一種組合式硬密封柱塞結構的製作方法

2023-12-09 15:39:01 3

本發明涉及抽油泵，具體地說是一種組合式硬密封柱塞結構。

背景技術：

傳統抽油泵柱塞以整體式高精度圓柱面與泵筒配合實現密封，為了保證較好的密封效果，柱塞長度一般在1m以上。在斜井段、水平井段工作時，泵筒會發生微彎曲，較長的高精度柱塞易在微彎曲的泵筒內受卡、無法順暢運動，導致磨損加快，嚴重時發生卡死。蒸汽驅採油井中井下溫度較高，抽油泵柱塞與泵筒在高溫下變形，膨脹量不協調時易抱死，導致油井停產檢泵。

經過檢索，在本技術領域沒有發現相同技術的公開文獻。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種組合式硬密封柱塞結構，使抽油泵柱塞具備自適應密封、局部微變形等功能，增強柱塞對彎曲泵筒的適應能力，避免柱塞與泵筒因高溫下膨脹量不一致而卡抱、提高抽油泵在斜井段、水平段以及高溫工況下的工作性能。

為了達成上述目的，本發明採用了如下技術方案，一種組合式硬密封柱塞結構，包括浮動式柔性密封總成和內流通道總成，所述內流通道總成包括自上而下依次連接的排液通道、內流心管、閉式閥副，所述浮動式柔性密封總成設置在內流心管的外壁上。

所述浮動式柔性密封總成分為外層主密封環與內層副密封環兩部分，副密封環安裝在內流心管外部，主密封環套裝於副密封環外部，二密封環共同構成柱塞密封體。

所述主、副密封環為多個單節長度較短的短節環；主密封環是一種螺旋狀結構，且端面和外圓面精度均達到柱塞外圓面同等精度等級，副密封環的內圓面和與主密封環接觸的側面具有同樣的精度。

所述主、副密封環間靠軸向壓力擠緊接觸面實現密封，主密封環與泵筒、副密封環與內流心管間以間隙配合方式密封；副密封環組裝至內流心管外部後，各環之間形成多個隔間；主密封環套裝於隔間內，位於副密封環外側，隔間軸向長度大於主密封環總長，外徑小於主密封環內徑，主密封環在隔間內能軸向移動，也能徑向偏移。

所述內流通道總成一端搭配單流閥體，另一端為動力牽引機構預留接口。

相較於現有技術，本發明具有以下有益效果：

1、該柱塞表面具有沿柱塞軸線彎曲、沿柱塞徑向變徑、偏移的能力，針對斜井段泵筒變形的情況，較現有的整體式柱塞具有更好的適應性；

2、該柱塞表面具備變徑能力，可避免抽油泵在高溫環境下工作時，泵筒與柱塞膨脹量不一致而卡阻的可能性，較現有技術相比，應用範圍和可靠性更好；

3、該柱塞元件可全部採用金屬製造，較目前的非金屬材料柔性柱塞具有更好的耐溫和耐磨性能。

附圖說明

圖1為本發明的一種組合式硬密封柱塞結構的結構示意圖。

圖中：排液通道1、副密封環2、主密封環3、內流心管4、副密封環5、副密封環6、閉式閥副7。

具體實施方式

有關本發明的詳細說明及技術內容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制。

根據圖1，一種組合式硬密封柱塞結構，其由浮動式柔性密封部分和內流通道兩部分構成。浮動式柔性密封部分負責柱塞與泵筒間密封，內流通道部分則起到承載浮動式柔性密封部分、承受油管內液柱載荷，構成液流通道的作用。

浮動式柔性密封部分的結構分為外層主密封環與內層副密封環兩部分。副密封環安裝在內流通道外部，主密封環套裝於副密封環外部，二者共同構成柱塞密封體。主、副密封環為多個單節長度較短的短節。主密封環是一種螺旋狀結構，具有高精度的端面和外圓面，在軸向壓力作用下具有整體式柱塞的密封效果，可在內壓作用下擴徑，在外力作用下縮徑。副密封環的內圓面和與主密封環接觸的側面同樣具有較高的精度。主、副密封環間靠軸向壓力擠緊接觸面實現密封，主密封環與泵筒、副密封環與內流通道間以間隙配合方式密封。副密封環組裝至內流通道外部後，各環之間形成多個隔間。主密封環套裝於隔間內，位於副密封環外側，隔間軸向長度大於主密封環總長，外徑小於主密封環內徑，主密封環在隔間內可軸向移動，也可徑向偏移。主、副密封環組合具有填料式密封效果，將內流通道與泵筒間環空有效密封。柱塞整體裝入泵筒後，副密封環不與泵筒內壁接觸，僅起到隔開主密封環、控制其軸向竄動量、負責每個隔間內主密封環與內流通道之間密封的作用。

內流通道外側承載柔性密封部分、一端搭配單流閥體，另一端為連接抽油杆等動力牽引機構預留接口，其本體承受油管內液柱載荷，內部作為液流通道。

該組合式柱塞全部採用金屬元件構成，與泵筒間以硬密封面形成間隙配合，在油管內壓力作用下，主密封環漲開貼緊泵筒內壁縮小配合間隙，軸向與副密封環壓緊密封，副密封環與內流通道以間隙配合密封，從而實現常規柱塞的密封功能。當工作在斜井段時，由於主密封部分可以變徑、能沿徑向偏移且長度較短，在通過泵筒彎曲段時便可更好的適應泵筒內孔形狀，使柱塞整體上具有「可彎曲」、「可變徑」的柔性特徵，降低卡阻機率；在高溫環境下，變徑能力可避免柱塞與泵筒因膨脹量不一致而抱死。從總體上來說，該組合方式可使柱塞更好地適應斜井段和高溫環境下的工作。

內流心管4即為發明內容部分所述的內流通道的主要體現，其與閉式閥副7、排液通道1共同構成必要的、較完整的內流通道功能。副密封環6是發明內容部分所述副密封環的主要表現形式，副密封環2是發明內容部分所述副密封環設置在端部時的表現形式，副密封環5是為了優化發明內容部分所述副密封環的加工工藝而設置的僅用於調節「隔間」長度的調整零件。主密封環3即為發明內容部分所述的主密封環，圖中所示為整段形式，也可設計採用多個更短的短節串接使用以增強柔性效果。

將副密封環2、副密封環5、主密封環3、副密封環6依次安裝至內流心管4外側，並在內流心管4兩端安裝閉式閥副7和排液通道1，即可得到具有變形能力的柔性組合式密封柱塞，將柱塞裝入相應的泵筒即形成抽油泵成品，經檢驗測試後可投入使用。

應用該結構進行柱塞設計製造，用於抽油泵中，工作在斜井段時，由於主密封部分可以變徑、能沿徑向偏移且長度較短，在通過泵筒彎曲段時便可更好的適應泵筒內孔形狀，使柱塞整體上具有「可彎曲」、「可變徑」的柔性特徵，降低卡阻機率；在高溫環境下，變徑能力可避免柱塞與泵筒因膨脹量不一致而抱死。從總體上來說，該組合方式可使柱塞更好地適應斜井段和高溫環境下的工作，提高抽油泵應用範圍和可靠性，減少開發單位油井維護投入。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，非用以限定本發明的專利範圍，其他運用本發明的專利精神的等效變化，均應俱屬本發明的專利範圍。