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液壓及密封技術在石油機械中的應用
來源：東莞市東晟密封件科技有限公司 - m.chbabys.com更新時間：2015-08-24
隨著石油開采企業開始進入精細化發展軌道， 石油產品由產業密集型向技術多樣型轉變，石油機械的集成化、自動化、智能化程度越來越高，經過嚴格測試，設備整體搭配基本趨于合理，但因其具有高壓、高溫、高速等特點，對傳統設備當中的環形橡膠密封質量要求較高。傳統的徑向密封圈如果長時間處于高速摩擦狀態，會引發高熱磨損，產生物理化學吸附膜，導致失去應有效果。因此，急需對徑向液壓密封、密封圈進行改進產生流體動壓密封技術。
一、流體動壓徑向密封技術及其作用
流體動壓徑向密封技術最早發現于1965年，德國學者A﹒Layer于1966年開始研究，將這種技術與普通的環形密封圈結合在一起，經過多年的發展，美國M.S.在1986年申請了專利Us4610369，標志著流體動壓徑向技術正式商業化。這種密封技術主要就是利用流體動壓原理，在動密封面間制造一種動壓油膜， 用以避免機械運動表面直接接觸而產生過速摩擦的問題，能夠有效降低機件損耗和運行過熱。通過實踐來看，能夠實現80%的理論效果，基于當前計算機技術的蓬勃發展，可以合數據轉化成精密的機件，使用性能和性價比較高。它指出密封間的運動速度越快形成了油膜就越厚，體動壓徑向密封技術具有極強適應性。Kalsi提出的新型流體動壓密封技術，通過實物來看，密封圈接近于矩形，固控系統，用以安裝在密封溝槽內，在靜止時，與傳統密封圈性能相同，運動時才會體現出不同的特性：一是潤滑作用。通過在密封潤滑脂與波紋接觸面上產生一定的速度，確保在動液壓密封密封面之間形成動壓潤滑膜，轉速越快，流體動壓潤滑膜就越厚，既有效的降低溫度，又可以起到潤滑作用；二是阻塵作用。密封圈靠近外部環境邊緣部分設計成銳利直角，防止外界顆粒較大的磨料進入到密封圈內。同時，在設計當中，有控制的讓部分潤滑脂從外側邊緣漏出，可以有效的將磨料粘住和擠出密封面間。如密封面間進入到軸向運動時，這個直角還可以起到刮塵的作用，也可以防止微粒進入。
二、徑向密封技術在石油機械中應用
根據流體動壓徑向密封機理，結合石油礦場機械應用實際，重點從以下五個方面探討。
1、在牙輪鉆頭軸承系統中的應用
在20世紀80年代，M.S.Kalsi與DBS公司進行技術合作，給過反復研發，于80年代末期推出了由流體動壓密封組件為核心的牙輪鉆頭。通過實驗來看， 流體動壓徑向密封圈具有極強的穩定性、可靠性和耐磨性，可以有效的提高滑動軸承密封鉆頭的壽命，石油機械設備，也可提高密封圈的性能，延長其應用時間。事實證明，流體動壓徑向密封原理是可行的，可以長期滿足井下機械的使用。此后，又開發出外部為碟形端面的密封，內部為環形的徑向密封以及雙密封的牙輪鉆頭。
2、在井下鉆具支承節中的應用
在1976年—1982年，美國能源部門資助Sandia國家實驗室，重點研究分析潤滑脂、封閉螺桿及支承節等內容。實驗采取了組合、對比和綜合歸納的方式進行梳理，對當時主流的高壓液壓密封都進行了一一對比，但局限當時的技術條件和思維模式，在最理想的電壓和磨損情況下，密封的最高壽命也僅有48小時。在1984年，Kalsi在國家實驗結果的基礎上，嘗試將O型圈流體密封傾斜安裝，經過反復實驗和總結，1986年，才在牙輪鉆頭軸承系統中得以試驗成功，以此為基礎，完善技術和開發產品，通過井下應用來看，產品性能穩定，可靠程度高，密封壽命可達250～450 h。
3、在螺桿泵采油系統中的應用
目前，國內外在油田開采中，采用最多的是地面機械驅動的螺桿泵采油系統，該系統的工作原理是依靠光桿的旋轉帶動抽油桿，通過抽油桿聯動進井下螺桿泵進行作業。當前，光桿的動密封采用的密封方式，存在著不便于維修和環境污染問題。為了解決此類問題，Kalsi的研究人員開發研究了光桿密封組合套裝，在光桿密封部位加裝襯套，利用兩個動壓密封圈保證整個驅動系統的潤滑，通過實驗來看，該系統具有較強的通用性，可以與當前的井口驅動裝置全部配套。同時，此系統還廣泛應用于開采大油氣比油、高粘度油和含砂油的開采中。
4、在旋轉防噴器中的應用
20世紀90年代，國外興起了欠平衡鉆井技術，這種技術的關鍵設備就是旋轉防噴器，比較有代表性就是環形膠芯自封式和膨脹膠囊可編程控制式，我們國家部分油田已經開始引進和使用這種技術。事實上，此類技術的技術難點是轉承包和鉆桿密封結構的使用壽命上，研究人員常常把關注點放在鉆桿密封結構的應用上，而忽略前者。而美國Tool公司很早就已經開始應用流體動壓密封圈，改善和解決這個問題。
5、在沖管總成中的應用
沖管下部與中心管用動密封進行聯接，鉆井液做為密封介質，主要是在轉與不轉之間體現出更耐高壓、耐磨損的特點。沖管總成是水龍頭的重要組成部分，而鉆井液密封系統是其中的最薄弱環節，在21 MPa下可以持續運行800 h，但隨著壓力上升，35 MPa時其工作壽命就會在50 h左右。Kalsi經過多年研究，對水龍頭鉆井密封系統進行了改造，采用液體密封取代傳統密封，并采取與之匹配的潤滑劑，以提高其使用壽命。在模擬現場條件下，持續運行1450小時才因油脂原因而失敗，基于此技術條件，該公司生產的密封沖管，工作壽命大約為常規的5倍之多。
