摘要：游梁式抽油機(jī)井口光桿密封裝置通常采用1-2級(jí)密封填料，密封填料在長(zhǎng)時(shí)間的抽油生產(chǎn)中不斷磨損而失效，導(dǎo)致原油的漏失，且造成環(huán)境污染。太小的壓緊力不能實(shí)現(xiàn)有效密封，但過(guò)于緊密的填料密封，會(huì)導(dǎo)致其與抽油桿的摩擦力增加，增大抽油設(shè)備的地面能耗，降低生產(chǎn)效率。針對(duì)目前光 桿密封裝置能耗無(wú)法準(zhǔn)確控制的問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)算例與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了影響光桿密封裝置效率與能耗的相關(guān)因素，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)井光桿密封 裝置效率更為準(zhǔn)確的量化。

　　為了防止油氣從光桿處泄露，抽油機(jī)井口配有光桿密封裝置，光桿作為傳輸動(dòng)力的重要環(huán)節(jié)，在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)和摩損過(guò)程中，密封裝處過(guò)松或過(guò)緊，將會(huì)造成原油的泄露或效率的降低。目前，沒(méi)有準(zhǔn)確的效率能耗計(jì)算方法對(duì)光桿密封裝置效率進(jìn)行計(jì)算，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整填料密封的松緊程度。對(duì)密封填料盒的對(duì)中性、松緊度問(wèn)題開(kāi)展了試驗(yàn)研究，得到密封填料盒的能耗損失模型。該模型可在實(shí)際生產(chǎn)中較為準(zhǔn)確地控制光桿密封裝置能耗。

　　1光桿密封裝置效率影響因素

　　通過(guò)對(duì)光桿密封裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理分析，得出影 響光桿密封裝置效率的主要因素有3項(xiàng)

　　1.1光桿密封裝置類(lèi)型與規(guī)格、填充材料類(lèi)型;

　　1.2光桿與光桿密封裝置對(duì)中性;

　　1.3光桿密封裝置填料壓實(shí)過(guò)程中的松緊度。

　　其中，光桿密封裝置對(duì)中性與松緊度對(duì)效率和密封效果的影響效果最為明顯。

　　2光桿密封裝置效率

　　2.1效率模型的建立

　　抽油機(jī)工作時(shí)，由于光桿與光桿密封裝置中填料有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，因此會(huì)產(chǎn)生功率損失 。其摩擦力隨工作壓力、壓縮量、密封材質(zhì)、填料硬度、接觸面積等的增大而增大，隨潤(rùn)滑效率的提高而減少。

　　光桿密封裝置的效率用式η =P-ΔP P

　　( 1 ) ΔP = F v 1 0 0 0

　　( 2 ) F=N μ d π d L p

　　式中：ΔP 為光桿密封裝置消耗功率;v為光桿平均運(yùn)動(dòng)速度;F為光桿摩擦力;N為密封裝置數(shù)量;μd為密封裝置與光桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù);d為光桿直徑;L為填料高度;p為密封處 (段) 平均壓力。不同密封裝置材料、不同光桿密封裝置上緊扭矩、不同對(duì)中效果都將影響工作壓力大小，可在密封處放置壓力應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量，也可通過(guò)理論計(jì)算獲得。

　　在實(shí)際工況時(shí)，光桿密封裝置并非理想狀態(tài)，主要受對(duì)中效果與松緊度的影響。引入對(duì)中系數(shù)f1，松緊系數(shù)f2來(lái)量化兩者對(duì)摩擦力的影響，在確定對(duì)中系數(shù)時(shí)，引入偏心距e、原始間隙e0 、偏心間隙e1。對(duì)中性測(cè)量測(cè)量偏心間隙e1的具體方法為：先在光桿密封裝置內(nèi)做中心標(biāo)記，然后再用游標(biāo)卡尺測(cè)出偏心間隙e1，得到偏心距e=e1-e0。在對(duì)中性良好的狀態(tài)下(無(wú)偏心距)獲得產(chǎn)液量Q所消耗的功率P(或耗電量)，以及在各種偏心距值下獲得產(chǎn)液量Q所消耗的功率Pe(或耗電量)，可得到對(duì)中系數(shù)f1=PeP。正常工況下，松緊系數(shù)f2為1(原始點(diǎn)工況)，將工作點(diǎn)調(diào)至微帶油時(shí)其值將小于1;調(diào)至稍緊點(diǎn)、緊固發(fā)熱點(diǎn)時(shí)將大于1。測(cè)試方法仍然使用功率法，首先測(cè)試正常工況下獲得產(chǎn)液量Q所消耗的功率P(或耗電量)，然后測(cè)得各工作點(diǎn)下獲得產(chǎn)液量所消耗的功率Ps j(或耗電量)，則可得松緊系數(shù)f2=Psj

　　2.2光桿密封裝置效率的提升可知，光桿密封裝置效率的提升方式主要分為“換”和“調(diào)”兩類(lèi)，“換”指的是更換光桿密封裝置和密封填料來(lái)提升效率;“調(diào)”指的是調(diào)整光桿密封裝置對(duì)中性和松緊度。光桿密封裝置和密封裝置的更換效果可計(jì)入對(duì)中性和松緊度的調(diào)整效果。目前光桿密封裝置的效率為90%~95%。對(duì)中系數(shù)f1在原始工況 (即現(xiàn)場(chǎng)光桿密封裝置未調(diào)整狀態(tài))下的值取為1。在更換對(duì)中光桿密封裝置(非必需進(jìn)行更換)以及按對(duì)中評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)中調(diào)整后，多次測(cè)量的f1獲得的值應(yīng)該小于1。松緊系數(shù)f2在對(duì)中系數(shù)f1調(diào)整好之后進(jìn)行調(diào)整(可將普通密封裝置更換為石墨密封裝置)，將現(xiàn)場(chǎng)未調(diào)整狀態(tài)定為原始點(diǎn)，并用力矩扳手測(cè)出此時(shí)的力矩大小，通過(guò)調(diào)整松緊度，依次獲得微帶油點(diǎn)、稍緊點(diǎn)(力矩大小在微帶油點(diǎn)上增加50~60N•m)、緊固發(fā)熱點(diǎn)，同時(shí)測(cè)出對(duì)應(yīng)的力矩大小。以前的研究表明，在微帶油點(diǎn)松緊度最好，測(cè)出此時(shí)的松緊系數(shù)f2。對(duì)中系數(shù)最理想的值為1，非對(duì)中狀態(tài)下的值均大于1 。松緊度系數(shù)小于1為扭矩松弛點(diǎn)，此處定義0.8為微漏油點(diǎn)(松緊度最理想狀態(tài))，定義1為測(cè)試時(shí)抽油機(jī)光桿密封裝置松緊度原始狀態(tài); 1.1為扭矩緊固點(diǎn)，松緊度大于原始狀態(tài) 。隨對(duì)中系數(shù)的增大，光桿密封裝置效率逐漸減小; 當(dāng)對(duì)中系數(shù)不變時(shí)(此處 取對(duì)中系數(shù)為1)，隨松緊度系數(shù)的增大，光桿密封裝置效率逐漸減小。

　　3.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

　　選擇華北油田某采油廠(chǎng)TDXX油井，其密封填料為皮帶與O型密封圈組合。試驗(yàn)分3種情況，分別為密封裝置正常狀態(tài)，光桿密封裝置壓蓋扭緊180°狀態(tài)，光桿密封裝置壓蓋松180°狀態(tài)。每種狀態(tài)下測(cè)試有功功率3次，每次測(cè)試時(shí)間為10分鐘;密封裝置每改變一種狀態(tài)，中間等待密封裝置恢，復(fù)時(shí)間5分鐘后再進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證實(shí)，密封裝置越緊有功功率越高，即能耗越高。光桿密封裝置填料盒壓緊帽扭緊180°狀態(tài)與常規(guī)緊固狀態(tài)相比，有功功率增加0.24kW，增幅7.03%，日耗電增加3.45kW•h;光桿密封裝置壓盤(pán)松180°狀態(tài)與常規(guī)緊固狀態(tài)相比，有功功率減少0.16kW，日耗電減少2.81kW•h。光桿密封裝置在較松狀態(tài)下，減少了光桿的摩擦力，電機(jī)輸入功率明顯降低，進(jìn)而減少了抽油井能耗。但是從現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察，光桿密封裝置在較松狀態(tài)時(shí)，雖然沒(méi)有漏油，但是油光與正常緊固狀態(tài)下相比明顯增多，隨著密封裝置的磨損，增大了漏油風(fēng)險(xiǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)一般每天都要觀(guān)察光桿密封裝置，如有松動(dòng)及時(shí)扭緊，杜絕漏油風(fēng)險(xiǎn)。

　　4. 結(jié)論：理論分析和試驗(yàn)表明，光桿密封裝置松緊度與對(duì)中性相比，對(duì)光桿密封裝置效率的影響更大，因此要更加關(guān)注對(duì)光桿密封裝置松緊度的調(diào)整。填料盒松緊度調(diào)整至合適程度，可使該井的光桿密封裝置效率達(dá)到最佳。較低松緊度下應(yīng)加強(qiáng)巡查，防止光桿密封裝置出現(xiàn)漏油情況。