劉永新（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院）

直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能效果分析

劉永新（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院）

直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)變頻調(diào)速螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比系統(tǒng)效率較高，應(yīng)用直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可大大提高螺桿泵采油系統(tǒng)地面效率，降低百米噸液耗電量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為了了解直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能效果，進(jìn)行了不同工況條件下的室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率較高，在裝機(jī)功率相同的情況下，低轉(zhuǎn)速、低工作扭矩的螺桿泵井應(yīng)用直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能降耗效果更加顯著。

直驅(qū)式螺桿泵 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 節(jié)能試驗(yàn)

直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是近幾年發(fā)展的一種新型螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由永磁電動(dòng) 機(jī) 、 機(jī) 械 密 封 、 軸 承 箱 、 控 制 器 等 部 件 組 成[1]，由低速、大扭矩永磁電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)井下抽油桿柱及螺桿泵工作。與傳統(tǒng)變頻調(diào)速螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)無皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)及齒輪減速系統(tǒng)，可 達(dá) 到 提 高 系 統(tǒng) 效 率 ， 降 低 能 耗 的 目 的[2]。 通 過 室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行了研究。

1 室內(nèi)試驗(yàn)及節(jié)能效果分析

為了了解常規(guī)變頻調(diào)速螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同工況條件下的系統(tǒng)效率，利用螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)兩種地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了不同工況條件下的室內(nèi)模擬試驗(yàn)。

利用螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)系統(tǒng)模擬螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、軸向力、工作扭矩、密封系統(tǒng)承 壓 等 方 面 現(xiàn) 場(chǎng) 工 況[3]。 通 過 調(diào) 整 轉(zhuǎn) 速 和 工 作 扭矩，測(cè)量不同工況條件下兩種地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率及耗 電量。 通過節(jié) 電率計(jì) 算公式 （1）計(jì) 算 出直 驅(qū) 式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)電率。對(duì)兩種地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率及直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)電率進(jìn)行分析，來了解直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同工況下的節(jié)能效果。

節(jié)電率計(jì)算公式：

式 中 ： λ 為 節(jié) 電 率 ，%； W1為 常規(guī) 變 頻 調(diào) 速螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電量，kWh； W2為直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電量，kWh。

試 驗(yàn) 選 用 額 定 功 率 22kW、 額 定 轉(zhuǎn) 速 200r/min兩種地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，測(cè)量其不同工況條件下的系統(tǒng)效率及耗電量。普通變頻調(diào)速地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率如圖1所示，直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率如圖2所示。根據(jù) 試驗(yàn)所 測(cè)的耗 電量， 通過公 式 （1）計(jì) 算出直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)電率 （圖3）。

圖1 普通變頻調(diào)速地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率曲線

圖2 直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率曲線

圖3 直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)電率曲線

通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)可知，直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率較高，與普通變頻調(diào)速地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比節(jié)能明顯。普通變頻調(diào)速地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最高為77.1% （圖1）， 直 驅(qū) 式 地 面 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 效 率 最 高 為87.0% （圖2）， 直 驅(qū) 式 地 面 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 效 率 比 普 通 變頻 調(diào) 速 地面驅(qū)動(dòng) 系 統(tǒng) 效 率 高 9.9%。在相 同 的 工 況 條件 下 ， 直 驅(qū) 式 地 面 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 節(jié) 電 率 最 高 可 達(dá) 26.8%（圖3）。 在 兩 種 地 面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常用工作扭矩 500～900Nm 工況條件下，直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)電率為 10.1%～21.4% （圖3）。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及節(jié)能效果分析

為了了解直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的節(jié) 能 情 況 ， 在 大 慶 油 田 喇 2-323 和 北 2-362-P55 對(duì)螺桿泵井用直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替換普通變頻調(diào)速地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 措施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)

根 據(jù) 生 產(chǎn) 數(shù)據(jù) ， 通 過 公 式 （2）和 公 式 （3）計(jì)算 措施前 后地面 驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)效率 ，通過 公 式 （4）和公 式 （1）計(jì)算措 施前后 地面驅(qū) 動(dòng) 系統(tǒng) 百 米噸 液 耗電節(jié)電率。措施前后地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率和百米噸液耗電節(jié)電率如表2所示。

地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率計(jì)算公式：

式中： P出為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率，kW； T 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作扭矩，Nm； n 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速，r/min。

地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率計(jì)算公式：

式中： η 為地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，%； P出為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率，kW； P入為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入功率，kW。

單井百米噸液耗電量計(jì)算公式：

式中： X 為單井百米噸液耗電量，kWh/100mt；W 為 單 井 日 耗 電 量 ，kWh； Q 為 單 井 日 產(chǎn) 液 量 ，t；H為單井動(dòng)液面，m。

表2 措施前后地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率和百米噸液耗電節(jié)電率

由表2可知，應(yīng)用直驅(qū)式地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后，兩口 井 地 面 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 效 率 分 別 提 高 了 11.56% 和9.37%， 單 井 百 米 噸 液 耗 電 量 分別降 低 了 0.175kWh和 0.137kWh， 百 米 噸 液 耗 電 節(jié) 電 率 分 別 為 18.3%和15.5%。

3 結(jié)語

直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)變頻調(diào)速螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比系統(tǒng)效率較高，應(yīng)用直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可大大提高螺桿泵采油系統(tǒng)地面效率，降低百米噸液耗電量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在裝機(jī)功率相同情況下，低轉(zhuǎn)速、低工作扭矩的螺桿泵井應(yīng)用直驅(qū)式螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能降耗效果更加顯著。

[1]陳曉軍.ZLBQ55型直驅(qū)式螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2010,39(4):68-70.

[2]王清平.螺桿泵交流永磁地面直驅(qū)裝置[J].油氣田地面工程,2008,27(12):75-76.

[3]徐桂艷.螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].石油機(jī)械,2001,29(6):32-34.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.006

2012-11-15）

劉永新，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，主要從事 螺 桿 泵 采 油 領(lǐng) 域 科 研 及 新 技 術(shù) 推 廣 工 作 ， E-mail： lyx5963660@ 163.com，地址 ：黑龍江 省大慶市 讓胡路區(qū) 西賓路 9 號(hào)大慶 油 田有限責(zé)任公司采油工程研究院舉升工藝研究室，163453。