曹銘（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

游梁式抽油機(jī)用直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

曹銘（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)主要由普通旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使系統(tǒng)整體效率低，同時(shí)存在能耗大、難維修等缺陷。直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)矩密度高、發(fā)熱小、效率高，節(jié)能效果顯著、平均使用成本低、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，能夠滿足機(jī)械采油節(jié)能降耗的需要，達(dá)到降低抽油機(jī)井能耗的目的，為后期機(jī)械采油節(jié)能改造提供了技術(shù)支持。

游梁式抽油機(jī) 直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī) 節(jié)能降耗

目前廠所使用的抽油機(jī)絕大部分是傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)，這種抽油機(jī)由普通旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)，經(jīng)多級(jí)減速箱并經(jīng)連桿和游梁做4～8 min-1的往復(fù)運(yùn)動(dòng)[1]。由于傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需經(jīng)多級(jí)減速箱和連桿機(jī)構(gòu)輸出，使抽油機(jī)的效率很低，一般系統(tǒng)整體效率只有30%左右。傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)能耗大、難維修，已經(jīng)不能很好地適應(yīng)油井需要。

1 直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)

直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)充分利用了外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)兩端面的空間，將兩個(gè)盤(pán)形電動(dòng)機(jī)的定子與外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)的定子固定在一起，兩個(gè)盤(pán)形電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子盤(pán)與外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子筒構(gòu)成一個(gè)三維封閉的外轉(zhuǎn)在同樣的空間體積下的復(fù)式結(jié)構(gòu)，較外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)和盤(pán)形結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩（圖1）。

圖1 直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1）轉(zhuǎn)矩密度高，體積約為同規(guī)格的永磁同步電動(dòng)機(jī)的2/3～1/2。

2）無(wú)需任何冷卻措施，發(fā)熱小，效率高，節(jié)能效果顯著。

3）無(wú)減速齒輪，無(wú)需潤(rùn)滑，具有過(guò)載打滑功能，平均使用成本低。

4）功率因數(shù)高，與永磁同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)。

5）無(wú)位置傳感器控制器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高速電動(dòng)機(jī)控制與低速大轉(zhuǎn)矩輸出。

國(guó)內(nèi)油田廣泛采用的CYJ8-3-37HB、CYJ10-3-37HB型抽油機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)加減速器組成。采用Y-225M-6型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)是：額定功率30 kW，額定轉(zhuǎn)速980 r/min，額定轉(zhuǎn)矩292 Nm，額定效率85%～90%，功率因數(shù)小于0.85；采用減速器JLH850-37型，主要技術(shù)參數(shù)是：額定轉(zhuǎn)矩37 000 Nm，減速比31.4，中心高560 mm，額定效率90%～95%。皮帶輪效率90%～95%。常規(guī)電動(dòng)機(jī)與直驅(qū)式永磁電動(dòng)機(jī)的對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)電動(dòng)機(jī)與直驅(qū)式永磁電動(dòng)機(jī)的對(duì)比

2 應(yīng)用分析

2013年，選擇了某井進(jìn)行改造試驗(yàn)。該井在已經(jīng)應(yīng)用節(jié)能電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)后，噸液百米節(jié)電率達(dá)到19%，系統(tǒng)效率提高2.6%，效果良好。在抽汲參數(shù)不變的情況下，綜合節(jié)電率達(dá)12.9%，百米噸液耗電下降0.47 kWh，系統(tǒng)效率提高2.63%（表2）。

表2 某井改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表3 四種舉升設(shè)備性能評(píng)價(jià)

由圖2可知，由于取消了減速器，換向時(shí)沖擊載荷降低2%。

圖2 改造前后功圖對(duì)比

直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)改造抽油機(jī)與其他三種節(jié)能抽油機(jī)在維護(hù)和保養(yǎng)上相比，無(wú)須更換減速箱潤(rùn)滑油和皮帶，故障點(diǎn)減少；從節(jié)能角度上對(duì)比節(jié)電率較高；從投資回收期上對(duì)比，由于電動(dòng)機(jī)成本較高，投資回收期較長(zhǎng)。而復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)和塔架式數(shù)控抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁抽油機(jī)差異較大，不能直接改造，適于產(chǎn)能新井應(yīng)用（表3、表4）。

表4 二種舉升設(shè)備節(jié)電效益評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

1）直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，可以很大程度地降低抽油機(jī)井能耗。與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)有顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率達(dá)到19%，并且大幅度地提高了系統(tǒng)效率，降低了百米噸液耗電，是降低單井能耗的有效方法。

2）直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)調(diào)參容易，沖程、沖速均可通過(guò)變頻柜控制，降低了整機(jī)的故障率和維護(hù)成本，并可以提高運(yùn)行時(shí)率。

3）從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)不僅大幅降低了有功耗電量，而且解決了原有抽油機(jī)功率因數(shù)低、無(wú)功功率過(guò)大的缺點(diǎn)，有助于提高電網(wǎng)的運(yùn)行品質(zhì)。

[1]萬(wàn)仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)（修訂本）[M].北京:石油工業(yè)出版社.1998:75-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.006

2014-11-24）

曹銘，工程師，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），從事機(jī)采動(dòng)態(tài)分析，E-mail：cmupc@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠工技大隊(duì)管理室，163113。