李薇（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

以往應(yīng)用的抽油機(jī)動(dòng)力設(shè)備都是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，必須經(jīng)過復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和傳遞才能變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣就不可避免地存在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差的問題。新型電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，簡化了機(jī)械傳動(dòng)過程，有效地提高了效率；特別是它運(yùn)用了數(shù)字控制技術(shù)、永磁同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)，與本機(jī)的組合傳動(dòng)系統(tǒng)集合，完成了機(jī)電一體化整機(jī)設(shè)計(jì)，是一種有發(fā)展前途的抽油機(jī)[1]。2011年，采油三廠第一油礦安裝了塔架式數(shù)控抽油機(jī)，截至目前，抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，節(jié)能效果顯著。

1 幾種節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用效果

1.1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

2008年9月，一礦208隊(duì)北2-4-P58井上安裝了復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)，試驗(yàn)后現(xiàn)場沖程6.6m，沖速2.5min-1，泵徑Φ70mm，日產(chǎn)液68 t，日產(chǎn)油3.6 t，泵效69%，動(dòng)液面643.4m，因把75 kW的大電動(dòng)機(jī)換成22 kW的小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別為32/34 A。與安裝前抽油機(jī)相比電流分別下降12/9 A，功率利用率提高了18.11%，系統(tǒng)效率提高了19%,有功功率下降5.6 kW，單井日節(jié)電129.6 kWh，年節(jié)電4.730 4×104kWh（表1）。

1.2 游梁直拖式抽油機(jī)

2008年10月24日，在一礦306隊(duì)北3-6-P68井上安裝了游梁直拖式抽油機(jī)，10月30日投產(chǎn)運(yùn)行，其間對該抽油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了多次調(diào)整。正常運(yùn)行時(shí)沖程2.5m，沖速2.1min-1，泵徑Φ57 mm，平均日產(chǎn)液48.4 t，日產(chǎn)油3.19 t，泵效148%，動(dòng)液面455.8m，30 kW的電動(dòng)機(jī)換成15 kW的小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別下降38/28 A，電流下降幅度很大。與安裝前相比抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高了30%，有功功率下降3.82 kW，單井日節(jié)電91.68 kWh，年累計(jì)節(jié)電3.35×104kWh（表2）。

該抽油機(jī)地面設(shè)備自運(yùn)行到目前進(jìn)行了多次維修，生產(chǎn)運(yùn)行很不平穩(wěn)，運(yùn)行到2008年11月28日，桿斷關(guān)井。2008年12月17日小修撈桿，現(xiàn)場鑒定為第114根抽油桿本體斷。作業(yè)啟抽只運(yùn)行了一天就因電動(dòng)機(jī)故障停機(jī)，到2009年1月2日電動(dòng)機(jī)修好啟抽，由于使用5min-1沖速的抽油機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)多次維修后啟抽；又于2009年5月29日因泵漏進(jìn)行了作業(yè)檢泵，啟抽后還是經(jīng)常過載停機(jī)，不能正常上調(diào)參，而且井口震動(dòng)噪音很大。

游梁直拖式抽油機(jī)在一年的試驗(yàn)中現(xiàn)場參數(shù)調(diào)試運(yùn)行趨于合理的時(shí)候很少，到了試驗(yàn)后期（2009年3月以后），因參數(shù)不能上調(diào)，沉沒度在600～700m之間，泵效在30%左右，功圖震動(dòng)載荷很大，見圖1、圖2。

表1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)應(yīng)用效果對比

表2 游梁直拖式抽油機(jī)應(yīng)用效果對比

表3 能間歇提撈抽油機(jī)應(yīng)用效果對比

圖1 北2-4-P58井功圖

圖2 北3-6-P68井功圖

從功圖上看，北2-4-P58井功圖很正常，北3-6-P68井的功圖出現(xiàn)異常，在運(yùn)行時(shí)載荷出現(xiàn)鋸齒狀增載、卸載都比較快，現(xiàn)場觀察抽油機(jī)在運(yùn)行時(shí)驢頭有間歇性的停頓現(xiàn)象。一出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)抽油機(jī)就會自動(dòng)停機(jī)，而且該井沖速不能超過4min-1，否則驢頭運(yùn)行就會受阻，間歇性停頓時(shí)有發(fā)生。平均每3天停機(jī)一次，廠家技術(shù)人員多次處理，沒有效果?，F(xiàn)場多次觀察發(fā)現(xiàn)，主要原因是該抽油機(jī)在運(yùn)行到上下死點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)無緩沖，使井下抽油桿的彈性伸縮得不到釋放，嚴(yán)重地傷害了井下泵和抽油桿。另外，該井無剎車裝置，出現(xiàn)問題無法處理，目前該機(jī)已經(jīng)更換為其他機(jī)型的抽油機(jī)。

1.3 智能間歇提撈抽油機(jī)

2010年6月，一礦北3-丁4-70和北3-丁5-52井上安裝了智能間歇提撈式抽油機(jī)，試驗(yàn)后日產(chǎn)液13.5 t，日產(chǎn)油0.69 t，含水94.8%，動(dòng)液面583.45 m，電流23 A。平均每1.5 h完成一次抽吸，每日舉升次數(shù)14～15次。與安裝前相比抽油機(jī)電流分別下降25 A，單井日節(jié)電53.9 kWh，年節(jié)電1.967 35×104kWh）（表3）。

2 塔架式數(shù)控抽油機(jī)

塔架式數(shù)控抽油機(jī)由塔架部分、傳動(dòng)部分、基礎(chǔ)部分及井下抽油部件組成，其中傳動(dòng)部分包含電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、平衡機(jī)構(gòu)、控制柜、無線操作器。采用的數(shù)控組合拖動(dòng)系統(tǒng)在扭矩和減速功能之間找到了最合理的技術(shù)結(jié)合點(diǎn)，在整機(jī)系統(tǒng)升級與產(chǎn)品成本控制之間找到了經(jīng)濟(jì)上的平衡點(diǎn)。

表4 塔架式抽油機(jī)與其他抽油機(jī)能耗對比

塔架式數(shù)控抽油機(jī)SK-Oil智能型抽油機(jī)控制系統(tǒng)，通過預(yù)置數(shù)碼編程，驅(qū)動(dòng)專為本機(jī)設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)做正反向變頻調(diào)速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)本機(jī)獨(dú)創(chuàng)的組合傳動(dòng)系統(tǒng)遞次完成第一、二級減速，拉動(dòng)聯(lián)接于平衡系統(tǒng)上的抽油桿做換向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線式對稱平衡抽油；同時(shí)檢測（保護(hù)）系統(tǒng)啟動(dòng)，保證整機(jī)穩(wěn)定、安全地完成抽油作業(yè)。

塔架機(jī)“組合傳動(dòng)系統(tǒng)”完成分級減速，整機(jī)平衡度達(dá)90%以上，系統(tǒng)運(yùn)行保持勢能與動(dòng)能間的動(dòng)態(tài)守恒，能耗極低。

將永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)引入油田抽油設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)，采用全新設(shè)計(jì)集合的數(shù)據(jù)模塊，實(shí)現(xiàn)了對油井口負(fù)載和平衡配重的有效控制，負(fù)載與速度間的有效調(diào)節(jié)，以及沖程沖速的終端按鍵遙控?zé)o級調(diào)節(jié)、精度調(diào)參，自動(dòng)間歇抽油。

塔架式數(shù)控抽油機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)則是其獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特性及機(jī)電一體化整體設(shè)計(jì)，可滿足不同地質(zhì)、不同條件下的油井開采需求，包括高原高寒地區(qū)、沼澤沙漠地帶及淺灘近海區(qū)位等，尤其適用于低滲透型油井、深井及稠油油藏的開采作業(yè)需求。

塔架式數(shù)控抽油機(jī)的參數(shù)：

◇最大下入深度：949.8m；

◇抽油泵泵徑：Φ70mm；

◇塔架式數(shù)控抽油機(jī)沖程：7m；

◇電動(dòng)機(jī)功率：22.5 kW。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2011年11月，一礦305隊(duì)投產(chǎn)并安裝了5臺塔架式數(shù)控抽油機(jī)，其型號為CYJSKZ14-7.5-82B,22.5kW電動(dòng)機(jī),使用變頻控制柜。截至目前，5臺抽油機(jī)設(shè)備使用狀況良好、運(yùn)轉(zhuǎn)正常,沒有出現(xiàn)故障耽誤生產(chǎn),能滿足生產(chǎn)中的需要。

3.1 長沖程、慢沖速,適合油田生產(chǎn)需要

塔架式數(shù)控抽油機(jī)最大沖程為7m，最小沖速為0.5min-1，沖程、沖速可以無級調(diào)節(jié),挑戰(zhàn)了常規(guī)抽油機(jī)最大沖程和最小沖速的極限。生產(chǎn)中,可以通過控制上下沖程頻率實(shí)現(xiàn)上沖程較快減少漏失量,下沖程較慢可以增加泵的充滿程度,這5口井的平均泵效是游梁式抽油機(jī)的1.1倍。另外，塔架式數(shù)控抽油機(jī)換向時(shí)加速度小,減小了光桿蛇形彎曲及彈性變形,長沖程、低沖速減輕了桿管偏磨,延長了桿、管使用壽命。

3.2 機(jī)械傳動(dòng)效率高,節(jié)能效果顯著

塔架式數(shù)控抽油機(jī)，用齒輪滑輪傳動(dòng)代替了傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械效率達(dá)90%以上。塔架式數(shù)控抽油機(jī)通過鋼絲繩一端與懸繩器、光桿連接，另一端與配重箱連接，構(gòu)成了一個(gè)平衡結(jié)構(gòu)。將光桿下行時(shí)的勢能儲存起來，在光桿上行時(shí)釋放出來，平衡可以精調(diào)到95%以上，無功損耗大幅降低；加之該機(jī)的電控部分采用了變頻技術(shù)，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中,其電壓是隨井下載荷變化而變化，從而也降低了電動(dòng)機(jī)的功率消耗。該5口井平均單井日耗電119.5 kWh，較游梁式抽油機(jī)平均每口井日節(jié)電212.3kWh。

3.3 生產(chǎn)維護(hù)工作量小,勞動(dòng)強(qiáng)度降低

作業(yè)時(shí)抽油機(jī)不用整機(jī)移動(dòng)，人工即可完成導(dǎo)向輪的移位。抽油機(jī)配重可自行卸載，無需其他起重設(shè)備。生產(chǎn)過程中，塔架式數(shù)控抽油機(jī)可根據(jù)油井工況，隨時(shí)對調(diào)沖程、沖速、防沖距、碰泵等工作進(jìn)行調(diào)整，這些工作通過無線操作即可完成,方便快捷，省時(shí)省力。平衡率調(diào)整方便，該設(shè)備的平衡率調(diào)整通過調(diào)整配重箱內(nèi)配重實(shí)現(xiàn)，可以手動(dòng)降配重箱至最低點(diǎn)，打開配重箱門后通過增加或減少石英砂或鐵塊來實(shí)現(xiàn)。該機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其變頻控制柜內(nèi)終端顯示器可以直接顯示、存儲故障停機(jī)時(shí)間和直接原因，故障判斷與排除比較方便。塔架式抽油機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)采用電磁式電制動(dòng)技術(shù)。當(dāng)按“停止”按鈕或電路突然斷電時(shí)，該機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的控制電路失磁，制動(dòng)器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平穩(wěn)可靠剎車；當(dāng)油井桿負(fù)荷突然增大時(shí)，該機(jī)可以實(shí)行自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

3.4 塔架式數(shù)控抽油機(jī)經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

塔架式數(shù)控抽油機(jī)投產(chǎn)后，平均單井日產(chǎn)液41.5 t，日產(chǎn)油1.66 t，含水96%，動(dòng)液面421.1m，電流37/34 A，平均泵效53.8%，系統(tǒng)效率44.33%。數(shù)控抽油機(jī)與其他節(jié)能抽油機(jī)相比，其機(jī)械傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果顯著，平均單井年節(jié)電達(dá)7.75×104kWh，節(jié)約電費(fèi)約4.45萬元，5口井合計(jì)節(jié)約電費(fèi)22.3萬元（表4）。

4 結(jié)論

1）同傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，塔架式數(shù)控抽油機(jī)具有節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率的優(yōu)勢。

2）塔架式數(shù)控抽油機(jī)由于改變了傳統(tǒng)的舉升方式，達(dá)到合理地匹配抽汲參數(shù)，節(jié)電38%～42%以上，滿足生產(chǎn)需要。

3）塔架式數(shù)控抽油機(jī)挑戰(zhàn)了常規(guī)抽油機(jī)最大沖程和最小沖速的極限,使用遙控器進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié),參數(shù)調(diào)整方便,改善了供排關(guān)系。

4）塔架式數(shù)控抽油機(jī)的機(jī)架高，小隊(duì)工人維修電動(dòng)機(jī)困難，系統(tǒng)效率不容易測試，有風(fēng)險(xiǎn)。

[1]姜民政,王建萍.直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的研究[J].石油礦場機(jī)械,2006(1):46-52.