一种磁悬浮光杆密封器

摘要

本发明公开了一种磁悬浮光杆密封器，涉及石油开采领域，包括磁悬浮密封系统、顶部预密封系统、多级随机补偿弹性密封系统和调偏、调斜装置，在密封器的内壳体中设有上磁体、浮动磁体、下磁体，运用磁体同极相斥的原理，形成上密封腔和下密封腔，通过注入孔向上密封腔和下密封腔内注满密封流体，构成磁悬浮密封系统。本发明与现有技术相比，密封流体对光杆形成了软密封，解决光杆干磨和微偏磨问题，增加设备的可靠性，保证光杆密封器的密封性能，不需要停井就能完成密封充填，节省劳动力，提高采油时率。此外能够随时修正因井口与光杆不对中产生的偏磨，并能对光杆上的结垢或杂质及时清除，增加了光杆密封器的使用寿命。

权利要求

1.一种磁悬浮光杆密封器，包括下接头(1)、光杆(20)，所述下接头(1)套设在光杆(20)上，其特征在于：所述光杆(20)由上至下依次设有顶部预密封系统、磁悬浮密封系统和调偏调斜装置；

所述的磁悬浮密封系统包括外壳体(10)、下注入孔(11)、内壳体(12)、上注入孔(13)、上磁体(21)、上密封腔(22)、浮动磁体(23)、下密封腔(24)、下磁体(25)和密封流体(30)，上磁体(21)、浮动磁体(23)和下磁体(25)由上至下依次安装在内壳体(12)中，上磁体(21)、浮动磁体(23)和下磁体(25)的外径与内壳体(12)间隙密切配合，上磁体(21)、浮动磁体(23)和下磁体(25)之间同极磁场相对，上磁体(21)与浮动磁体(23)之间形成上密封腔(22)，浮动磁体(23)和下磁体(25)之间形成下密封腔(24)，上密封腔(22)和下密封腔(24)通过上注入孔(13)和下注入孔(11)注满密封流体(30)，密封流体(30)对光杆(20)的往复运动形成了软密封；

所述的调偏调斜装置包括硬密封(26)和偏心球体(8)，所述偏心球体(8)内开设有通孔，所述的硬密封(26)安装在偏心球体(8)的通孔内，与光杆(20)形成间隙密封配合；

所述的硬密封(26)、磁悬浮密封系统和顶部预密封系统一起构成对光杆(20)的多级随机补偿弹性密封系统。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮光杆密封器，其特征在于：所述的上注入孔(13)和下注入孔(11)安装在外壳体(10)上，上注入孔(13)和下注入孔(11)的注入方向是单向的，密封流体(30)不能通过上注入孔(13)和下注入孔(11)流出上密封腔(22)和下密封腔(24)。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮光杆密封器，其特征在于：所述的上磁体(21)、浮动磁体(23)、下磁体(25)是多块磁体同极相对安装，形成多个上密封腔(22)和多个下密封腔(24)，上密封腔(22)与上注入孔(13)相连，下密封腔(24)与下注入孔(11)相连，密封流体(30)通过上注入孔(13)和下注入孔(11)，由外力注入到上密封腔(22)和下密封腔(24)，密封流体(30)对光杆(20)形成了密封。

说明书

一种磁悬浮光杆密封器

技术领域

[0001] 本发明涉及石油开采技术领域，具体为一种磁悬浮光杆密封器。

背景技术

[0002] 目前石油工业采油现场使用的光杆密封器种类繁多，各种光杆密封器的形状、大小均不相同，但是现有密封器的使用给采油现场管理带来很多烦恼。

[0003] 现阶段油田到了开发中后期，高含水井、结垢、腐蚀、注聚井、稠油注气热采井，光杆密封器的盘根经常被光杆磨坏，使用寿命短，密封不严，油气水泄漏，造成原油损失周围
和环境污染，因此需要经常更换盘根，采油工人更换完盘根以后，还要及时清理井口设备，
劳动强度大，工作效率低。另外在长期的生产过程中抽油机极易发生位置偏移，这就形成光
杆对盘根盒的偏磨，致使光杆与盘根密封件的磨损加剧，增加油气水的泄露几率，安全隐
患、生产成本和劳动强度随之加大。

[0004] 针对以上相关技术问题，目前尚未给出综合有效的解决方案。

发明内容

[0005] 本发明就是针对现有光杆密封器存在的技术上的不足，提供了一种磁悬浮光杆密封器。

[0006] 在光杆密封器的下部有调偏调斜装置和硬密封，通过上调偏体、下调偏体、偏心球体实现调偏和调斜，完成光杆的随时对中，通过硬密封完成对光杆的首次轴向密封，通过调
偏调斜装置保证光杆的竖直随动性，减小摩擦，延长密封使用寿命，节省劳动力，提高工作
效率；在密封器的中部有上磁体、浮动磁体、下磁体、上注入孔、下注入孔，运用磁体同极相
斥的原理，上磁体、浮动磁体和下磁体在内壳体中安装时，同极磁场相对顺序组装，构成磁
悬浮密封系统，在内壳体中形成上密封腔和下密封腔，通过注入孔向上密封腔和下密封腔
内注满密封流体，无需拆卸密封器，增加了注油的便利性，通过不断的注密封流体减小了光
杆与密封器之间的磨损，增加了密封器的使用寿命。

[0007] 为实现上述目的，发明提供如下技术方案：

[0008] 一种磁悬浮光杆密封器，包括下接头、光杆，所述下接头设在光杆上，所述光杆由上至下依次设有顶部预密封系统、磁悬浮密封系统和调偏调斜装置；

[0009] 所述的磁悬浮密封系统包括外壳体、下注入孔、内壳体、上注入孔、上磁体、上密封腔、浮动磁体、下密封腔、下磁体和密封流体，上磁体、浮动磁体和下磁体由上至下依次安装
在内壳体中，上磁体、浮动磁体和下磁体的外径与内壳体间隙密切配合，上磁体、浮动磁体
和下磁体之间同极磁场相对，上磁体与浮动磁体之间形成上密封腔，浮动磁体和下磁体之
间形成下密封腔，上密封腔和下密封腔通过上注入孔和下注入孔注满密封流体。

[0010] 所述的顶部预密封系统包括锥套、锥形盘根、盘根、压环、推力轴承和上压帽，锥套安装在上磁体上端，锥套内部装有锥形盘根，锥形盘根上部有盘根和压环，压环上有推力轴
承，上压帽在推力轴承上部，上压帽与外壳体螺纹连接。

[0011] 所述的调偏调斜装置包括下接头、平面密封、下调偏体、径向密封、螺栓、上调偏体、下压帽、偏心球体、和硬密封，所述下接头上有平面密封，与下调偏体底部端面密封配
合，所述下压帽和下接头把上调偏体、偏心球体和下调偏体连接为一体，所述上调偏体、偏
心球体和下调偏体的组合体可以在下接头的端面上平移，所述上调偏体、偏心球体和下调
偏体通过在圆周上均匀分布的多条螺栓连接组合为一体，所述下调偏体上端开设有内球
面，所述偏心球体通过径向密封与下调偏体内球面滑动连接，所述偏心球体可以在下调偏
体的内球面上360°方向摆动。

[0012] 所述偏心球体内开设有通孔，所述的硬密封安装在偏心球体的通孔内，与光杆形成间隙密封配合。

[0013] 还包括连接体，所述的连接体下部与调偏调斜装置的偏心球体连接，连接体上部与外壳体连接，硬密封安装在调偏调斜装置上部，磁悬浮密封系统下部。

[0014] 所述的上注入孔和下注入孔安装在外壳体上，上注入孔和下注入孔的注入方向是单向的，密封流体不能通过上注入孔和下注入孔流出上密封腔和下密封腔。

[0015] 所述的上磁体、浮动磁体、下磁体是3块磁体或者是多块磁体同极相对安装，形成多个上密封腔和多个下密封腔，上密封腔与上注入孔相连，下密封腔与下注入孔相连，密封
流体通过上注入孔和下注入孔，由外力注入到上密封腔和下密封腔，密封流体对光杆形成
了密封。

[0016] 所述的偏心球体的通孔的轴向中心线与偏心球体轴向中心线有一个偏心距e。

[0017] 与现有技术相比，发明的有益效果是：

[0018] 1、本发明在光杆密封器的下部设有调偏调斜装置，能够随时修正因井口与光杆不对中产生的偏磨。其中偏心球体的通孔轴向中心线与球体中心线不重合，有一个偏心距e，
但偏心球体的通孔轴向中心线与光杆中心是重合的，这样当旋紧上压帽时，偏心球体的球
体中心不会随着上压帽旋转而旋转，不需要人工打背钳。

[0019] 2、本发明在偏心球体的通孔上部装有硬密封，与光杆产生间隙密封配合，并能对光杆上的结垢或杂质及时清除，是一种固体密封。

[0020] 3、本发明在内壳体中设有上磁体、一个或多个浮动磁体、下磁体；上磁体、浮动磁体、下磁体均为环形，磁体外径与内壳体间隙密封配合，磁体内密封与光杆间隙密封配合。
磁体之间按照同极相对的顺序组装，在磁体之间自然排斥，形成两个或多个密封空腔，密封
空腔与安装在外壳体上的单向注入孔连接，密封流体通过注入孔，由外力注入到密封空腔。
两个或多个密封空腔中的密封流体对光杆形成了软密封，同时密封流体防止了光杆与密封
器之间的干磨，增加了光杆密封器的使用寿命。单向注入孔可以防止密封流体倒流，增加设
备的可靠性，保证光杆密封器的密封性能，防止油、气、水泄漏；由于密封流体是靠外力单向
挤进密封空腔里的，不需要停井就能完成密封充填，不需工人拆卸维修密封，节省劳动力，
增加应用的便利性，提高了采油时率。

[0021] 4、本发明的内壳体、上磁体、浮动磁体、下磁体，由于磁体之间按照同极相对的顺序组装，磁体之间自然排斥，使中间的磁体在内壳体的约束性产生悬浮，形成浮动磁体，又
由于磁体之间的距离在力量作用下可以相对压缩，起到了相当于弹簧的作用，这样在密封
流体的配合下，就构成对光杆密封器的磁悬浮密封系统，这是密封流体对光杆往复运动的
软密封，是一种液体密封，解决光杆干磨和微偏磨问题。

[0022] 5、本发明锥套装在上磁体上端，内部装有锥形盘根，上部有盘根和压环，压环上有推力轴承，上压帽在推力轴承上部，构成光杆密封器的顶部预密封系统；上压帽与外壳体相
连。上压帽向下传递密封预紧力，外壳体、下注入孔、内壳体、上注入孔、锥套、锥形盘根、盘
根、压环、推力轴承、上压帽、光杆、上磁体、上密封腔、浮动磁体、下密封腔、下磁体发挥着密
封作用，这样就由硬密封、磁悬浮密封系统和顶部预密封系统一起构成对光杆的多级随机
补偿弹性密封系统。

附图说明

[0023] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0024] 图2是本发明实施例二磁悬浮密封系统示意图；

[0025] 图中：1‑下接头，2‑平面密封，3‑下调偏体，4‑径向密封，5‑螺栓，6‑上调偏体，7‑下压帽，8‑偏心球体，9‑连接体，10‑外壳体，11‑下注入孔，12‑内壳体，13‑上注入孔，14‑锥套，
15‑锥形盘根，16‑盘根，17‑压环，18‑推力轴承，19‑上压帽，20‑光杆，21‑上磁体，22‑上密封
腔，23‑浮动磁体，24‑下密封腔，25‑下磁体，26‑硬密封，27‑磁体内密封，30‑密封流体。

具体实施方式

[0026] 下面结合说明书附图，对本发明作进一步解释说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0027] 如图1和图2所示，一种磁悬浮光杆密封器，包括下接头1、平面密封2、下调偏体3、径向密封4、螺栓5、上调偏体6、下压帽7、偏心球体8、连接体9、外壳体10、下注入孔11、内壳
体12、上注入孔13、锥套14、锥形盘根15、盘根16、压环17、推力轴承18、上压帽19、光杆20、上
磁体21、上密封腔22、浮动磁体23、下密封腔24、下磁体25、硬密封26，磁体内密封27，密封流
体30。

[0028] 硬密封26安装在偏心球体8的通孔内，与光杆20形成间隙密封配合，完成对光杆20的首次轴向密封，并能对光杆20上的结垢或杂质及时清除。

[0029] 外壳体10、下注入孔11、内壳体12、上注入孔13、上磁体21、上密封腔22、浮动磁体23、下密封腔24、下磁体25和密封流体30构成磁悬浮密封系统包括。其中：上磁体21、浮动磁
体23和下磁体25安装在内壳体12中，上磁体21、浮动磁体23和下磁体25的外径与内壳体12
间隙密切配合，上磁体21与浮动磁体23同极相斥形成上密封腔22，浮动磁体23和下磁体25
同极相斥形成下密封腔24，上密封腔22和下密封腔24通过上注入孔13和下注入孔11注满密
封流体30。上磁体21、浮动磁体23和下磁体25 组装顺序是同极磁场相对，磁体之间自然排
斥，使上磁体21和下磁体25间的浮动磁体23，在内壳体12的空间约束下产生悬浮，约束浮动
磁体23浮动，运用磁体同极相斥的原理，构成磁悬密封浮系统。

[0030] 上注入孔13和下注入孔11安装在外壳体10上，上注入孔13和下注入孔11的注入方向是单向的，密封流体30不会倒流，保证对光杆20的密封性能，此外还增加了注油的便利
性，无需拆卸密封器，通过不断的注入密封流体30，减小了光杆20与密封器之间的磨损，增
加了密封器的使用寿命。

[0031] 内壳体12外径与外壳体10内径紧密连接；内壳体12中装有锥套14、锥形盘根15、盘根16、压环17、上磁体21、浮动磁体23、下磁体25；锥套14、锥形盘根15、盘根16、压环17、推力
轴承18、上压帽19与外壳体10连接，在光杆密封器头部。

[0032] 锥套14、锥形盘根15、盘根16、压环17、推力轴承18和上压帽19构成顶部预密封系统，其中：锥套14安装在上磁体21上端，锥套14内部装有锥形盘根15，锥形盘根15上部有盘
根16和压环17，压环17上有推力轴承18，上压帽19在推力轴承18上部，上压帽19与外壳体10
螺纹连接，上压帽19旋转向下传递密封预紧力，形成对光杆20的顶部预密封。

[0033] 顶部预密封系统的上压帽19，通过推力轴承18、压环17、盘根16、锥形盘根15、锥套14、把预紧力传递给上磁体21，由于磁体之间按照同极磁场相对的顺序组装，磁体之间自然
排斥，在内壳体12的空间约束下，上磁体21、浮动磁体23和下磁体25相互排斥，起到了相当
于弹簧的作用，这样密封流体30在上密封腔22和下密封腔24内，就构成对光杆20的磁悬浮
密封系统，这是密封流体30对光杆20往复运动的密封，是一种液体密封，解决光杆20干磨和
微偏磨问题。

[0034] 外壳体10、下注入孔11、内壳体12、上注入孔13、锥套14、锥形盘根15、盘根16、压环17、推力轴承18、上压帽19、光杆20、上磁体21、上密封腔22、浮动磁体23、下密封腔24、下磁
体25和硬密封26构成多级随机补偿弹性密封系统，其中：外壳体10、内壳体12、锥套14、锥形
盘根15、盘根16、压环17、推力轴承18、上压帽19、上磁体21、浮动磁体23、下密封腔24、下磁
体25、下注入孔11、上注入孔13、上密封腔22、下密封腔24、密封流体30对光杆20形成密封作
用，这样就由硬密封26、磁悬浮密封系统和顶部预密封系统一起构成对光杆20的多级随机
补偿弹性密封系统。

[0035] 下接头1、平面密封2、下调偏体3、径向密封4、上调偏体6、下压帽7和偏心球体8构成调偏调斜装置。其中：下接头1上有平面密封2，与下调偏体3底部端面密封配合，下接头1
通过螺纹与井口连接；下压帽7和下接头1把上调偏体6、偏心球体8和下调偏体3连接为一
体；上调偏体6、偏心球体8和下调偏体3的组合体可以在下接头1的端面上平移；上调偏体6、
偏心球体8和下调偏体3通过在圆周上均匀分布的多条螺栓5连接组合为一体；偏心球体8的
球面上有径向密封4，形成与下调偏体3的内球面密封配合，偏心球体8可以在下调偏体3的
内球面上360°方向摆动。

[0036] 连接体9下部与调偏调斜装置的偏心球体8连接，连接体9上部与外壳体10连接，硬密封26安装在调偏调斜装置上部，磁悬浮密封系统下部。

[0037] 偏心球体8的内部有轴向通孔，通孔的轴向中心线与偏心球体8轴向中心线有一个偏心距e。光杆20穿过偏心球体8的轴向通孔，这样当旋紧上压帽19时，偏心球体8的球体中
心不会随着上压帽19预紧旋转而旋转，不需要人工打背钳。

[0038] 在光杆密封器的下部有调偏调斜装置和硬密封26，通过上调偏体6、下调偏体3、偏心球体8实现调偏和调斜，完成光杆20的随时对中；通过硬密封26完成对光杆20的首次轴向
密封；通过调偏调斜装置保证光杆20的竖直随动性，减小摩擦，延长密封使用寿命，节省劳
动力，提高工作效率。

[0039] 实施例二：一种磁悬浮光杆密封器，其他特征与图1相同，不同之处在于：如图2所示：上磁体21、浮动磁体23、下磁体25统称为磁体，磁体不限于3块磁体，可以是3块以上磁体
同极磁场相对组装，形成多个上密封腔22、下密封腔24。

[0040] 结合图1和图2所示，内壳体12中设有3块以上磁体，分别为上磁体21、一个或多个浮动磁体23、下磁体25；磁体为环形，磁体外径与内壳体12间隙密封配合，磁体内密封27与
光杆20间隙密封配合。磁体之间按照同极相对的顺序组装，在磁体之间自然排斥，形成两个
或多个上密封腔22和下密封腔24，上密封腔22和下密封腔24与安装在外壳体10上的单向上
注入孔13和下注入孔11连接，密封流体30通过上注入孔13和下注入孔11，由外力注入到密
封空腔。两个或多个上密封腔22和下密封腔24中的密封流体30对光杆20形成了软密封，同
时密封流体30防止了光杆20与盘根16的干磨，增加了光杆密封器的使用寿命。单向上注入
孔13和下注入孔11可以防止密封流体30倒流，增加设备的可靠性，保证光杆密封器的密封
性能，防止油、气、水泄漏；由于密封流体30是靠外力单向挤进上密封腔22和下密封腔24里
的，不需要停井就能完成密封充填，不需工人拆卸维修密封，节省劳动力，增加应用的便利
性，提高了采油时率。

[0041] 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。