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摘要：地面驱动螺杆泵采油工艺，以一次投资少、低能耗、适应性强的特点， 成为继抽油机和电泵之后又一个主要采油设备。它由地面动力设备通过抽油杆驱动井下螺杆泵旋转，将原油举升到地面的采油设备。抽油杆最上端是为光杆，光杆的主要作用是通过旋转动密封密封井口，和密封盒一起， 用密封填料或机械密封等将井液与外界隔绝，避免污染环境。由于光杆密封为旋转式动密封，并承受一定的压力，密封渗漏是目前油田一直存在并难于解决主要问题。针对目前油田采用的主要密封形式之一下置型盘根密封进行分析，解决光杆密封渗漏的问题。
关键词：单螺杆抽油泵光杆密封失效;技术对策;
一、特点
光杆密封器下法兰与井口采油树相连接，在紧固螺母未拧紧时，锥形内孔填料函腔套相对下法兰可在任意方向错位，当光杆与井口存在偏心时，调整填料函腔套使其与光杆同轴，即可保证光杆与密封器工作时不出现偏磨。具体调整时，先在填料函腔套中装填料，用压帽通过填料压套使填料受压，以保证光杆与填料函腔套同轴，然后拧紧紧固螺母，将填料函腔套压紧在法兰上，填料函腔套与下法兰之间有密封圈。主要特点是填料函的型腔由圆柱形改为圆锥形，配套使用螺旋锥型填料，填料函腔和光杆始终可以很好地贴合，密封性能好。由于螺旋锥形填料在一定的压紧力作用下，具有较好的收缩性能，在正常磨损时，只要适当旋紧螺母，便能保证填料与光杆的密封。在填料函型腔中增设了一止回台阶（视情况可为二至三个止回台阶），光杆密封器加填料时，止回台阶可使下部填料定位，使其仍可正常密封油井回压，不需要取出旧盘根，消除了放空工序，加填料操作省时、省力。能够较好地实现调偏，保证光杆与填料函的同轴度满足要求，消除偏磨，提高了使用寿命。
二、单螺杆抽油泵光杆密封失效原因分析
1.地面驱动装置和封井器安装倾斜造成光杆产生侧向力过大，加剧了扶正轴承的磨损，在扶正轴承的下段光杆受杆柱拉力的作用径向力随倾角的增大而增大。可见，由于驱动装置的倾斜产生的侧向力，对光杆扶正轴承产生致命的作用，加剧了轴承的磨损，最终使光杆密封失效。造成驱动装置倾斜的主要原因如下几点：1）由于固井后，没有保证井口法兰水平度，也有可能由于地质的变迁或人为的破坏造成井口法兰水平度较差。2）驱动装置本身质量问题，如底部法兰与轴中心轴线不垂直。3）定位安装光杆方卡时，由于安装位置偏离轴线中心孔，从而与光杆扶正套不同心产生侧向力。4）封井器上下法兰不平行， 造成上部驱动装置随之发生倾斜， 产生光杆侧向力。5）作业时由于固紧法兰螺栓时，由于受力不均，法兰产生倾斜。
2.失效原因二。光杆采用了普通的抽油机井用光杆， 光杆尺寸的极限偏差较大，与之配合的扶正套的孔尺寸公差较大，造成光杆旋转摆动大，对盘根的磨损加剧，造成泄漏。普通光杆直径极限偏差为0 ～-0.28 mm，GG32、GG38的直径极限偏差为0～-0.34 mm，在设计时为保证光杆能够顺利穿过，又要保证扶正轴承精确的定位，理论上光杆与扶正轴承最小间隙0.28 mm和0.34 mm， 实际在设计时与扶正轴承最大间隙至少0.34 mm和0.39 mm， 光杆旋转时盘根的软接触，如果盘根跟随性差，就会产生缝隙而泄漏。可见这么大间隙是不能够保证盘根可靠的密封。因此光杆的尺寸极限偏差大也是光杆容易发生泄漏的原因之一。
3 失效原因三。生产管线阻力过大，造成光杆密封泄漏。一般为保证井液顺利输送到联合站， 油井出口处有大约0.8MPa的压力， 但有些油井由于距离联合站较远或者原油黏稠等因素造成憋压过高，驱动装置光杆密封承压能力有限，一旦超过极限，就会造成光杆密封处渗漏。在进行洗井和压裂等操作时，由于封井器关闭不严或本身质量问题，使压力直接作用在光杆密封处造成密封泄漏。在正向洗井作业时由于生产闸门关闭，洗井时需要较高的压力，必须关闭封井器，倘若封井器关闭不严或质量有问题，使压力直接作用在光杆密封处， 盘根密封在静止时能够承受较高的压力，如果采用机械密封，机械密封最高只能承受3.5 MPa的压力，有的只能承受1MPa的压力，一旦超过了机械密封的承受压力， 就会将机械密封密封圈压出密封槽而密封失效。进行憋压或非正常的关闭生产闸门，造成光杆密封压力过高，而使密封失效。
4.失效原因四。直接用盘根密封光杆，造成光杆的过度磨损，盘根的压缩不能补偿，而发生渗漏。直接用盘根密封光杆操作简单适用，密封泄漏后容易维修和更换的优点，仍为国内或国外的厂家所采用， 但是盘根密封最大的缺点是容易磨损光杆，严重的磨损会降低光杆的强度，造成光杆断裂，轻微的磨损会使光杆磨出沟痕，使盘根密封失效。
5 失效原因五。密封的结构设计不合理， 是光杆密封渗漏的又一原因：1）盘根直接密封光杆的结构设计不合理;盘根密封是软磨硬，即盘根直接磨光杆的密封，既要保证密封的可靠性又要考虑磨损。有的光杆密封为提高可靠性采用多加盘根，提高盘根的压紧力的做法，这些都是错误的。2）机械密封的结构设计不合理。机械密封要求运动部件应有较高的精度，同时对密封的介质清潔程度有严格的要求。运动部件精度低会使机械密封的动环和静环的结合面出现偏磨现象。由于机械密封的动静环的密封面靠形成均匀的液膜保证润滑和密封， 一但密封液出现砂粒或其它硬物，会破坏液膜，造成密封泄漏。
三、技术对策
1）新井固井时，调整好套管的垂直度，使井口法兰水平度较高，为采油设备提供一个良好的平台。对于老井，我们很难改变井口的水平度， 但作业前需检测井口法兰是否水平，可以提前采取措施，通过调整封井器，尤其上法兰的水平度，为驱动装置搭建了一个好的平台。对封井器法兰水平度的调节有： 斜切钢圈调整法、螺栓紧固法等。斜切钢圈法就是人为将密封的上下密封面，倾斜一定角度，作业时按照井口法兰的倾斜程度，对应放置钢圈，达到纠正的偏斜目的。螺栓紧固法是在保证密封可靠的前提下，加大部分的螺栓转矩也能够调整封井器的水平。
2）提高驱动装置、封井器等设备的加工精度。井口水平十分重要，如果驱动装置、封井器本身的法兰发生偏斜，再调整安装的精度就会十分困难。因此严格控制驱动装置、封井器质量非常重要。
3）采用专用的螺杆泵光杆，提高光杆密封部位设计精度。对于直接密封光杆的填料密封，应采用特制的螺杆泵专用光杆，为降低生产成本，可以采用不同的部位精度不同的设计，即在密封部位采用高精度，提高与扶正轴承的配合精度;采用密封部位镀铬、渗碳处理等提高耐磨性。
4）设计合理的填料密封结构和机械密封结构。填料密封结构设计主要注意3个问题：其一是有可靠、高精度的扶正轴承扶正;其二是密封填料选择;其三是密封填料与光杆间有良好的润滑和冷却。光杆密封结构设计也要注意两方面问题： 其一是所密封零件具有良好的回转精度;其二是动、静环密封端面应处在润滑和冷却较好的环境中，以便能够形成稳定的密封液膜。
通常情况下在光杆密封泄漏的情况下， 我们会想到提高设计可靠的密封，或通过更换密封来避免密封泄漏。单从这两方面解决问题， 还不是根本办法， 需要作业人员、油井管理人员与工程技术人员密切协作通过细致的扎实的工作，制定严格的螺杆泵作业标准和管理标准，并严格按照标准执行，才能够从根本上解决问题。
参考文献
[1]张连山，赵谪斗.地面驱动单螺杆泵使用中出现的问题及失效方式[J].石油机械，2019（4）：34—36.
[2]丁攀攀，白骏烈.提高油封耐磨性能途径[J].橡胶工业，2020（4）：251—254.
关键词：单螺杆抽油泵光杆密封失效;技术对策;
一、特点
光杆密封器下法兰与井口采油树相连接，在紧固螺母未拧紧时，锥形内孔填料函腔套相对下法兰可在任意方向错位，当光杆与井口存在偏心时，调整填料函腔套使其与光杆同轴，即可保证光杆与密封器工作时不出现偏磨。具体调整时，先在填料函腔套中装填料，用压帽通过填料压套使填料受压，以保证光杆与填料函腔套同轴，然后拧紧紧固螺母，将填料函腔套压紧在法兰上，填料函腔套与下法兰之间有密封圈。主要特点是填料函的型腔由圆柱形改为圆锥形，配套使用螺旋锥型填料，填料函腔和光杆始终可以很好地贴合，密封性能好。由于螺旋锥形填料在一定的压紧力作用下，具有较好的收缩性能，在正常磨损时，只要适当旋紧螺母，便能保证填料与光杆的密封。在填料函型腔中增设了一止回台阶（视情况可为二至三个止回台阶），光杆密封器加填料时，止回台阶可使下部填料定位，使其仍可正常密封油井回压，不需要取出旧盘根，消除了放空工序，加填料操作省时、省力。能够较好地实现调偏，保证光杆与填料函的同轴度满足要求，消除偏磨，提高了使用寿命。
二、单螺杆抽油泵光杆密封失效原因分析
1.地面驱动装置和封井器安装倾斜造成光杆产生侧向力过大，加剧了扶正轴承的磨损，在扶正轴承的下段光杆受杆柱拉力的作用径向力随倾角的增大而增大。可见，由于驱动装置的倾斜产生的侧向力，对光杆扶正轴承产生致命的作用，加剧了轴承的磨损，最终使光杆密封失效。造成驱动装置倾斜的主要原因如下几点：1）由于固井后，没有保证井口法兰水平度，也有可能由于地质的变迁或人为的破坏造成井口法兰水平度较差。2）驱动装置本身质量问题，如底部法兰与轴中心轴线不垂直。3）定位安装光杆方卡时，由于安装位置偏离轴线中心孔，从而与光杆扶正套不同心产生侧向力。4）封井器上下法兰不平行， 造成上部驱动装置随之发生倾斜， 产生光杆侧向力。5）作业时由于固紧法兰螺栓时，由于受力不均，法兰产生倾斜。
2.失效原因二。光杆采用了普通的抽油机井用光杆， 光杆尺寸的极限偏差较大，与之配合的扶正套的孔尺寸公差较大，造成光杆旋转摆动大，对盘根的磨损加剧，造成泄漏。普通光杆直径极限偏差为0 ～-0.28 mm，GG32、GG38的直径极限偏差为0～-0.34 mm，在设计时为保证光杆能够顺利穿过，又要保证扶正轴承精确的定位，理论上光杆与扶正轴承最小间隙0.28 mm和0.34 mm， 实际在设计时与扶正轴承最大间隙至少0.34 mm和0.39 mm， 光杆旋转时盘根的软接触，如果盘根跟随性差，就会产生缝隙而泄漏。可见这么大间隙是不能够保证盘根可靠的密封。因此光杆的尺寸极限偏差大也是光杆容易发生泄漏的原因之一。
3 失效原因三。生产管线阻力过大，造成光杆密封泄漏。一般为保证井液顺利输送到联合站， 油井出口处有大约0.8MPa的压力， 但有些油井由于距离联合站较远或者原油黏稠等因素造成憋压过高，驱动装置光杆密封承压能力有限，一旦超过极限，就会造成光杆密封处渗漏。在进行洗井和压裂等操作时，由于封井器关闭不严或本身质量问题，使压力直接作用在光杆密封处造成密封泄漏。在正向洗井作业时由于生产闸门关闭，洗井时需要较高的压力，必须关闭封井器，倘若封井器关闭不严或质量有问题，使压力直接作用在光杆密封处， 盘根密封在静止时能够承受较高的压力，如果采用机械密封，机械密封最高只能承受3.5 MPa的压力，有的只能承受1MPa的压力，一旦超过了机械密封的承受压力， 就会将机械密封密封圈压出密封槽而密封失效。进行憋压或非正常的关闭生产闸门，造成光杆密封压力过高，而使密封失效。
4.失效原因四。直接用盘根密封光杆，造成光杆的过度磨损，盘根的压缩不能补偿，而发生渗漏。直接用盘根密封光杆操作简单适用，密封泄漏后容易维修和更换的优点，仍为国内或国外的厂家所采用， 但是盘根密封最大的缺点是容易磨损光杆，严重的磨损会降低光杆的强度，造成光杆断裂，轻微的磨损会使光杆磨出沟痕，使盘根密封失效。
5 失效原因五。密封的结构设计不合理， 是光杆密封渗漏的又一原因：1）盘根直接密封光杆的结构设计不合理;盘根密封是软磨硬，即盘根直接磨光杆的密封，既要保证密封的可靠性又要考虑磨损。有的光杆密封为提高可靠性采用多加盘根，提高盘根的压紧力的做法，这些都是错误的。2）机械密封的结构设计不合理。机械密封要求运动部件应有较高的精度，同时对密封的介质清潔程度有严格的要求。运动部件精度低会使机械密封的动环和静环的结合面出现偏磨现象。由于机械密封的动静环的密封面靠形成均匀的液膜保证润滑和密封， 一但密封液出现砂粒或其它硬物，会破坏液膜，造成密封泄漏。
三、技术对策
1）新井固井时，调整好套管的垂直度，使井口法兰水平度较高，为采油设备提供一个良好的平台。对于老井，我们很难改变井口的水平度， 但作业前需检测井口法兰是否水平，可以提前采取措施，通过调整封井器，尤其上法兰的水平度，为驱动装置搭建了一个好的平台。对封井器法兰水平度的调节有： 斜切钢圈调整法、螺栓紧固法等。斜切钢圈法就是人为将密封的上下密封面，倾斜一定角度，作业时按照井口法兰的倾斜程度，对应放置钢圈，达到纠正的偏斜目的。螺栓紧固法是在保证密封可靠的前提下，加大部分的螺栓转矩也能够调整封井器的水平。
2）提高驱动装置、封井器等设备的加工精度。井口水平十分重要，如果驱动装置、封井器本身的法兰发生偏斜，再调整安装的精度就会十分困难。因此严格控制驱动装置、封井器质量非常重要。
3）采用专用的螺杆泵光杆，提高光杆密封部位设计精度。对于直接密封光杆的填料密封，应采用特制的螺杆泵专用光杆，为降低生产成本，可以采用不同的部位精度不同的设计，即在密封部位采用高精度，提高与扶正轴承的配合精度;采用密封部位镀铬、渗碳处理等提高耐磨性。
4）设计合理的填料密封结构和机械密封结构。填料密封结构设计主要注意3个问题：其一是有可靠、高精度的扶正轴承扶正;其二是密封填料选择;其三是密封填料与光杆间有良好的润滑和冷却。光杆密封结构设计也要注意两方面问题： 其一是所密封零件具有良好的回转精度;其二是动、静环密封端面应处在润滑和冷却较好的环境中，以便能够形成稳定的密封液膜。
通常情况下在光杆密封泄漏的情况下， 我们会想到提高设计可靠的密封，或通过更换密封来避免密封泄漏。单从这两方面解决问题， 还不是根本办法， 需要作业人员、油井管理人员与工程技术人员密切协作通过细致的扎实的工作，制定严格的螺杆泵作业标准和管理标准，并严格按照标准执行，才能够从根本上解决问题。
参考文献
[1]张连山，赵谪斗.地面驱动单螺杆泵使用中出现的问题及失效方式[J].石油机械，2019（4）：34—36.
[2]丁攀攀，白骏烈.提高油封耐磨性能途径[J].橡胶工业，2020（4）：251—254.