王冠珠（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

常規(guī)抽油機動力設(shè)備都是旋轉(zhuǎn)電動機，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)運動，也就無法避免地存在穩(wěn)定性差、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率低的問題。針對這一問題，大慶油田采油三廠第一油礦2011年先后安裝2口節(jié)能型抽油機。本文主要對2口節(jié)能型抽油機現(xiàn)場的應(yīng)用情況（節(jié)電、系統(tǒng)效率、運行狀況、存在問題等）進行對比分析。

1 復(fù)式永磁電動機抽油機

1.1 結(jié)構(gòu)特點

復(fù)式永磁電動機抽油機應(yīng)用了當今世界稀土永磁同步電動機的尖端技術(shù)，選用了國內(nèi)外迄今為止最先進的永磁同步電動機專用變頻控制裝置，甩掉了傳統(tǒng)游梁式抽油機的減速、換向等復(fù)雜的機械系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)特點是塔式結(jié)構(gòu)機體，采用皮帶傳動，機身應(yīng)用單管主柱構(gòu)成，平臺位于機身頂部，由角鋼和鋼板焊接而成。復(fù)式永磁電動機位于抽油機頂部，安裝在平臺上，它由兩個盤面電極和一個外轉(zhuǎn)子電動機組成。懸繩器是電動機和光桿的連接部件，主要由光桿卡瓦、懸繩器體和皮帶組成，特殊的剎車裝置為手動、自動兩種形式，出現(xiàn)故障時不論配重和懸繩器處于任何位置，即可迅速、平穩(wěn)地達到制動目的。變頻柜起到了抽油機智能控制的功能，使用的變頻器為功/角控制變頻器，是專為永磁同步電動機設(shè)計的。

1.2 工作原理

由變壓器輸入三相交流電源，通過抽油機智能控制的功能轉(zhuǎn)換把三相交流電源轉(zhuǎn)換成相位相反的驅(qū)動電源（輸出）并由變頻柜給出工作參數(shù)，交替驅(qū)動復(fù)式永磁電動機做正向與反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動抽油桿上下往復(fù)運動，從而達到抽取原油的目的。

1.3 參數(shù)及優(yōu)點

1）主要技術(shù)參數(shù)：

◇沖程：1～7m以上（在規(guī)定范圍內(nèi)沖程、沖速無極可調(diào)）；

◇ 沖速：1～3min-1；

◇工作時噪聲低于50 dB。

2）優(yōu)點：

◇長沖程，低沖速，排量大，泵效高。

◇整機結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，故障少，維修較為方便，維護費用較低。

◇平衡方式為直接平衡，平衡率可達95%以上，沖程長，相對沖程損失小，節(jié)能效果好。

◇沖速低換向沖擊小，皮帶運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，整機壽命長。

◇與普通游梁式抽油機相比，復(fù)式永磁電動機抽油機摒棄了減速箱、驢頭、平衡系統(tǒng)等復(fù)雜的機械系統(tǒng)，外形更為簡約美觀。

◇適用于低滲透油田、深井和稠油井。

2 游梁直拖式抽油機

2.1 結(jié)構(gòu)特點

游梁直拖式抽油機整體結(jié)構(gòu)特點是，整個系統(tǒng)由機架、直線電動機、行走機構(gòu)、鋼絲繩（扁形）、平衡重物、導(dǎo)輪及驅(qū)動控制系統(tǒng)等幾部分組成。采用圓筒型三相永磁同步直線電動機，上端通過鋼絲繩滑輪組及懸繩器直接拖動抽油桿、抽油泵柱塞做往復(fù)直線運動來完成井下采油工作。平衡重物裝在初級上，隨電動機一起做往復(fù)運動，直線電動機的啟動、換向調(diào)速、停止、制動等均由自動控制箱中電腦自動控制。

2.2 工作原理

游梁直拖式抽油機通過智能控制柜輸入沖程、沖速等工作參數(shù)后，啟動直線電動機，直線電動機初級（動子）在兩側(cè)次級（定子）內(nèi)做往復(fù)直線運動。動子上行，靜平衡上行，光桿帶動鋼絲繩下行，此時抽油機為下沖程，電動機和平衡系統(tǒng)儲能；達到設(shè)定的下死點時，電動機換向，動子下行，靜平衡下行，鋼絲繩帶動光桿上行，此時抽油機為上沖程，電動機和平衡系統(tǒng)釋放能量；到達設(shè)定的上死點時，電動機換向，如此往復(fù)來達到對油氣井正常抽汲目的。

2.3 參數(shù)及優(yōu)點

1）主要技術(shù)參數(shù)：

◇最大懸點載荷：10～18 kN；

◇沖程：1～3m；

◇ 沖速：3～10min-1；

◇圓筒型三項永磁同步直線電動機[1]：直線電動機額定推力為22～50 kN；直線電動機運行速度為0.3～12m/s。

2） 優(yōu)點[2]：

◇適用于長沖程；

◇扁鋼絲繩壽命長；

◇適應(yīng)性強，維修方便；

◇傳動效率高，節(jié)能效果十分顯著；

◇可自動控制，實現(xiàn)抽油機智能化，其沖程采用了無觸點限位控制器，實現(xiàn)了抽汲參數(shù)無級可調(diào)；此外，還可自動控制抽空，隨時監(jiān)測示功圖充滿程度。

3 節(jié)能型抽油機現(xiàn)場應(yīng)用

2011年9月在采油三廠一礦208隊北2-4-P58井上安裝了復(fù)式永磁電動機抽油機，試驗后現(xiàn)場沖程6.6m，沖速2.5 min-1，泵徑70mm，日產(chǎn)液68 t，日產(chǎn)油3.6 t，泵效69%，動液面643.4m，因把75 kW的大電動機換成22 kW的小電動機，上下電流分別為32/34A。與安裝前相比抽油機電流分別下降12/9A，功率利用律提高18.11%，系統(tǒng)效率提高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。該抽油機地面設(shè)備自運行到目前只進行了一次電動機維修，生產(chǎn)運行非常平穩(wěn)。

2011年10月24日在該礦306隊北3-6-P68井上安裝了游梁直拖式抽油機，10月30日投產(chǎn)運行，期間對該抽油機的運行參數(shù)進行了多次調(diào)整。正常運行時沖程2.5 m，沖速2.1 min-1，泵徑57 mm，平均日產(chǎn)液48.4 t，日產(chǎn)油3.19 t，泵效148%，動液面455.8m，30 kW電動機換成15 kW的小電動機，上下電流分別下降38/28 A，電流下降幅度很大。與抽油機相比系統(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，年累計節(jié)電3.35×104kWh（表1）。

由現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)可知，兩種節(jié)能型抽油機的節(jié)電效果都很明顯，平均單井系統(tǒng)效率提高了25.5%，有功功率下降4.37 kW，裝機功率下降28 kW，噸液耗電下降5.56 kWh/d，單井日節(jié)電105 kWh，年累計節(jié)電3.325× 104kWh（表1）。

存在的不足：游梁直拖式抽油機在1年的試驗中現(xiàn)場參數(shù)調(diào)試運行趨于合理的時候很少，到了試驗后期，因參數(shù)不能上調(diào)，沉沒度在600～700m之間，泵效在30%左右，功圖振動載荷很大。

北2-4-P58井功圖很正常（圖1），北3-6-P68井的功圖就出現(xiàn)異常（圖2），在運行時載荷出現(xiàn)鋸齒狀增載、卸載都比較快，現(xiàn)場觀察抽油機在運行時驢頭有間歇性的停頓現(xiàn)象，并伴隨出現(xiàn)自動停機現(xiàn)象。沖速如果只要超過4次該現(xiàn)象會更加明顯，平均每3天停機一次。廠家技術(shù)人員多次處理，沒有效果，經(jīng)現(xiàn)場多次觀察，主要原因是該抽油機在運行到上下死點轉(zhuǎn)換時無緩沖，使井下抽油桿的彈性伸縮得不到釋放，嚴重傷害井下泵和抽油桿是造成試驗運行中兩次作業(yè)的主要原因。另外，該井無剎車裝置，出現(xiàn)問題無法處理，建議技術(shù)改進。

表1 節(jié)能型抽油機應(yīng)用效果對比

4 經(jīng)濟效益評價

以CYJTZ-10-3-30游梁直拖式抽油機為例，測試結(jié)果表明，有功節(jié)電率為25.16%，綜合節(jié)電率30.71%，功率因數(shù)0.7以上。

4.1 有功節(jié)電

有功節(jié)電25.16%是目前主要節(jié)電指標，大慶油田3萬臺抽油機，如果30%更換成游梁直拖式抽油機，每年節(jié)電費可達9124萬元。

4.2 變壓器投入資金降低

游梁式抽油機的電動機為37 kW，配套的變壓器為80 kVA，若采用直線電動機抽油機，則用30 kVA變壓器，降低50 kVA容量，節(jié)約變壓器投入資金0.6萬元。

4.3 設(shè)備投資回收期短

10型游梁抽油機每臺價格22.5萬元（抽油機19.5萬元，電動機及控制系統(tǒng)3萬元）。復(fù)式永磁電動機抽油機每臺價格39萬元，游梁直拖式抽油機銷售價26萬元。直線電動機每臺年節(jié)約電費10 138元（節(jié)約變壓器投資6000元），合計16 138元，2年就收回成本。每臺抽油機使用年限為20年，在有效的使用年限中，每臺復(fù)式永磁電動機抽油機應(yīng)受益157 760元，游梁直拖式抽油機應(yīng)受益287 760元，平均單臺節(jié)能型抽油機約受益222 760元。

5 結(jié)論

1）同傳統(tǒng)抽油機相比，復(fù)式永磁電動機抽油機提高系統(tǒng)效率19%，游梁直拖式抽油機提高系統(tǒng)效率30%，達到了節(jié)能降耗的目的。

2）在地面設(shè)備運行管理上，復(fù)式永磁電動機抽油機便于管理，操作方便安全；游梁直拖式抽油機檢泵周期短，在上下死點轉(zhuǎn)換時無緩沖，還無剎車裝置，嚴重違反生產(chǎn)安全操作規(guī)程，需改進后才能推廣使用。

3）復(fù)式永磁電動機抽油機具有長沖程、參數(shù)易調(diào)整、運行平穩(wěn)、自動控制、動載小及傳動效率高等優(yōu)點。

4）與傳統(tǒng)抽油機相比，復(fù)式永磁電動機抽油機占地面積、質(zhì)量等僅為前者的50%。在相同工況下，節(jié)電效果可達50%以上，且噪聲低（小于50 dB），是實效的節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品。

節(jié)能型抽油機的研制成功，降低了工人的工作強度，減少了石油產(chǎn)出的綜合成本，為營造和諧的石油系統(tǒng)節(jié)能環(huán)境，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益做出應(yīng)有的貢獻。

[1]姜民政,王建萍,鄭雪鋒.直線電機驅(qū)動抽油機的研究[J].石油礦場機械,2006(1):38-41.

[2]陳憲侃,陳萬薇,孫建華.游梁式抽油機與直線電機抽油機[J].石油鉆采工藝,2003,25(1):67-70.