稠油油井井口密封装置研究

稠油油井井口密封装置研究

贾鲁斌 金文超 张磊

鲁明油气勘探开发有限公司

摘 要：通过分析确认影响稠油井井口密封装置密封效果的主要因素是光杆的偏磨程度以及光杆的损伤、腐蚀程度。由此，设计出具有扶正、减少损伤功能的新型盘根盒铜制扶正块以及压盖，并经现场试验证明这两个装置有明显的效果。
关键词：井口密封效果；偏磨；腐蚀；扶正；铜制
盘根盒是一种抽油机井口光杆密封装置，在油井正常生产过程中起到密封油管与光杆环形空间的作用，但随着油田的发展，抽油井况的复杂，抽油井光杆偏磨现象逐渐增多，使光杆受到划伤，进而腐蚀、加快盘根的磨损，导致油井跑油，给生产带来很大的麻烦。但我们发现经过简单的改造，这种现象可能会避免，应该作为一个课题加以研究改进。
一、影响井口密封效果的因素
正常抽油生产时，光杆密封器上部的盘根起到密封防喷的作用，而这种作用是依靠盘根盒压盖来实现的，由此可见，盘根盒压盖是盘根盒一个重要的组成部分。但在油井正常生产过程中，经常出现光杆发烫、跑油严重、光杆腐蚀严重的现象，我们经过现场调查、研究分析认为，导致此种现象的因素主要有以下几个方面：
1、偏磨：
偏磨在现场工况中占60%，造成偏磨原因主要有：抽油机安装有误差，前倾、后倾、左右偏斜，部分抽油机虽经二次就位，仍不能满足；井斜、采油树倾斜造成偏磨。

2、光杆表面粗糙，工况差：

我们在更换盘根盒压盖的过程中，需要关胶皮闸门，打光杆卡子卸载，然后将压盖从光杆顶部拿出进行更换。这样一来，一方面，增大了劳动强度，换一个压盖就需要走一套完整更换设备的工序；另一方面，由于打光杆卡子卸载，导致光杆受损严重，光杆被卡子“咬”过后，表面留下的划伤瘢痕与井下的油气水中腐蚀物质（例如：H2S）接触，导致腐蚀速度加快，特别是高含水井，光杆被腐蚀成麻点和小坑，造成光杆表面粗糙，使光杆很快报废。
3、部分井单井管线较长，起伏大，造成回压高，引起泄漏。
4、光杆密封器设计不合理，其填料盒内从上到下为垂直设计。

紧靠压盖挤压胶皮盘根使其变形，不能达到包紧光杆及填满盘根盒的目的。
5、盘根盒扶正装置不合理：在以前的普通盘根盒设计过程中，盘根盒压盖全部为钢制的，具有一定的耐磨性，因此，随着抽油井况的复杂，抽油井光杆偏磨现象逐渐增多，这种盘根盒压盖的缺点也显露无疑。一方面，该种压盖没有扶正功能，部分井由于初装抽油机不对中，二次调中不及时，由于光杆偏磨，使光杆在与钢制压盖接触的过程中，很容易被划伤，划伤的痕迹由于不能及时消除，加剧了盘根的磨损，导致跑油严重。另一方面，该种压盖的热传递效果不好，光杆偏磨后，特别对于间歇出油井，由摩擦引起的热量很大，导致光杆发烫，有时可达70℃，使光杆表面的防腐层在热力作用下很快磨损，同时由于大量的热传不出去，使盘根盒内的盘根在热的作用下聚结在一起，失去弹性，使密封效果变差。
二、新型光杆密封器
1、结构
其主要由三大部分组成：调偏底座、一级密封仓（胶皮闸门）、二级密封仓（盘根盒），结构简单、合理。
2、技术特点
  1）调偏能力强，平面调偏位移最大可达20mm。 2）具有纠偏功能，密封性能好一级密封仓内的扶正环纠偏能力强，使光杆始终位于盘根盒中心位置，避免偏磨；用抽油机传动皮带代替盘根，皮带向内翻转填充盘根盒，具有一定的储油能力，起到润滑的作用，加之填料良好的润滑性，增加了它的密封性和使用寿命。
三、安装方便，操作简单
1）安装方便，新型光杆密封器底部为丝扣连接，安装后微松底座压盖，起愁2-3冲次后停机，一、二级密封仓自动对中，上紧压盖即可。2、改善井口密封效果的方法：我们根据以上存在的问题，进行了摸索研究、分析，认为解决问题的途径有两个：一是增加盘根盒扶正装置，二是降低盘根盒更换作业的次数。
1、设计盘根盒扶正装置
设计盘根盒扶正装置最容易忽略的问题是扶正块硬度大、传热效果不好，特别对于间抽井、长关井开井时和间歇出油井出气时会出现干抽，导致光杆发烫，光杆发烫井的井口密封材料会在短时间内被“烧坏”，使井口失去密封发生跑油事故，由于不同硬度的扶正材料对光杆的摩擦系数不同、传热效果不同，所以我们重点选择扶正块的材料。我们经过大量数据计算，最终选择了铜质材料，并设计了铜扶正块。由于铜扶正块的硬度小于光杆的硬度，所以即使偏磨也不会损伤到光杆，同时，由于铜的热传导能力远远大于其它材料，使产生的热量很容易传递出去，保证了密封材料的密封性。我们设计的铜扶正块主要放在盘根盒的底部，这样使扶正效果会更好。

2、降低盘根盒压盖更换的次数

经过现场调查，我们发现由于钢制压盖对光杆损伤厉害，因此我们设计了铜压盖。在铜压盖现场应用过程中，我们发现也存在同样问题，这样由于光杆更换周期短，导致更换过程中，光杆被光杆卡子“咬伤”的机率大大增加，加上油水混合物硫化氢等腐蚀物质的腐蚀作用，降低了光杆的使用寿命。一根高强度光杆3200百元，一年需要更换二十多根光杆，发生费用6.4万元，针对这个问题，我们最终设计了易取式盘根盒铜制压盖，将铜压盖分成两部分，这样如果压盖损害，需要更换，我们只要将胶皮闸门关闭，不用打光杆卡子，即可用工具通过铜压盖上的取物孔将铜压盖取出，保持光杆表面的光洁度，降低了对光杆的损伤更换，节约了光杆更换所发生的一切费用。

四、现场实验效果对比
我们将盘根盒铜制扶正块以及压盖这两种工具配套在油井上使用，结果表明光杆具有很好的对中性能，不再出现偏磨的现象，延长了盘根盒压盖更换周期达2倍以上，延长盘根更换周期达4倍以上，降低了对光杆的损伤，大大降低了工人的劳动强度，取得了很好的效果。
五、结论
1、改进后节能型盘根盒的应用表明，这种盘根盒非常实用，它大大降低了工人的劳动强度，节约了成本，减少了对环境的污染。
2、该密封器调偏功能只能在平面内调整，若能在纵向也能调整，以适应井斜、采油树倾斜的调偏，将会取得更好的效果。

参考文献

[1] 采油技术手册.中国石油天然气总公司开发生产部编写组.北京：石油工业出版社，1990.