游梁式抽油機光桿密封裝置能耗研究

　　摘要：游梁式抽油機井口光桿密封裝置通常采用1-2級密封填料，密封填料在長時間的抽油生產(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現(xiàn)有效密封，但過于緊密的填料密封，會導(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。針對目前光 桿密封裝置能耗無法準確控制的問題，結(jié)合生產(chǎn)實際，通過算例與現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)了影響光桿密封裝置效率與能耗的相關(guān)因素，實現(xiàn)了抽油機井光桿密封 裝置效率更為準確的量化。

　　為了防止油氣從光桿處泄露，抽油機井口配有光桿密封裝置，光桿作為傳輸動力的重要環(huán)節(jié)，在長時間的生產(chǎn)和摩損過程中，密封裝處過松或過緊，將會造成原油的泄露或效率的降低。目前，沒有準確的效率能耗計算方法對光桿密封裝置效率進行計算，通常是根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整填料密封的松緊程度。對密封填料盒的對中性、松緊度問題開展了試驗研究，得到密封填料盒的能耗損失模型。該模型可在實際生產(chǎn)中較為準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

　　通過對光桿密封裝置的結(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

　　1.1光桿密封裝置類型與規(guī)格、填充材料類型;

　　1.2光桿與光桿密封裝置對中性;

　　1.3光桿密封裝置填料壓實過程中的松緊度。

　　其中，光桿密封裝置對中性與松緊度對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

　　抽油機工作時，由于光桿與光桿密封裝置中填料有相對運動，產(chǎn)生摩擦，因此會產(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為光桿平均運動速度;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)變片進行測量，也可通過理論計算獲得。

　　在實際工況時，光桿密封裝置并非理想狀態(tài)，主要受對中效果與松緊度的影響。引入對中系數(shù)f1，松緊系數(shù)f2來量化兩者對摩擦力的影響，在確定對中系數(shù)時，引入偏心距e、原始間隙e0 、偏心間隙e1。對中性測量測量偏心間隙e1的具體方法為：先在光桿密封裝置內(nèi)做中心標記，然后再用游標卡尺測出偏心間隙e1，得到偏心距e=e1-e0。在對中性良好的狀態(tài)下(無偏心距)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)，可得到對中系數(shù)f1=PeP。正常工況下，松緊系數(shù)f2為1(原始點工況)，將工作點調(diào)至微帶油時其值將小于1;調(diào)至稍緊點、緊固發(fā)熱點時將大于1。測試方法仍然使用功率法，首先測試正常工況下獲得產(chǎn)液量Q所消耗的功率P(或耗電量)，然后測得各工作點下獲得產(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，“換”指的是更換光桿密封裝置和密封填料來提升效率;“調(diào)”指的是調(diào)整光桿密封裝置對中性和松緊度。光桿密封裝置和密封裝置的更換效果可計入對中性和松緊度的調(diào)整效果。目前光桿密封裝置的效率為90%~95%。對中系數(shù)f1在原始工況 (即現(xiàn)場光桿密封裝置未調(diào)整狀態(tài))下的值取為1。在更換對中光桿密封裝置(非必需進行更換)以及按對中評判標準進行對中調(diào)整后，多次測量的f1獲得的值應(yīng)該小于1。松緊系數(shù)f2在對中系數(shù)f1調(diào)整好之后進行調(diào)整(可將普通密封裝置更換為石墨密封裝置)，將現(xiàn)場未調(diào)整狀態(tài)定為原始點，并用力矩扳手測出此時的力矩大小，通過調(diào)整松緊度，依次獲得微帶油點、稍緊點(力矩大小在微帶油點上增加50~60N•m)、緊固發(fā)熱點，同時測出對應(yīng)的力矩大小。以前的研究表明，在微帶油點松緊度最好，測出此時的松緊系數(shù)f2。對中系數(shù)最理想的值為1，非對中狀態(tài)下的值均大于1 。松緊度系數(shù)小于1為扭矩松弛點，此處定義0.8為微漏油點(松緊度最理想狀態(tài))，定義1為測試時抽油機光桿密封裝置松緊度原始狀態(tài); 1.1為扭矩緊固點，松緊度大于原始狀態(tài) 。隨對中系數(shù)的增大，光桿密封裝置效率逐漸減小; 當對中系數(shù)不變時(此處 取對中系數(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)場試驗

　　選擇華北油田某采油廠TDXX油井，其密封填料為皮帶與O型密封圈組合。試驗分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)下測試有功功率3次，每次測試時間為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)時間5分鐘后再進行測試，測試結(jié)果證實，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，電機輸入功率明顯降低，進而減少了抽油井能耗。但是從現(xiàn)場觀察，光桿密封裝置在較松狀態(tài)時，雖然沒有漏油，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，因此現(xiàn)場一般每天都要觀察光桿密封裝置，如有松動及時扭緊，杜絕漏油風(fēng)險。

　　4. 結(jié)論：理論分析和試驗表明，光桿密封裝置松緊度與對中性相比，對光桿密封裝置效率的影響更大，因此要更加關(guān)注對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到最佳。較低松緊度下應(yīng)加強巡查，防止光桿密封裝置出現(xiàn)漏油情況。