油田采油用磁流体光杆密封器.pdf

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。

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1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圈，并采用螺栓连接一体。

3.  根据权利要求1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1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1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。

油田采油用磁流体光杆密封器
(一)技术领域:本实用新型涉及采油机械设备领域，是一种油田采油用磁流体光杆密封器。
(二)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“O”形橡胶圈盘根盒，其结构如图1所示。这类产品的结构主要由以下几个部分组成:1、压盖；2、格兰；3、“O”型橡胶密封圈；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——“O”形橡胶密封圈改为塔形或球形，相应压紧装置部件形状作了改进，其余结构基本相同。各品种产品技术原理基本一致，都是通过机械压紧方式，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，实践证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、增加能耗。
在抽油机采油过程中，无论是上冲程还是下冲程，光杆始终都处于被胶块盘根抱紧的刹车状态，增加了运动阻力，从而也就增加了抽油机能耗。
2、浪费资源。
胶块盘根被摩损后，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、水从间隙中不断冒出，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。
从胶块盘根盒中溢出的气体是天然气，其主要成分是CH4、C2H6、C3H8和CO2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，则会造成庄稼成片死亡。
5、损坏光杆。
由于光杆始终处于机械压迫和抱紧摩擦状态，摩擦损耗使光杆由粗变细，疲劳应力使光杆内部产生裂纹，双重作用缩短了光杆使用寿命。
6、容易造成抽油杆偏摩。
由于光杆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，发现有泄漏者马上拧紧盘根压盖。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，在更换盘根、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。
(三)发明内容:本实用新型的目的就是要克服现有采用机械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。
传统盘根盒光杆密封器，必须定期或不定期更换盘根，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，取出报废盘根，装入新盘根，再压紧顶盖。在戈壁荒原严寒酷暑野外作业条件下，这样的工作十分艰苦。而本磁流体光杆密封器则完全免去了这些日常的操作和维护，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。
(四)附图说明:
图1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-“O”型橡胶密封圈组，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，10-格兰，11-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-永磁块，25-硅钢片。
(五)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23，两磁块盒套23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同样磁极反向布置。(永磁块24可选用Nd₂Fe14B稀土永磁材料或选用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＝12000kA/m；磁能级BH＝350kJ/m。)在两层磁性密封套14的内环面各开有一圈半圆弧形槽形成填充区，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α-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、低摩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11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。