在抽油机井开采作业中，井口盘根盒是保障光杆运行时密封与防喷的关键设备，其密封性能直接影响生产安全与经济效益。传统盘根盒主要依靠压帽旋紧后，压套对密封填料施加固定压紧力实现密封。但实际运行中，密封填料在 1—2 个月内普遍出现塑性变形，高含水井中这一周期更短。
胜利油田孤东采油厂的调查数据显示，每口抽油机井因盘根密封失效导致的井口泄漏每年达数十次，不仅造成原油浪费，还带来高额环境治理成本。特别是在间歇井和高含水井中，填料干磨加剧光杆磨损，高含水环境腐蚀光杆表面，进一步削弱密封效果。因此，研发可调节压紧力的井口密封装置成为行业亟待解决的问题。可调式井口密封盘根压帽的研制与应用，为提升盘根盒密封性能、延长盘根使用寿命提供了有效方案。
   
 现存技术问题
传统井口盘根盒的密封原理虽简单，但在实际应用中暴露出诸多弊端。密封填料的塑性变形是最突出的问题。在普通油井中，密封填料使用一段时间后，其弹性逐渐丧失，导致密封性能下降。而在高含水井中，由于水分对填料的侵蚀，加速了填料的老化和变形。某高含水油区的数据显示，每年因盘根密封失效造成的原油泄漏量高达数百吨，直接经济损失巨大。
此外，光杆磨损问题也日益严重。随着填料变形，其与光杆之间的摩擦力变得不稳定，导致光杆磨损加剧。据不完全统计，部分油田因光杆磨损需要更换的数量，已占总光杆数量的 10%—15%，且这一比例还在逐年上升。频繁更换光杆，不仅增加了生产成本，还导致停机时间延长，影响原油产量。同时，光杆磨损还可能引发其他安全隐患，如光杆断裂等，严重威胁石油开采作业的安全进行。
设计可调式井口密封盘根压帽
    整体结构设计：可调式井口密封盘根压帽主要由压套、阶梯轴、压缩弹簧、压帽、调节螺栓及垫片等部件组成（详见图 1、图 2）。压套作为与密封填料直接接触的部件，其上方固定安装有阶梯轴。阶梯轴不仅为压缩弹簧提供了安装空间，还起到导向作用。压缩弹簧套设在阶梯轴上，其下端与阶梯轴的轴肩紧密配合，上端则与调节螺栓的下端相互作用。
压帽上沿圆周方向均匀分布着若干个螺纹孔，每个螺纹孔都配有对应的调节螺栓，调节螺栓与压帽之间设置有垫片。调节螺栓的下端开设有圆槽，该圆槽与阶梯轴的上部形成间隙配合。通过旋转调节螺栓，改变其旋入压帽的深度，进而调节压缩弹簧对压套的作用力，最终实现对密封填料压紧力的灵活调节。
    关键部件设计：阶梯轴：采用高强度耐磨钢材制造，轴肩尺寸与压缩弹簧精准匹配，确保弹簧稳定不偏移。上部与调节螺栓圆槽配合部分经精细加工，降低摩擦，保证调节过程灵敏准确，能快速有效调整压紧力。
压缩弹簧：选用优质弹簧钢，经热处理提升弹性与疲劳寿命。根据井口工作压力与填料需求，精确设计线径、外径、有效圈数等参数，确保长期稳定传力，避免弹性衰减或断裂，为压套提供可靠压力。
调节螺栓与垫片：调节螺栓螺纹与压帽孔精密配合，头部便于操作，具备良好自锁性能。垫片采用耐磨金属，多种厚度规格供选择，通过增减垫片精确控制调节螺栓旋入深度，实现压紧力精细调节。
    可调式井口密封盘根压帽原理 
当需要对密封填料的压紧力进行调整时，操作人员使用工具旋转调节螺栓。当调节螺栓顺时针旋入时，其旋入压帽的深度增加，调节螺栓的下端对压缩弹簧施加更大的压力，压缩弹簧被进一步压缩。根据胡克定律，压缩弹簧被压缩后会产生更大的弹力，该弹力通过阶梯轴传递给压套，使压套对密封填料的压紧力增大。反之，当调节螺栓逆时针旋出时，其旋入深度减小，压缩弹簧所受压力减小，弹簧恢复部分形变，对阶梯轴的作用力减小，进而使得压套对密封填料的压紧力降低。
在实际操作过程中，工作人员会根据油井的具体情况进行灵活调整。对于新更换的密封填料，由于其初始状态弹性较好，为避免过度压紧导致填料过早磨损，初始时会使调节螺栓的旋入深度较浅，给予填料一个相对较小的初始压紧力。随着填料在使用过程中逐渐出现塑性变形，或者发现井口有轻微泄漏迹象时，工作人员会及时检查并适当增加调节螺栓的旋入深度。通过增减垫片的数量，精确控制调节螺栓的旋入量，从而改变压缩弹簧的弹力，使压套对密封填料保持合适的压紧力，确保盘根盒始终保持良好的密封性能。
    现场应用情况及效果评估
   
在孤东油田多口油井应用可调式井口密封盘根压帽，效果显著。以 A 高含水井为例，原使用传统盘根盒时，密封填料每 15 天左右需更换，更换周期内每周泄漏 1—2 次。安装新压帽后，初期每 3—5 天微调调节螺栓，后期延长至 7—10 天。三个月运行显示，填料使用周期延长至 60 天左右，泄漏仅 2—3 次，且通过调整迅速解决，保障油井正常生产。
  
密封性能提升：应用前，井口泄漏率达 30%—40%；应用后，降至 5% 以内，有效减少原油泄漏，降低污染风险，避免资源浪费，提高经济效益。
盘根更换周期延长：传统盘根盒在普通油井更换周期 1—2 个月，高含水井仅半月；新压帽使普通油井周期延长至 3—6 个月，高含水井达 2—3 个月，减少维护成本与工作量。
光杆磨损情况改善：使用传统盘根盒时光杆每月磨损 0.5—1mm，新压帽应用后降至 0.1—0.3mm，延长光杆寿命，减少更换费用与停机时间。
经济效益：以孤东油田 1000 口油井测算，每口井原年损失 1万元，使用新压帽后降至 3000 元，年节约成本 700 万元。同时，减少停机使每口井日增产 1 吨原油，按每吨 4000 元计，年增收 1460 万元，合计直接经济效益 2160 万元。此外，降低环境治理成本，提升设备运行稳定性，带来间接经济效益。
社会效益：有效减少原油泄漏污染，保护生态环境，保障居民生活与健康。降低井口维修安全风险，提高石油开采作业安全性，促进社会和谐稳定，提升石油行业环保形象，推动可持续发展。
可调式井口密封盘根压帽通过创新结构设计，实现对密封填料压紧力的灵活调节。实际应用中显著提升盘根盒密封性能，延长盘根更换周期，改善光杆磨损状况，取得良好经济与社会效益，为石油开采井口密封提供实用可靠的解决方案。未来，该技术可进一步推广至各类油井，包括海上、沙漠等特殊环境油井。针对不同工况优化产品性能，开发适应更高压力、温度的型号，提升调节精准度与便捷性。结合数字化技术，探索智能传感器与压帽结合，实现压紧力远程监测与自动调节，推动石油开采智能化发展。


 
图1 平面结构图                       图2 立面结构图
 
图1、图2中：
1、盒体；2、压帽；3、压套；4、阶梯轴；5、压缩弹簧；6、调节螺栓；7、垫片；8、螺纹孔；9、圆槽；10、填料；11、光杆。