抽油机井密封装置及抽油机

摘要

本发明提供一种抽油机井密封装置及抽油机。该抽油机井密封装置包括穿设于光杆上的球托、滑套、压盖和密封球；球托包括开口相互背离设置的第一腔体和第二腔体，且第一腔体和第二腔体的轴线上开设有用于穿设于光杆上的通孔，第二腔体与盘根盒连接，第一腔体的底端凸向第二腔体；压盖盖设在第一腔体的开口上，且压盖具有可穿设光杆的第一中心孔；滑套为锥体，滑套位于第一腔体内，且滑套的顶端可与第一中心孔的内端抵接，密封球位于第一腔体与滑套的底部所围成的空间内。应用该抽油机井密封装置的抽油机可以在井口光杆断脱时密封井口原光杆通道，阻止原油喷出，并且在平时日常生产中作为盘根密封的补充，在盘根失效时作为第二重密封防护。

说明书

技术领域

本发明涉及抽油机密封技术，尤其涉及一种抽油机井密封装置及抽油机。

背景技术

抽油机作为目前各大油田的主要采油方式之一，应用广泛。然而抽油杆在工作过程中，由于承受不对称循环载荷的作用，并且在中和点以下的抽油杆承受不对称拉压循环载荷，加上抽油杆柱本身未加工面积达85％以上，不可避免地会有疲劳源存在,从而可能产生疲劳断裂；井口抽油杆部位作为应力集中区，断脱的几率更大，部分地区的油气层或地层水含有腐蚀性的CO₂与H₂S等，增加了抽油杆断脱的可能性，井口抽油杆断脱之后引起的油气喷溅不仅造成了油气的损失，而且污染环境。

抽油机井口现行的密封方式为盘根密封，盘根通常是较柔软的线状物编织而成的、截面积是正方形或长方形、圆形的条状物，盘根密封是将盘根缠绕光杆上，从而达到光杆和周围空隙密封的效果，阻止原油从光杆周围溢出。

然而在抽油井的生产过程中，盘根属易损耗需勤更换的配件，抽油机安装误差、光杆工况差、盘根盒扶正器及密封器的不合理使光杆持续的上下运动与油管之间产生异常挤压或磨擦，使光杆划伤或变形，进而加速盘根磨损，最终导致井口盘根和光杆密封不严而漏油，给正常生产带来极大不便。

发明内容

本发明提供一种抽油机井密封装置及抽油机，可以在井口光杆断脱时密封井口原光杆通道，阻止原油喷出，并且在平时日常生产中作为盘根密封的补充，在盘根失效时作为第二重密封防护。

一方面本发明提供一种抽油机井密封装置，包括穿设于光杆上的球托、滑套、压盖和密封球；球托为回转体，球托包括开口相互背离设置的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体均为中心对称腔体，且第一腔体和第二腔体的轴线上开设有用于穿设于光杆上的通孔，第二腔体与盘根盒连接，且盘根盒内部的盘根格兰压盖顶端与第二腔体的腔壁贴合，第一腔体的底端凸向第二腔体；压盖盖设在第一腔体的开口上，且压盖具有可穿设光杆的第一中心孔；滑套为锥体，滑套位于第一腔体内，滑套具有可穿设光杆的第二中心孔，且滑套的顶端可与第一中心孔的内端抵接，密封球位于第一腔体与滑套的底部所围成的空间内。

具体的，第一腔体的内壁上设置有限制滑套下滑的限位部，保证滑套水平放置。

具体的，滑套的底部为凸向滑套顶端的内锥结构。

可选的，第一腔体的径向截面形状为U形或者V形。

具体的，密封球的直径大于光杆的直径，且小于光杆外壁和第一腔体的内壁之间的最小距离，密封球置于光杆任意侧，并处于自由状态。

具体的，第一中心孔的底端内壁为锥面，第一中心孔的底端内壁锥面锥度与滑套外锥面锥度相同。

具体的，滑套底部与光杆接触的部位设有环形密封触角。

具体的，滑套包括由刚性材料制成的内芯，内芯的外部包裹有弹性材料。

具体的，第一腔体的内径大于第二腔体的内径，球托上部的外径大于球托下部的外径。

第二方面本发明提供一种抽油机，包括上述的抽油机井密封装置。

本发明提供的抽油机井密封装置，包括穿设于光杆上的球托、滑套、压盖和密封球；球托为回转体，球托包括开口相互背离设置的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体均为中心对称腔体，且第一腔体和第二腔体的轴线上开设有用于穿设于光杆上的通孔，第二腔体与盘根盒连接，且盘根盒内部的盘根格兰压盖顶端与第二腔体的腔壁贴合，第一腔体的底端凸向第二腔体；压盖盖设在第一腔体的开口上，且压盖具有可穿设光杆的第一中心孔；滑套为锥体，滑套位于第一腔体内，滑套具有可穿设光杆的第二中心孔，且滑套的顶端可与第一中心孔的内端抵接，密封球位于第一腔体与滑套的底部所围成的空间内。应用该抽油机井密封装置的抽油机可以在井口光杆断脱时密封井口原光杆通道，阻止原油喷出，并且在平时日常生产中作为盘根密封的补充，在盘根失效时作为第二重密封防护，从而达到补充密封的作用，以便采油工有足够的时间对盘根进行更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明抽油机井密封装置的径向截面图；

图2为本发明抽油机井密封装置第一工况下的径向截面图；

图3为本发明抽油机井密封装置第二工况下的径向截面图；

图4为本发明抽油机井密封装置第三工况下的径向截面图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明抽油机井密封装置的径向截面图，如图1所示，本实施例提供的抽油机井密封装置包括穿设于光杆上的球托1、滑套3、压盖4和密封球2；球托1为回转体，球托1包括开口相互背离设置的第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11和第二腔体12均为中心对称腔体，且第一腔体11和第二腔体12的轴线上开设有用于穿设于光杆7上的通孔，第二腔体12与盘根盒5连接，且盘根盒5内部的盘根格兰压盖6顶端与第二腔体12的腔壁贴合，第一腔体11的底端凸向第二腔体12；压盖4盖设在第一腔体11的开口上，且压盖4具有可穿设光杆7的第一中心孔41；滑套3为锥体，滑套3位于第一腔体11内，滑套3具有可穿设光杆7的第二中心孔，且滑套3的顶端可与第一中心孔41的内端抵接，密封球2位于第一腔体11与滑套3的底部所围成的空间内。

正常生产条件下，如图1所示，图中箭头表示原油流经的位置和方向，第二腔体12与盘根盒5连接，盘根格兰压盖6与第二腔体12的腔壁贴合，第二腔体12的腔壁将盘根格兰压盖6向盘根盒5方向挤压，使得盘根盒内部的盘根紧凑贴合在光杆7上，达到密封光杆的效果，此时第一腔体11内没有原油进入。在此平稳生产情况下，密封球2对于光杆7的摩擦非常小，密封球2相对光杆状态稳定，围绕光杆略微有转动，不会有强烈碰撞等影响工况的现象发生。

当盘根盒5内盘根失效时，如图2所示，图中箭头表示原油流经的位置和方向，原油从光杆7和盘根盒5之间涌入第一腔体11，第一腔体11内的原油挤压滑套3使滑套3上移，紧密贴合在压盖4上，从而防止了原油漏出抽油机，污染环境。

当井口光杆发生断脱时，如图3所示，图中箭头表示原油流经的位置和方向，密封球2没有光杆7的阻挡，由于第一腔体11凸向第二腔体12，密封球在自身重力作用下滚动到第一腔体11底部，当球托1的通孔内油压不足以将密封球2顶起时，密封球2堵住第一腔体11的下端通孔，从而防止了原油漏出抽油机。

当球托1的通孔内油压较大时，如图4所示，图中箭头表示原油流经的位置和方向，密封球2在油压的作用下被顶起，贴合在滑套3底部的第二中心孔上，从而实现了对第一腔体11内原油的封堵，防止了原油漏出抽油机。

具体的，第一腔体11内壁上设置有限制滑套3下滑的限位部8，如图1或图3所示，在盘根盒内盘根或者密封球2密封良好的情况下，第一腔体11内没有油压作用，限位部8抵接在滑套3下部，阻止滑套3落下挤压密封球2，避免了如图1所示的情况下，滑套3下移压在密封球2上，增加密封球2与光杆7之间压力和摩擦力，使光杆7和密封球2容易磨损。

具体的，滑套3的底部为凸向滑套3顶端的内锥结构，将滑套3的底部设置为向滑套顶端的内锥结构，当密封球2被高油压顶起时，滑套3底部的内锥结构可以引导密封球2贴合在滑套3底部的第二中心孔上，内锥结构的锥度越小导向能力越强。

可选的，第一腔体11的径向截面形状可以为U型，也可以为V型，第一腔体11的径向截面设计成U型或V型都可以实现，当光杆断裂时，第一腔体底部内凹结构引导密封球2在自身重力作用下滚动到第一腔体11底部通孔上，U型截面底部的坡度是逐渐减小的，采用U型截面对密封球2的导向能力相对于采用V型截面对密封球2的导向能力较弱，但是采用U型截面，密封球2在第一腔体11底部滚动时比较平滑，密封球2不会因为快速滚动与第一腔体11内部发生剧烈碰撞，从而损坏第一腔体11，尤其可能碰撞第一腔体11底部的通孔，造成通孔壁破损影响密封球2的密封效果。

具体的，密封球2的直径大于光杆7的直径，且小于光杆7外壁和第一腔体11的内壁之间的距离，密封球2处于光杆7任意侧，处于自由状态，密封球2的直径大于光杆7的直径，如图3或图4所示，当密封球抵触在球托1的通孔上时，密封球2不会从通孔挤出第一腔体11，密封球2的直径小于光杆7外壁和第一腔体11的内壁之间的距离，可以使密封球2处于光杆7任意侧，处于自由状态，而不会挤压光杆使光杆变形。

具体的，第一中心孔41的底端内壁为锥面，该锥面的锥度与椎体结构滑套3的外锥面的锥度相同，如图2或4所示，当滑套顶部抵接在第一中心孔上时，滑套3的外锥面完全贴合在第一中心孔41的底端内壁上，从而防止了第一腔体11内原油从滑套3和压盖4之间流出抽油机井口，并且第一腔体11内的油压越大，密封效果越好。

具体的，滑套3底部与光杆7接触的部位设置有环形密封触角9，优选的，环形密封触角9可以是倒锥结构，当第一腔体11内充满原油时，原油挤压环形密封触角9的锥面，使得环形密封触角9更加贴合在光杆7上，阻止原油从滑套3和光杆7之间流出抽油机，并且油压越大，密封效果越好。

具体的，滑套3包括刚性材料制成的內芯31，內芯31外部包裹有弹性材料32，刚性材料制成的內芯31可以保证滑套3的整体强度，使得滑套3在高油压作用下不会变形破损，进而提高了滑套3与光杆7以及压盖4之间的密封效果，此外，密封球2在油压作用下不可避免的会与滑套3之间发生碰撞，在內芯31外部包裹有弹性材料32可以缓冲密封球2与滑套3之间的碰撞，避免滑套3损害，同时弹性材料32也对滑套3与光杆7之间起到了密封作用，优选的，弹性材料32和环形密封触角9为一体式结构，使弹性材料32和环形密封触角9形成对光杆的双重密封效果。

具体的，第一腔体11的内径大于第二腔体12的内径，球托1上部的外径大于球托下部的外径，第二腔体12的内径与盘根盒螺纹连接，第二腔体12的内径由盘根盒决定，第一腔体11的内径要大于密封球2的直径和光杆直径之和，在实际应用中光杆的直径是确定的，为了满足密封球2对第一腔体11底部通孔的密封效果，密封球2的重量需要达到一定值，因此密封球的体积也有一定限制，根据实际应用经验第一腔体11的内径大于第二腔体12的内径更加合理，同时，当光杆断裂时原油涌入第一腔体11，第一腔体11的内径大于第二腔体12的内径可以使得原油进入第一腔体11时油压减小，避免了原油对滑套3的直接冲击，减小了抽油机井密封装置破损的可能性，提高了抽油机井密封装置使用的寿命。

本实施例提供的抽油机井密封装置包括穿设于光杆上的球托1、滑套3、压盖4和密封球2；球托1为回转体，球托1包括开口相互背离设置的第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11和第二腔体12均为中心对称腔体，且第一腔体11和第二腔体12的轴线上开设有用于穿设于光杆7上的通孔，第二腔体12与盘根盒5连接，且盘根盒5内部的盘根格兰压盖6顶端与第二腔体12的腔壁贴合，第一腔体11的底端凸向第二腔体12；压盖4盖设在第一腔体11的开口上，且压盖4具有可穿设光杆7的第一中心孔41；滑套3为锥体，滑套3位于第一腔体11内，滑套3具有可穿设光杆7的第二中心孔，且滑套3的顶端可与第一中心孔41的内端抵接，密封球2位于第一腔体11与滑套3的底部所围成的空间内。该抽油机井密封装置可以在井口光杆断脱时密封井口原光杆通道，阻止原油喷出，并且在平时日常生产中作为盘根密封的补充，在盘根失效时作为第二重密封防护，从而达到补充密封的作用，以便采油工有足够的时间对盘根进行更换。

本发明还提供一种抽油机，该抽油机包括上述的抽油机井密封装置。其中，抽油机井密封装置的具体结构、功能和工作原理均已在前述实施例中进行了详细说明，此处不再赘述。

应用该抽油机井密封装置的抽油机可以在井口光杆断脱时密封井口原光杆通道，阻止原油喷出，并且在平时日常生产中作为盘根密封的补充，在盘根失效时作为第二重密封防护，从而达到补充密封的作用，以便采油工有足够的时间对盘根进行更换。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。