专利名称:油田采油用磁流体光杆密封器的制作方法
技术领域:
油田采油用磁流体光杆密封器
(-財支术领域本实用新型涉及采油积械设备领域,是一种油田采油 用磁流体光杆密封器。
背景技术:
目前各油田广泛使用的传统抽油机光杆密封装置主要 有单盘根盒密封器、双盘根盒密封器、单塔形盘根盒密封器、双塔形 盘根盒密封器、球形盘根盒密封器及其交叉组合的变形产品等,品种多 达十余种。传统的抽油机光杆胶皮盘根密封装置,最典型的是"0"形橡 胶圈盘根盒,其结构如图l所示。这类产品的结构主要由以下几个部分組 成1、压盖;2、格兰;3、 "0"型橡胶密封圏;4、 二级密封压紧装 置;5、球型调偏装置;6、外壳;7、底座。其他类型产品,如塔型、球 形等盘根盒,是将基本密封件一一"0"形橡胶密封圏改为塔形或球形, 相应压紧装置部件形状作了改进,其余结构基W目同。各品种产品技术 原理基本一致,都是通过才財戒压紧方式,使胶块抱紧光杆,起到密封作 用。此类产品已沿用一个多世纪了,实践r〖正明它能起到一定的密封作 用,尤其是在使用初期,密封效果较好,但现有技术也存在比较多的问 题,主要表现在以下八个方面
1、 增加能库毛。
在抽油机采油过程中,无论是上冲程还是下冲程,光杆始终都处于 净刻交块盘#4包紧的刹车状态,增加了运动阻力,从而也就增加了抽油机
2、 浪费资源。
胶块盘才NW损后,与光杆之间产生间隙,随着使用时间延长,此 间隙不断扩大,油井中的油、气、7jc从间隙中不断冒出,溢散到空气中 和地面上,浪费了宝贵的油、气资源。
3、 安全隐患。
乂AM块盘根盒中溢出的气体是天然气,其主要成分是CH4、 C2H6、 C3H8 和C02等;根据不同地质情况,有的含有H2S;前者易燃易爆,后者能灼伤 呼吸系统,致人窒息死亡。因此说,盘根泄漏是油田严重的安全隐患。
4、 破坏环境。
从盘根盒泄漏出的原油和地层水流到地面,污染环境;如果油井是 在农田里,则^it成庄稼成片死亡。
5、 损坏光杆。
由于光杆始终处于枳械压迫和抱紧摩擦状态,摩纟察损l4/f吏光杆由粗 变细,疲劳应力使光杆内部产生裂紋,双重作用缩短了光杆使用寿命。
6、 容易造成抽油杆偏摩。
由于iy干始终处于刚性压迫状态,当它的运动脱离油井中轴线时, 就会带动下面的抽油杆(短则七、八百米,长则二、三千米)也偏离油 井中轴线而运动,造成抽油杆偏摩,从而增加抽油机电耗,并且容易磨 断抽油杆,造成断杆事故。
7、 工人劳动强度大。
为了使盘根盒不泄漏,采油工人每天必须到井场巡视,发现有泄漏 者马上柠紧盘根压盖。盘根的使用寿命一般为三、四个月,长的也仅六 个月左右,这时必须停产更换新盘根。尤其在冬季北方油田,在零下 一、二十度的恶劣环境下进行野外作业,其艰苦程度可想而知。
8、 停产损失大。
如上所述,在更^A根、更换光杆、抽油杆偏摩断杆修井等作业过 程中,都必须停止抽油机工作。单井如此,每个油田也如此。据不完全 统计,全国由于盘根问题每年造成的能耗、物耗、停产损失、作业费用 等不下百亿元。
曰发明内容本实用新型的目的就是要克服现有采用积4成压紧胶块 对往复运动中的光杆实施抱紧密封技术存在上述八个方面的问题,提供 一种无泄漏、安全可靠,使用寿命长的油田采油用磁流体光杆密封器。
本实用新型的具体方案是油田采油用磁流体光杆密封器,包括 有一罩壳,罩壳的下端为封闭端,上端装有格兰及压盖,罩壳套装在
一光杆的外部,其特征是在罩壳内装有磁性体密封套,磁性体密封 套内环面相对光杆设有填充区,填充区内灌装有磁流体;在磁性密封 套的上下两端分别装有上密封套和下密封套。
为保证本密封器与井口抽油管对接,解决偏心问题,本实用新型 中在罩壳的下端连接装有纠偏装置,该装置包括有一个与罩壳连接的 上法兰盘和一个与接箍连接的下法兰盘,其中下法兰盘的中心孔径大 于光杆,上下法兰盘之间加装有垫圈,并采用螺栓连接一体。
为提高密封效果,本实用新型中所述装在磁环上下两端的密封套 是采用具有高强度、高断裂韧性、高压延性、高抗疲劳性、低摩擦系 数且具有良好自润滑性能的复合材料制成。
本实用新型中所述的磁性密封套包括有至少一层磁块盒套,在磁 块偶数永磁块,永磁块两两导极相对布置;当磁流体密封套由两层或 多层磁块盒套组成时,上下层磁块盒套之间设置有永久磁片,且安装 在上下层磁块盒套中的两磁块磁极反向布置。
为使光杆与多级密封套之间由刚性接触变为柔性接触,使两者之 间增强调适性,以利于降低摩擦阻力和摩擦损耗,本实用新型中在罩 壳中还装有上下柔性床,上柔性床是安装在上密封套的上方,下柔性 床是安装在下密封套的下方,所述上下柔性床是采用鳞片板簧。
本实用新型采用了最新的磁流体密封技术,其密封机理是在光 杆周围设置的永磁体强磁场作用下,磁流体中的铁磁物质被"控制" 在磁场中成为"磁悬浮体"。这些"磁悬浮体,,始终填充在永磁体与 光杆之间的缝隙中,并且不会随光杆的往复运动而被带离,从而实现 对光杆的"零"泄漏、无磨损、无功耗的持久动密封。
本实用新型具有以下特点
1、 密封效果好。
磁流体密封、多重保护,确保在产品寿命期限内"零"泄漏。
2、 使用寿命长。
设计使用寿命为两年,与游梁式抽油机油泵的设计正常检泵周期 相同,在此期间可无泄漏安全使用。
3、 提高资源采收率。
有效实现"零"泄漏,防止油井中宝贵的油、气资源"跑、冒、 滴、漏",可提高单井资源采收率;全国有约40万口油井,如果都能 实现"零"泄漏,则增收的资源和财富将是相当可观的。
4、 节能降耗。
较之于传统盘根盒光杆密封器,本磁流体光杆密封器将刚性摩擦 变为柔性摩擦,并且三组密封套都具有极小摩擦系数和自润滑功能, 所产生的摩擦损耗功大为减少,从而降低抽油机电耗。日积月累,此 项节能降耗措施也能产生相当可观的经济效益。
5、 确保安全。
传统盘根盒光杆密封器磨损后,首先泄漏的是地层气,少则扩散 到空气中,多则易燃、易爆,引发安全事故;尤其是如果地层气中含 有大量H2S,则会危及现场职工的人身安全。而本磁流体光杆密封器实 现"零"泄漏,也就确保了安全。
6、 保护环境。
磁流体光杆密封器实现"零"泄漏,杜绝油井中油、气、水 "跑、冒、滴、漏",避免空气污染和地面污染,保护生态环境和油 田可持续发展,能为建设"绿色生态油田,,作出贡献。
7、 节省人工。
传统盘纟艮盒光杆密封器,必须定期或不定期更换盘纟艮,少则三、五 个月,多则三、五个星期;更换盘根时每次都必须停产,拧出顶盖,取 出才^A根,装入新盘根,再压紧顶盖。在戈壁荒原严寒酷暑野外作业 ^f牛下,这样的工作十分艰苦。而^U兹流体光杆密封器则完全免去了这 些日常的才喿作和维护,可实现一个正常检泵周期内(约两年)免操作、 免维修,从而节省人工,减少工人劳动强度,降低采油成本。
8、提高工效。
传统盘根盒密封器采用的是"抱死"光杆密封的机制,这种机制 是造成光杆磨断、抽油杆憋曲偏磨、抽油杆磨断、抽油杆脱扣等生产 事故的重要原因之一。 一旦发生这类事故则必须停产检修,再加上开 抽后的含水恢复期,产油损失至少六、七个工作日,多的可达一、二 十个工作日;同时,日常更换盘根和盘根盒也必须停产,这种经常性 的停产损失更是无法统计。采用磁流体光杆密封器,可大大减少上述 停产时间,提高抽油机有效工时,提高采油效率,增加油、气产量。
卿
图l是传统抽油光杆密封器的结构示意图; 图2是本实用新型的结构示意图; 图3是本实用新型的磁性密封套的主视图; 图4是图3的A-A视图; 图5是图3的B-B视图。
图中1-压盖,2-格兰,3- "0"型橡胶密封圏组,4-二级密封压 紧装置,5-球型调偏装置,6-外壳,7-底座,8-光杆,9-压盖,IO-格 兰,ll-上柔性床,12-罩壳,13-上密封套,14-磁性密封套,15-下密 封套,16-下柔性床,17-上法兰盘,18-螺栓,19-下法兰盘,20-垫 圈,21-接箍,22-磁流体,23-磁块盒套,24-7JU兹块,25-硅钢片。
(E)具体实施方式
参见图2,本实用新型采用钢管制成罩壳12,罩壳12上端装有格兰 10和压盖9,罩壳12的底部焊装有上法兰盘17,罩壳12套装在光杆8的 外部;且在罩壳内叠装有两层磁性密封套14,其结构参见图3、 4、 5, 它具有上下两层由氟塑料制成的磁块盒套2 3 ,两磁块盒套2 3之间加装 有硅钢片25,且在两磁块盒套23中各安装有六块永磁块24,同一层中 的永磁块24两两异极相对布置,上下两永磁块24同样f兹极反向布置。 (永》兹块24可选用Nd2Fel4B稀土永》兹材料或选用Sm-Fe-N系稀土永」磁材 料或其它永磁材料,其主要技术指标为饱和磁化强度Mo-1.6T;矫
顽力Hc = 12000 kA/m;磁能级BH = 350kJ/m。)在两层磁性密封套14的 内环面各开有一圏半圓弧形槽形成填充区,填充区内灌装有磁流体22 (磁流体22可有多种配制方例,如方案一,磁性固体颗粒材料选用铁 氧体,载液选用聚苯醚基,表面活性剂选用磷苯氧基甲酸;方案二, 磁性固体材料选用a-Fe3N,载液选用二酯,表面活性剂选用磷酸二 酯)。在磁流体密封套14的上下端分别装有上密封套13和上柔性床11 及下密封套15和下柔性床16。本实施例中的上下密封套13和15是采用 具有高强度、高断裂韧性、高压性、高抗疲劳性、##擦系数且具 有良好自润滑性能的复合材料制成。[如方案一PTFE基材+定量填充 改性增强剂(碳纤维、金属粉等),方案二 PEEK基材+定量填充改性 增强剂(碳纤维、金属粉等)]。当然也可以是其它高性能橡胶等材料 制成。
本实施例中的上下柔性床ll和16是采用4CrB不锈钢板材(2mm厚) 制成的鳞片板簧。
为方便本实用新型与井口抽油管对接(纠偏),本实用新型中与 上法兰盘17配有下法兰盘19,上下法兰盘17和19之间采用垫圈20和螺 栓18密封连接,其中下法兰盘19的中心孔径大于光杆8,以解决偏心, 下法兰盘19的下端焊接有接箍21,该接箍21在使用中与井口抽油管对 接。
权利要求1. 油田采油用磁流体光杆密封器,包括有一罩壳,罩壳的下端为封闭端,上端装有格兰及压盖,罩壳套装在一光杆的外部,其特征是:在罩壳内装有磁性体密封套,磁性密封套内环面相对光杆设有填充区,填充区内灌装有磁流体;在磁性密封套的上下两端分别装有上密封套和下密封套。
2. 根据权利要求l所述的油田采油用磁流体光杆密封器,其特征是在罩壳的下端连接装有纠偏装置,该装置包括有一个与罩壳连接 的上法兰盘和一个与接箍连接的下法兰盘,其中下法兰盘的中心孔径 大于光杆,上下法兰盘之间加装有垫圏,并采用螺栓连接一体。
3. 根据权利要求l所述的油田采油用磁流体光杆密封器,其特征 是所述装在磁环上下两端的密封套是采用具有高强度、高断裂韧 性、高压延性、高抗疲劳性、低摩擦系数且具有良好自润滑性能的复 合材料制成。
4. 根据权利要求l所述的油田采油用磁流体光杆密封器,其特征 是所述磁性密封套包括有至少一层磁块盒套,在磁块偶数永磁块, 永磁块两两导极相对布置;当磁流体密封套由两层或多层磁块盒套组 成时,上下层磁块盒套之间设置有永久磁片,且安装在上下层磁块盒 套中的两磁块磁极反向布置。
5. 根据权利要求l所述的油田采油用磁流体光杆密封器,其特征 是在罩壳中还装有上下柔性床,上柔性床是安装在上密封套的上 方,下柔性床是安装在下密封套的下方。
6. 根据权利要求5所述的油田采油用磁流体光杆密封器,其特征 是所述上下柔性床是采用鳞片板簧。
专利摘要一种油田采油用磁流体光杆密封器,包括有一罩壳,罩壳的下端为封闭端,上端装有格栏及压盖,罩壳套装在一光杆的外部,特别是在罩壳内装有磁性密封套,磁性密封套内环面相对光杆设有填充区,填充区内灌装有磁流体;在磁性密封套的上下两端分别装有上密封套和下密封套;本实用新型彻底解决了现有采油密封器能耗大、易损坏,经常发生油气水“跑、冒、滴、漏”以及由此产生的安全、环保等一系列老大难问题,可广泛应用于油田有杆泵抽油井。
文档编号E21B33/03GK201202426SQ200820065400
公开日2009年3月4日 申请日期2008年1月21日 优先权日2008年1月21日
发明者邓海波 申请人:邓海波