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防砂式無間隙密封抽油泵研制成果總結
發布時間：2011/1/24 10:05:54 | 閱讀次數：1134次
現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、摩擦系數小、彈性好的材料經特種加工處理制成，
可保證抽油泵從下井工作到檢泵始終處于無間隙狀態。以油砂混合液
為工作介質(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。 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生偏磨或腰鼓
狀泵筒內表面。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
。模擬試驗中，槽內有微量砂粒，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個外環開口互錯開180b，內環開口與外
環開口錯開90b，并用銷釘將3個環固定，外環在自身脹力和內環脹力
共同作用下，緊貼泵筒內表面運行，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環
3的內部空隙中，料漿泵不會阻礙脹圈運行中呼吸。件4、5、6為內部
填充耐磨金屬或非金屬有機物制成，耐磨性好，摩擦系數小，結構本
身可保證密封有一定的外脹性。為防止細砂等物質侵入密封內部，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7采用特種
合金鋼熱處理制成，其表面硬度小于泵筒內表面硬度，彈性好，耐磨
性好，摩擦系數小，實現密封是其主要功能。這3種密封結構可保證
對泵筒內壁有均勻的內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，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
環的特種唇邊設計，阻止了細砂不能進入摩擦副內起研磨作用，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
塞本體上的環槽內僅有少量微粒砂，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、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，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而
固定，柱塞則可順利地下到泵筒內。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防沖距，上海正奧泵業制造有限公司
因改進的斯特槽密封只是臨時壓型態，下井后會很快實現密封和阻砂功能。而其
余各道密封在柱塞下入泵筒中2~7d內也全部打開。這種膠結劑在井內
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，再接釋放
套和泵筒，釋放套接油管柱一起下入井內，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，實現提桿柱和提泵作業。
