实用新型专利公开了一种有杆泵采油井口防喷装置，由上至下由油盖、防尘圈、压帽、扶正轮系、联结套、弹簧、锥形螺旋盘根、密封球头、下接头构成，其特征在于扶正轮系由上、下两套扶正轮系构成，上扶正轮系由油盖、防尘圈、压帽压紧在联接套的上部，下扶正轮系座于密封球头的底部，联接套与密封球头通过螺纹联接，球头压帽套于球头上部与下接头通过螺纹联接，锥形螺旋盘根由上、下两组构成，上组锥形螺旋盘根座于联接套的锥体内、下组螺旋盘根座于密封球头内腔的下螺旋盘根座上部，上、下两组螺旋盘根由上、下弹簧套通过弹簧顶紧。

由于有杆抽油机正常工作时，该专利采用的密封球式和现有的如挡板式防喷结构中的密封球、挡板都受到不同程度的磨损，所以当光杆断脱时现有多数防喷单元起不到防喷作用。

由于现有的井口密封装置都没有彻底解决有杆抽油机井盘根与光杆的偏磨和润滑问题，所以，现有的井口密封装置都存在以下缺陷；一、盘根和光杆的使用寿命短，盘根拆装难度大。二、跑冒滴漏随机性高，污染环境，需要工人每天巡井检查，生产运行成本高。三、盘根大部分面积对光杆的压力和摩擦力过大，从而导致抽油机能耗过高。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种实现光杆(7)与盘根(9)间动态同轴、彻底解决光杆(7)对盘根(9)偏磨问题的有杆抽油机井口密封装置。该密封装置还能解决光杆(7)与盘根(9)间的静态同轴和润滑问题。同时，本发明还解决光杆(7)断脱时的防喷问题。

本发明的有杆抽油机井口密封装置包括柔性连接单元，该柔性连接单元设置在井口与盘根盒之间，柔性连接单元以上部分整体时刻随光杆(7)摆动，从而实现盘根(9)与光杆(7)动态同轴，彻底解决盘根(9)偏磨问题。

更进一步地，本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括柔性连接单元，其中，柔性连接单元包括：下柔性密封套(37)、下柔性密封套外壳(12)、密封钢环(11)、上柔性密封套(10)。

更进一步地，本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括盘根盒，其中，盘根盒包括：盘根(9)、盘根外套筒(8)、盘根压环(5)、关节轴承上(3)、关节轴承下(4)、压力轴承(2)、盘根盒压帽(1)。

更进一步地，本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括扶正纠偏单元和关井单元，其中，扶正纠偏单元包括：扶正纠偏底座(25)、扶正纠偏底座密封圈(42)、纠偏密封环(23)、纠偏密封环上密封圈(45)、纠偏密封环下密封圈(46)、软连接套(22)、双半球扶正器(20)、水平压环(21)、水平压环上密封圈(41)、水平压环下密封圈(43)、扶正纠偏压帽(44)、扶正纠偏压帽销钉(24)，其中，关井单元包括：关井器底座(18)、关井盘根(19)、关井盘根压环(15)、关井盘根压环上密封圈(38)、关井盘根压环下密封圈(40)、关井盘根压环提起销钉 (39)、半锥型光杆定位块(16)、止逆集油环(14)、关井器压帽(13)、关井器压帽销钉(17)。

更进一步地，本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括还润滑单元，在盘根(9)与井口密封装置顶部之间安装固体润滑器持续、定量提供固体润滑剂(35)，其中，固体润滑器包括：u型连接件(31)、防水密封圈(36)、固体润滑剂外壳(32)、固体润滑剂(35)、压力弹簧(34)、丝堵(33)，在盘根盒与井口之间安装止逆集油环(14)，持续、提供石油作为液体润滑剂，其中，止逆集油环(14)是有一定厚度的环形弹性网状体，内径与光杆(7)直径相当，油水混合液可以单项顺利通过该网进入上方腔体，而不易通过该网流出腔体。

更进一步地，本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括防喷单元，其中，防喷单元包括：井口卡箍接头(26)、井口卡箍接头密封圈(47)、支撑弹簧(30)、下支环(29)、上支架(28)、防喷球(48)、防喷球配重块(49)、扶正纠偏底座(25)、扶正纠偏底座销钉(27)。

本发明实现光杆(7)与盘根(9)间的动态同轴，从根本上解决了光杆(7)对盘根(9)偏磨问题；实现自润滑的同时持续定量加注固体润滑剂(35)，解决盘根(9)与光杆之(7)间干磨的问题；从而达到延长光杆(7)与盘根(9)的使用寿命，安全、环保、节能、高效四项指标都达到前所未有的高度。

1、安全、高效：首先，极大延长光杆(7)和盘根(9)使用寿命，盘根(9)使用寿命提高数十倍，减少了盘根(9)的更换次数，原来每年更换盘根(9)十几次到几十次不等，为保险起见，使用本发明装置，可将盘根(9)更换周期定为一年；其次，在关井状态下，盘根(9)组与光杆(7)静态同轴，拆装盘根(9)容易；因此，在降低工人劳动强度、提高生产效率的同时，也为安全生产提供了 客观保证。

2、节能、环保：本发明实现光杆(7)与盘根(9)间的动态同轴，在自润滑的同时持续定量加注固体润滑剂(35)，以上两方面能够保证有杆抽油机正常工作时，盘根(9)对光杆(7)的摩擦力极小，抽油机能耗显著降低，节能效果明显，根据多家科研机构的理论测算，最低节能5％左右；本发明装置的防喷单元结构简单、动作可靠，切实起到防喷作用，保护环境；本发明装置杜绝了井口跑冒滴漏的随机发生，安装、使用、维护、杆断脱故障过程中对井口周围环境无污染。

附图说明

图1是有杆抽油机井口密封装置主视图；

图2是有杆抽油机井口密封装置的柔性连接单元主视图；

图2-1是柔性连接单元上柔性密封套；

图2-2是柔性连接单元下柔性密封套；

图3是包含有盘根盒、柔性连接单元、润滑单元的有杆抽油机井口密封装置主视图；

图4是有杆抽油机井口密封装置的关井单元、扶正纠偏单元主视图；

图5是防喷单元防喷状态主视图；

图6是润滑器主视图。

具体实施方式

实施例一：

扶正纠偏单元(实现静态同轴)：为了克服现有扶正纠偏技术难以操作和判 断的问题，本发明设计了一种与关井单元协同动作的扶正纠偏单元。

其中，扶正纠偏单元如图4所示，将扶正纠偏底座(25)与防喷单元的井口卡箍接头(26)螺纹连接，通过井口卡箍接头密封圈(47)密封，将水平压环(21)、扶正纠偏压帽(44)套在双半球扶正器(20)上，双半球扶正器(20)与关井器底座(18)同轴焊接，将纠偏密封环上密封圈(45)纠偏密封环下密封圈(46)嵌入纠偏密封环(23)，将水平压环上密封圈(41)水平压环下密封圈(43)嵌入水平压环(21)，由下至上依次将纠偏密封环(23)、双半球扶正器(20)、水平压环(21)自由放在有活动空间的扶正纠偏底座(25)上，将软连接套(22)套在水平压环(21)和纠偏密封环(23)上，扶正纠偏压帽(44)与扶正纠偏底座(25)通过螺纹连接，用扶正纠偏压帽销钉(24)固定，软连接套(22)将纠偏密封环(23)、双半球扶正器(20)、水平压环(21)连接成一体，既可以保证纠偏密封环(23)、双半球扶正器(20)、水平压环(21)整体移动，又不影响扶正功能的实现。

其中，关井单元如图4所示，由下至上依次将关井盘根(19)、半锥型光杆定位块(16)、带有关井盘根压环上密封圈(38)和关井盘根压环下密封圈(40)的关井盘根压环(15)、止逆集油环(14)放入关井单元底座(18)，两个半锥型光杆定位块(16)合并时其外形完全与关井盘根压环(15)下腔体相吻合，两个半锥型光杆定位块(16)之间形成一个圆孔，其内径与光杆(7)直径相等，关井器压帽(13)与关井单元底座(18)螺纹连接，通过关井器压帽销钉(17)固定，关井器压帽(13)与关井盘根压环(15)之间通过关井盘根压环上密封圈(38)密封，关井盘根压环(15)与关井单元底座(18)之间通过关井盘根压环下密封圈(40)密封，关井时，关井盘根压环(15)向下运动，带动两个半锥型光杆定 位块(16)自动进入关井盘根压环(15)的锥形空间内，关井的同时将光杆(7)强行居中并抱死，通过这一简单操作解决了现有扶正纠偏技术难以判断是否到位的问题，开井时，关井盘根压环(15)被关井盘根压环提起销钉(39)提起，两个半锥型光杆定位块(16)自然离开关井盘根压环(15)的锥形空间，半锥型光杆定位块(16)在关井盘根(19)与关井盘根压环(15)之间自由活动，在关井单元中放置的两个半锥型光杆定位块(16)，在正常工作时不受磨损，在关井时将关井盘根(19)压紧的同时，将光杆(7)强行居中并抱死。

关井单元与扶正纠偏单元协同动作实现静态扶正纠偏，具体操作步骤如下：旋紧关井器压帽(13)，关井盘根压环(15)向下运动，带动两个半锥型光杆定位块(16)自动进入关井盘根压环(15)的锥形空间内，关井的同时将光杆(7)强行居中并抱死，此时光杆(7)已偏离自然位置，然后适当旋开扶正纠偏压帽(44)，放开抽油机手刹，让光杆(7)通过关井单元带动双半球扶正器(20)向上运动一下，拉紧手刹，继续适当旋开扶正纠偏压帽(44)，彻底解除对扶正纠偏单元动作部件整体的约束，晃动几下光杆(7)，使光杆(7)回到自然位置的同时带动扶正纠偏单元动作部件整体移动到合适位置，实现纠偏，随后迅速旋紧扶正纠偏压帽(44)，在实现扶正的同时锁紧扶正纠偏单元，然后打开关井器，光杆处于自然状态，位置不发生变化，在无需人为判断的情况下静态扶正纠偏单元自动准确调整到位，实现盘根与光杆静态同轴。

实施例二：

由于有杆抽油机在运行过程中，光杆(7)的运动轨迹一定不是直线，而是时刻伴随振动和摆动，也就是有横向运动分量，从而造成盘根(9)偏磨；现有技术 的井口密封装置设计中都没有考虑到动态扶正纠偏的客观要求。本发明的有杆抽油机井口密封装置包括柔性连接单元，如图2所示，将下柔性密封套(37)放入下柔性密封套外壳(12)里，将密封钢环(11)向下插入下柔性密封套(37)内，将上柔性密封套(10)嵌入盘根外套筒(8)底部，自由放在密封钢环(11)上，密封钢环(11)、关井器压帽(13)都通过凸台与上柔性密封套(10)、下柔性密封套(37)连接，以满足蜜封要求，如图3所示，密封钢环(11)、下柔性密封套外壳(12)与关井器压帽(13)之间留有足够空间以满足活动要求，当有杆抽油机工作时，柔性连接单元与盘根(9)联动，在盘根(9)的带动下柔性连接单元整体跟随光杆(7)摆动，该柔性连接单元设置在井口与盘根盒之间，柔性连接单元以上部分整体时刻随光杆(7)摆动，从而实现盘根(9)与光杆(7)动态同轴，彻底解决现有技术中盘根盒与井口之间采用刚性连接，盘根无法做跟随光杆的运动而造成的盘根(9)偏磨问题。上柔性密封套(10)特征在于上半部为倒锥形圆筒，有利于与盘根外套筒(8)之间的密封，其下半部为带一凹槽的圆筒，通过凹槽将其卡在盘根外套筒(8)上；下柔性密封套(37)特征在于下部有变径的圆筒，有利于与下柔性密封套外壳(12)的结合，防止压力过大时下柔性密封套(37)从下柔性密封套外壳(12)移出，上柔性密封套(10)和下柔性密封套(37)为特种有机材料，能够实现动态密封。

本发明的有杆抽油机井口密封装置还包括盘根盒等部件，如图3所示，将盘根(9)放入盘根外套筒(8)，将盘根压环(5)插入盘根外套筒(8)，依次将关节轴承下(4)、关节轴承上(3)、压力轴承(2)、盘根盒压帽(1)套在盘根压环(5)上，盘根盒压帽(1)通过螺纹与关井器压帽(13)连接，盘根外套筒(8)与盘根盒压帽(1)之间不接触且有横向活动空间，当有杆抽油机工作时，光杆 (7)带动盘根(9)、柔性连接单元、关节轴承下(4)、关节轴承上(3)、压力轴承(2)自由运动，从而实现盘根(9)与光杆(7)动态同轴。

实施例三：

为了克服现有技术防喷单元误动作和不动作的缺陷，本发明完全采用球形阀的原理，如图5所示，由下至上依次将支撑弹簧(30)、下支环(29)、上支架(28)自由放入井口卡箍接头(26)腔体内，防喷球(48)转动轴自由放入上支架凹槽内，井口卡箍接头(26)通过螺纹与扶正纠偏底座(25)连接并通过扶正纠偏底座销钉(27)固定，井口卡箍接头(26)通过井口卡箍接头密封圈(47)与扶正纠偏底座(25)密封。防喷球(48)开有以其直径为中轴线适当尺寸的圆孔，防喷球(48)一侧具有比重较小的封堵半球，相对的另一侧具有比重较大的防喷球配重块(49)，抽油机正常运行时，光杆(7)穿过该圆孔，防喷球(48)的封堵半球处于常备状态，无任何磨损，防喷球配重块(49)一侧半球下边缘内壁始终与光杆(7)轻触，防喷球配重块(49)和封堵半球处于和光杆几乎垂直正交的水平状态，判断光杆(7)存在状态，采集光杆(7)断脱信号；抽油机光杆(7)断脱时，防喷球(48)在防喷球配重块(49)的作用下，瞬间旋转将封堵半球推至上管道处，只要液体有压力即可进行有效封堵，克服了防喷单元误动作和不动作的双重风险。

实施例四：

在有杆抽油机运行过程中，由于光杆(7)贯穿盘根盒，盘根盒两端对外开放，为了克服现有技术中液体润滑剂不能在盘根盒内长期大量储存，又无法控制液体润滑剂时时定量供给的难题，本发明的有杆抽油机井口密封装置设置了润滑 单元，为光杆(7)与盘根(9)之间持续、定量提供固体润滑剂(35)和液体润滑剂，该单元包括固体润滑器和止逆集油环(14)，如图3所示，将雨水导流管(6)通过螺纹与盘根压环连接(5)，将u型连接件(31)插入盘根压环(5)的圆孔中，并用销钉固定，如图6所示，防水密封圈(36)嵌入u型连接件内(31)，u型连接件(31)通过螺纹与固体润滑剂外壳(32)连接，依次将固体润滑剂(35)、压力弹簧(34)、丝堵(33)放进固体润滑剂外壳(32)，压力弹簧(34)推动固体润滑剂(35)轻压光杆(7)，抽油机工作时，光杆(7)不停地粘附固体润滑剂(35)，并在盘根(9)与光杆(7)的接触面不断形成积累，为盘根(9)与光杆(7)间提供持续、定量提供固体润滑剂(35)，如图4所示，在关井器压帽(13)与关井盘根压环(15)之间安装止逆集油环(14)，止逆集油环(14)是有一定厚度的环形弹性网状体，内径与光杆(7)直径相当，其对原油的吸附性远超钢铁、橡胶等材料；抽油机上冲程时，带压力的油水混合液通过该网，进入止逆集油环(14)以上的腔体内，抽油机下冲程时，原油大部分存留在腔体内，小部分和水一起流出腔体，该过程不断重复，就会在腔体内储满原油，克服了高含水有杆抽油机井和间抽井的盘根(9)干摩的问题。

实施例五：更换盘根

有杆抽油机井口密封装置安装运行一年后，一般应当定期更换盘根(9)，更换盘根时先停机，旋紧关井器压帽(13)关井，打开盘根盒压帽(1)，将盘根压环(5)及以上部件固定在悬绳器上，双手将盘根外套筒(8)向上推举适当高度，再将盘根外套筒(8)向下拉回原位，盘根(9)及上柔性连接密封套(10)自然裸露在外，不使用任何工具即可更换上柔性连接密封套(10)、下柔性连接密封 套(37)及盘根(9)，旋紧盘根盒压帽(1)；每一次更换盘根都必须进行静态扶正纠偏，以消除前期积累的静态误差，适当旋开扶正纠偏压帽(44)，放开抽油机手刹，让光杆(7)通过关井单元带动双半球扶正器(20)向上运动一下，拉紧手刹，继续适当旋开扶正纠偏压帽(44)，晃动几下光杆(7)，随后迅速旋紧扶正纠偏压帽(44)，最后打开关井器压帽(13)开井，启动抽油机，盘根盒上压帽(1)的旋紧程度以光杆(7)不发热不带油为宜。

尽管给定的实施例已经被描述，然而这些实施例仅仅用于举例说明，其并不用于限定本发明的保护范围，事实上，说明书记载的实施例可以被以各种变形方式实施，即基于本发明的精神可以对上述实施例做出各种省略、替代和改变等变形，所附权利要求包括这些变形或修改，从而它们将落入本发明的保护范围。