游梁式抽油机光杆密封装置能耗研究

　　摘要：游梁式抽油机井口光杆密封装置通常采用1-2级密封填料，密封填料在长时间的抽油生产中不断磨损而失效，导致原油的漏失，且造成环境污染。太小的压紧力不能实现有效密封，但过于紧密的填料密封，会导致其与抽油杆的摩擦力增加，增大抽油设备的地面能耗，降低生产效率。针对目前光 杆密封装置能耗无法准确控制的问题，结合生产实际，通过算例与现场试验，发现了影响光杆密封装置效率与能耗的相关因素，实现了抽油机井光杆密封 装置效率更为准确的量化。

　　为了防止油气从光杆处泄露，抽油机井口配有光杆密封装置，光杆作为传输动力的重要环节，在长时间的生产和摩损过程中，密封装处过松或过紧，将会造成原油的泄露或效率的降低。目前，没有准确的效率能耗计算方法对光杆密封装置效率进行计算，通常是根据经验调整填料密封的松紧程度。对密封填料盒的对中性、松紧度问题开展了试验研究，得到密封填料盒的能耗损失模型。该模型可在实际生产中较为准确地控制光杆密封装置能耗。

　　1光杆密封装置效率影响因素

　　通过对光杆密封装置的结构与工作原理分析，得出影 响光杆密封装置效率的主要因素有3项

　　1.1光杆密封装置类型与规格、填充材料类型;

　　1.2光杆与光杆密封装置对中性;

　　1.3光杆密封装置填料压实过程中的松紧度。

　　其中，光杆密封装置对中性与松紧度对效率和密封效果的影响效果最为明显。

　　2光杆密封装置效率

　　2.1效率模型的建立

　　抽油机工作时，由于光杆与光杆密封装置中填料有相对运动，产生摩擦，因此会产生功率损失 。其摩擦力随工作压力、压缩量、密封材质、填料硬度、接触面积等的增大而增大，随润滑效率的提高而减少。

　　光杆密封装置的效率用式η =P-ΔP P

　　( 1 ) ΔP = F v 1 0 0 0

　　( 2 ) F=N μ d π d L p

　　式中：ΔP 为光杆密封装置消耗功率;v为光杆平均运动速度;F为光杆摩擦力;N为密封装置数量;μd为密封装置与光杆之间的动摩擦因数;d为光杆直径;L为填料高度;p为密封处 (段) 平均压力。不同密封装置材料、不同光杆密封装置上紧扭矩、不同对中效果都将影响工作压力大小，可在密封处放置压力应变片进行测量，也可通过理论计算获得。

　　在实际工况时，光杆密封装置并非理想状态，主要受对中效果与松紧度的影响。引入对中系数f1，松紧系数f2来量化两者对摩擦力的影响，在确定对中系数时，引入偏心距e、原始间隙e0 、偏心间隙e1。对中性测量测量偏心间隙e1的具体方法为：先在光杆密封装置内做中心标记，然后再用游标卡尺测出偏心间隙e1，得到偏心距e=e1-e0。在对中性良好的状态下(无偏心距)获得产液量Q所消耗的功率P(或耗电量)，以及在各种偏心距值下获得产液量Q所消耗的功率Pe(或耗电量)，可得到对中系数f1=PeP。正常工况下，松紧系数f2为1(原始点工况)，将工作点调至微带油时其值将小于1;调至稍紧点、紧固发热点时将大于1。测试方法仍然使用功率法，首先测试正常工况下获得产液量Q所消耗的功率P(或耗电量)，然后测得各工作点下获得产液量所消耗的功率Ps j(或耗电量)，则可得松紧系数f2=Psj

　　2.2光杆密封装置效率的提升可知，光杆密封装置效率的提升方式主要分为“换”和“调”两类，“换”指的是更换光杆密封装置和密封填料来提升效率;“调”指的是调整光杆密封装置对中性和松紧度。光杆密封装置和密封装置的更换效果可计入对中性和松紧度的调整效果。目前光杆密封装置的效率为90%~95%。对中系数f1在原始工况 (即现场光杆密封装置未调整状态)下的值取为1。在更换对中光杆密封装置(非必需进行更换)以及按对中评判标准进行对中调整后，多次测量的f1获得的值应该小于1。松紧系数f2在对中系数f1调整好之后进行调整(可将普通密封装置更换为石墨密封装置)，将现场未调整状态定为原始点，并用力矩扳手测出此时的力矩大小，通过调整松紧度，依次获得微带油点、稍紧点(力矩大小在微带油点上增加50~60N•m)、紧固发热点，同时测出对应的力矩大小。以前的研究表明，在微带油点松紧度最好，测出此时的松紧系数f2。对中系数最理想的值为1，非对中状态下的值均大于1 。松紧度系数小于1为扭矩松弛点，此处定义0.8为微漏油点(松紧度最理想状态)，定义1为测试时抽油机光杆密封装置松紧度原始状态; 1.1为扭矩紧固点，松紧度大于原始状态 。随对中系数的增大，光杆密封装置效率逐渐减小; 当对中系数不变时(此处 取对中系数为1)，随松紧度系数的增大，光杆密封装置效率逐渐减小。

　　3.现场试验

　　选择华北油田某采油厂TDXX油井，其密封填料为皮带与O型密封圈组合。试验分3种情况，分别为密封装置正常状态，光杆密封装置压盖扭紧180°状态，光杆密封装置压盖松180°状态。每种状态下测试有功功率3次，每次测试时间为10分钟;密封装置每改变一种状态，中间等待密封装置恢，复时间5分钟后再进行测试，测试结果证实，密封装置越紧有功功率越高，即能耗越高。光杆密封装置填料盒压紧帽扭紧180°状态与常规紧固状态相比，有功功率增加0.24kW，增幅7.03%，日耗电增加3.45kW•h;光杆密封装置压盘松180°状态与常规紧固状态相比，有功功率减少0.16kW，日耗电减少2.81kW•h。光杆密封装置在较松状态下，减少了光杆的摩擦力，电机输入功率明显降低，进而减少了抽油井能耗。但是从现场观察，光杆密封装置在较松状态时，虽然没有漏油，但是油光与正常紧固状态下相比明显增多，随着密封装置的磨损，增大了漏油风险，因此现场一般每天都要观察光杆密封装置，如有松动及时扭紧，杜绝漏油风险。

　　4. 结论：理论分析和试验表明，光杆密封装置松紧度与对中性相比，对光杆密封装置效率的影响更大，因此要更加关注对光杆密封装置松紧度的调整。填料盒松紧度调整至合适程度，可使该井的光杆密封装置效率达到最佳。较低松紧度下应加强巡查，防止光杆密封装置出现漏油情况。