光杆密封器作为有杆采油机的重要组成部件,其作用是防止原油在光杆和油管的环形空间处泄露。在此研究一种由光杆密封、井口调偏及防喷部分组成的新型双向压缩压力自适应盘根盒密封器[1],针对其关键部件压盖展开基于ANSYS Workbench的应力和应变分析,以验证该密封器结构设计的合理性并明确下一步结构优化、减重的方向。通过仿真结果可知:在施加工作载荷后,该部件最大位移以及最大应力出现位置均符合实际情况分析;最大位移处于安全范围之内;最大应力远小于该部件所用材料(Q235)的屈服强度[σs]。

与传统抽油机光杆密封模拟试验台相比,基于二次调节技术的抽油机光杆密封模拟试验台在能量回收利用、系统效率等方面体现出一定的优势。基于二次调节技术的抽油机光杆密封模拟试验台通过控制二次元件实现了光杆运动速度的无级调节。系统下冲程时,液压泵处在卸荷工况,避免了系统功率浪费,试验台通过二次元件和蓄能器的结合使用实现了液压缸、光杆及光杆所受负载重力势能的回收利用,极大提升了系统的效率。

锥形密封圈是光杆密封器的重要组成部件,该部件一般由橡胶材料制成,是防止原油在光杆和油管的环形空间处泄露的核心部件。光杆在锥形密封圈包覆中做上下往复移动,锥形密封圈内壁与光杆接触,外壁与下密封圈压盖相接触,无相对运动。锥形密封圈被压环的预紧力压紧,并与光杆及密封圈压盖内壁产生接触压力,该压力高于原油渗透压力,从而产生密封效果。研究一种新型双向压缩压力自适应盘根盒密封器,针对其核心部件锥形密封圈展开基于ANSYS Workbench的应力和应变分析,以验证该锥形密封圈的有效性。通过仿真结果可知:在施加工作载荷后,密封面贴合良好,橡胶挤出现象轻微;最大应力小于该部件所用材料(丁腈橡胶)的极限应力强度(20MPa),可以满足强度要求。

抽油机光杆密封器类型多,但被油田认可且应用的却微乎其微,原因无外乎光杆密封器性能未能大幅提高或性能未得到实验验证,基于此,设计了一套光杆密封器模拟试验台。试验台通过液压系统驱动,能够实现对光杆运动速度的无极调节、对光杆运动行程的准确控制,并能够模拟抽油机光杆、盘根盒的实际工况,还原现场真实情况,从而将现场盘根盒密封性能、寿命试验转移到试验台上加以复现,给工作人员带来了极大便利。同时,抽油机光杆密封模拟试验台也为其他各种新型光杆密封装置提供了试验平台,为实现密封性能更好、使用寿命更长的光杆密封器在油田的广泛应用提供有力支持。