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防砂式無間隙密封抽油泵研制成果總結
發(fā)布時間：2011-1-24 10:05:54 | 閱讀次數(shù)：1047次
現(xiàn)在我國各油田使用的油桶泵柱塞和泵筒間多以間隙密封為主。為解
決泵的防砂問題，多在柱塞上加工環(huán)形切槽，為方便檢修泵時沖砂，
安裝可拆出的固定閥，或在固定閥上加存砂槽。為了解決耐磨問題，
泵筒用合金鋼加特種熱處理，再珩磨加工，或用45號鋼碳氮共滲，再
珩磨加工；柱塞用合金鋼電鍍硬鉻，或噴焊耐磨合金，再磨削加工。
即使采取上述措施，泵的防砂和耐磨效果并不理想。究其原因是間隙
密封造成微細砂粒隨柱塞運動進入泵筒和柱塞間的間隙產(chǎn)生研磨作用
，而隨著使用周期的延長，磨損加重，泄漏加劇，直至報廢。
一、研制情況 新研制的防砂式無間隙密封抽油泵成功地解
決了油桶泵存在的上述問題，液下泵即用無間隙密封代替間隙密封;
柱塞長度改短，只有間隙密封柱塞長度的一半；柱塞本體上安裝改進
的斯特槽可脹密封。中硬度耐磨脹圈和高硬度耐磨脹圈。這3種密封
的組件均由耐磨、摩擦系數(shù)小、彈性好的材料經(jīng)特種加工處理制成，
可保證抽油泵從下井工作到檢泵始終處于無間隙狀態(tài)。以油砂混合液
為工作介質(zhì)(遼河油田原油，80目篩下的砂粒占5%)做井上模擬測試。
在20MPa下，抽吸阻力只有157+20N，充滿系數(shù)1，由此預計可提高泵
效20%~50%。模擬試驗中觀察，3種密封的結構設計和組件的特種唇邊
設計，阻止了微細砂進入柱塞2泵筒摩擦副內(nèi)。 因短柱塞本體上安裝
的3種密封有可脹性，故泵筒和柱塞本體的加工精度大大降低。測試
時，柱塞運行速度1m/s，連續(xù)抽吸運轉30d，泵筒無擦痕，磨損微量
，表面均勻光亮。按此情況估算，井下作業(yè)情況惡劣時，泵的壽命可
達到215~3a，而泵筒磨損均勻，不會象間隙密封那樣產(chǎn)生偏磨或腰鼓
狀泵筒內(nèi)表面。柱塞本體除安裝了3種密封外，還有2個游動閥和1個
特種造旋閥罩，本體上加工有防砂槽，會將侵入的細砂存入防砂槽內(nèi)
。模擬試驗中，槽內(nèi)有微量砂粒，柱塞本體上部的造旋閥罩和泵筒下
部的造旋閥罩可借助柱塞的強大抽吸力為抽入泵內(nèi)的原油造旋，將混
入原油中的砂粒迅速抽排到泵外。由于柱塞短，在防沖距相同情況下
，泵筒縮短700~800mm，檢修泵時只需更換柱塞上的3種密封件，柱塞
本體可多次使用。
二、技術要點
1、油泵的無間隙密封和高泵效 柱塞上安裝的3種可脹密封的合理結
構、安置在柱塞上的位置、組成密封的零件材質(zhì)選擇、加工精度和加
工工藝等是確保抽油泵在長期運行中始終保持無間隙、耐磨損、低摩
擦系數(shù)和高效長壽命工作的關鍵。圖1所示是各種密封和游動閥在柱
塞上的位置。件2、3為中硬度密封脹圈;件4、5、6為改進的斯特槽密
封;件7、8為高硬度硬質(zhì)密封脹圈;件2有2件，用中硬度耐磨鑄鐵制成
;件3用彈簧鋼制成。安裝時2個外環(huán)開口互錯開180b，內(nèi)環(huán)開口與外
環(huán)開口錯開90b，并用銷釘將3個環(huán)固定，外環(huán)在自身脹力和內(nèi)環(huán)脹力
共同作用下，緊貼泵筒內(nèi)表面運行，脹圈不但軸向密封好，而且徑向
密封也好，故阻止微細砂進入軸向摩擦副，也可阻止微細砂進入內(nèi)環(huán)
3的內(nèi)部空隙中，料漿泵不會阻礙脹圈運行中呼吸。件4、5、6為內(nèi)部
填充耐磨金屬或非金屬有機物制成，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，結構本
身可保證密封有一定的外脹性。為防止細砂等物質(zhì)侵入密封內(nèi)部，在
件5和6的兩側加裝了擋圈4，有效地阻止細砂等侵入密封體內(nèi)部而影
響張力。件7、8結構同件2、3中硬度耐磨脹圈，只是外環(huán)7采用特種
合金鋼熱處理制成，其表面硬度小于泵筒內(nèi)表面硬度，彈性好，耐磨
性好，摩擦系數(shù)小，實現(xiàn)密封是其主要功能。這3種密封結構可保證
對泵筒內(nèi)壁有均勻的內(nèi)脹力和可靠的徑向軸間密封性能，油泵保證抽
吸真空度和高的充滿系數(shù)，從而保證了高泵效。
2、主動防砂功能和長壽命 柱塞本體上安裝的3種可脹密封和密封外
環(huán)的特種唇邊設計，阻止了細砂不能進入摩擦副內(nèi)起研磨作用，大大
減弱了柱塞和泵筒磨損，即不會減弱抽吸能力。從實際模擬運行看，
以多道防砂為主的可脹密封起到了很好的防砂作用，運行1個月后柱
塞本體上的環(huán)槽內(nèi)僅有少量微粒砂，說明柱塞本體上開的防砂槽和本
體自身均起到了防砂作用。3種密封的結構設計和在柱塞本體上的位
置保證了油桶泵有很強的抽吸力和排油能力，進油出油流速高在固定
閥罩和游動閥上部閥罩上開有造旋槽，見圖2、圖3，使進排油流呈強
旋流狀，細砂來不及沉積就被排出泵外。將阻止細砂進入運動副和將
細砂迅速抽排到泵外可看做是主動防砂，防砂效果比現(xiàn)有的抽油泵上
單純防砂槽和存砂槽要好得多。從主動防砂效果和抽油運轉中泵筒和
柱塞間的低摩擦系數(shù)、高耐磨性和低抽吸阻力看，膠體磨該泵在井下
惡劣工況下具有長壽命。
3、合理的下井工藝 在開發(fā)研制新結構抽油泵的同時，試行了2種下
井工藝。 (1)泵筒和柱塞分別下井，即泵筒隨油管柱一起下井，柱塞
隨抽油桿柱下井。由于這種抽油泵柱塞下井有難度，建議采取2種辦
法:其一是將柱塞包容在一個專用護套內(nèi)，護套有卡爪，當柱塞和護
套下到泵筒的口部時，磁力泵護套會自動卡在泵筒口部預設卡套內(nèi)而
固定，柱塞則可順利地下到泵筒內(nèi)。其二是用一種特殊的膠結劑將各
道在全閉合(封好的脹圈外徑小于柱塞本體外徑)狀態(tài)下封好，柱塞再
隨抽油桿柱下井，柱塞入泵筒后和普通泵一樣調(diào)防沖距，上海正奧泵業(yè)制造有限公司
因改進的斯特槽密封只是臨時壓型態(tài)，下井后會很快實現(xiàn)密封和阻砂功能。而其
余各道密封在柱塞下入泵筒中2~7d內(nèi)也全部打開。這種膠結劑在井內(nèi)
石油氣和原油侵蝕下，失去部分膠結強度后，各道彈性密封脹圈受脹
力作用被打開。 (2)用雙卡脫接器和釋放套連接抽油泵柱塞和泵筒。
下井前，將脫接器下部和柱塞連接，下入錐形口的泵筒內(nèi)，再接釋放
套和泵筒，釋放套接油管柱一起下入井內(nèi)，坐好井口后，再把脫接器
上部和油桶泵柱連接下入油管，實現(xiàn)泵整體下井。檢修泵時，可上提
抽油桿柱到泵筒上部釋放套部位，釋放套迫使脫接器雙卡收攏，使脫
接器上體與下體脫節(jié)，實現(xiàn)提桿柱和提泵作業(yè)。
