孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)技術(shù)改進(jìn)

孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

游梁式抽油機(jī)一般采用皮帶傳動(dòng)，針對(duì)皮帶傳動(dòng)過(guò)程中易打滑、易磨損、機(jī)械傳動(dòng)效率低等問(wèn)題，提出了液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)、永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)與電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，取代或取消了皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，降低了抽油機(jī)的運(yùn)行能耗，提高了系統(tǒng)效率，同時(shí)為低產(chǎn)油井參數(shù)調(diào)整提供了技術(shù)支持。

游梁式抽油機(jī)；皮帶傳動(dòng)；液力耦合器；直驅(qū)驅(qū)動(dòng)

普通游梁式抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)皮帶輪、皮帶與減速箱構(gòu)成的減速機(jī)構(gòu)與四連桿機(jī)構(gòu)等，帶動(dòng)抽油管柱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。常規(guī)的傳動(dòng)方式采用皮帶傳動(dòng)，而皮帶在運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)以下問(wèn)題：因天氣等原因造成打滑、丟轉(zhuǎn)、燒皮帶現(xiàn)象，降低了抽油機(jī)機(jī)械傳動(dòng)效率；皮帶會(huì)給減速箱施加一個(gè)單邊拉力，使減速箱軸承及支撐件等出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，降低零部件壽命，增加檢修及維護(hù)工作量；皮帶本身易于磨損，需經(jīng)常更換，影響油井正常生產(chǎn)的同時(shí)，增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度與維護(hù)成本。同時(shí)，采用皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)上必須充分考慮抽油機(jī)的高負(fù)載啟動(dòng)問(wèn)題，抽油機(jī)匹配的電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率偏大，正常運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)載下降，出現(xiàn)載荷過(guò)低現(xiàn)象，造成能耗的浪費(fèi)。針對(duì)上述問(wèn)題，介紹三種取代或取消皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的抽油機(jī)傳動(dòng)技術(shù)，提高機(jī)械傳動(dòng)效率，避免因調(diào)節(jié)參數(shù)、更換皮帶造成油井停產(chǎn)，影響產(chǎn)量和增加日常維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1 技術(shù)組成與工作原理

1.1 液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)

抽油機(jī)液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)是由控制箱、底座、高啟動(dòng)力矩調(diào)速電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、專(zhuān)用傳動(dòng)軸及減速器等部件組成，調(diào)速電動(dòng)機(jī)機(jī)軸與液力耦合器主動(dòng)軸相連接（輸入端），液力耦合器輸出端通過(guò)專(zhuān)用傳動(dòng)軸和減速器與抽油機(jī)減速器相連[1]。

該技術(shù)通過(guò)控制箱控制調(diào)速，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液力耦合器渦輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸再通過(guò)減速器的變向作用將動(dòng)力傳遞給抽油機(jī)減速箱，從而驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)做功，具體部件連接情況見(jiàn)圖1。電動(dòng)機(jī)在不裝液力耦合器的啟動(dòng)過(guò)程中，由于電動(dòng)機(jī)與負(fù)載直接連接，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩需大于負(fù)載的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，才能使負(fù)載順利啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)加裝液力耦合器后，電動(dòng)機(jī)與液力耦合器泵輪相聯(lián)，負(fù)載與液力耦合器的渦輪相聯(lián)，通過(guò)液體介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)相互間的軟聯(lián)接[2]。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，從而使電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)。啟動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)逐漸提速，液力耦合器在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，攪動(dòng)液體介質(zhì)提速，到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后，液力耦合器才帶著負(fù)載緩慢提速，直至一起達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)抽油機(jī)完成啟動(dòng)。

圖1 抽油機(jī)液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)結(jié)構(gòu)

1.2 永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

抽油機(jī)永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是由抽油機(jī)半直驅(qū)同步電動(dòng)機(jī)控制箱、抽油機(jī)半直驅(qū)同步電動(dòng)機(jī)、連

接及支撐系統(tǒng)組成。永磁半直驅(qū)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)采用的是低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)，不存在滑差，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，不因負(fù)載加大而丟轉(zhuǎn)，因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩大，平衡塊在任何位置都可以啟動(dòng)、停機(jī)。永磁半直驅(qū)電動(dòng)機(jī)控制箱是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)的一體化變頻控制箱，旋鈕控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，操控面板直接顯示電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

永磁半直驅(qū)電動(dòng)機(jī)直接安裝在減速箱上，無(wú)皮帶、齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，安裝情況見(jiàn)圖2。工作時(shí)，通過(guò)控制箱控制電動(dòng)機(jī)啟停，在控制箱變頻控制作用下，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

圖2 抽油機(jī)半直驅(qū)電動(dòng)機(jī)安裝示意圖

1.3 電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是由抽油機(jī)直驅(qū)電動(dòng)機(jī)控制箱、抽油機(jī)直驅(qū)復(fù)合電動(dòng)機(jī)及連接系統(tǒng)組成。電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用的是低速大轉(zhuǎn)矩永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)，優(yōu)化了電磁及工藝設(shè)計(jì)，運(yùn)行效率較高，電動(dòng)機(jī)直接連接曲柄裝置，取代原有的游梁式抽油機(jī)的減速箱、皮帶傳動(dòng)及電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，提高了抽油機(jī)的系統(tǒng)效率；同時(shí)采用變頻調(diào)速控制箱，利用變頻調(diào)速方法，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能降耗[3]。

2 技術(shù)特點(diǎn)分析與應(yīng)用

2.1 液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)

液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)具備如下特點(diǎn)：

1）可以使電動(dòng)機(jī)在輕載狀態(tài)下啟動(dòng)，負(fù)載在電動(dòng)機(jī)達(dá)到峰值轉(zhuǎn)矩后啟動(dòng)，增大了電動(dòng)機(jī)的加速力矩，提高了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)負(fù)載能力，保證了在降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率的情況下，抽油機(jī)也能順利啟動(dòng)。

2）液力耦合器具有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)抽油機(jī)負(fù)載超過(guò)一定限度時(shí)，液力耦合器易熔塞中的易熔合金熔化，輸出與輸入被切斷，使電動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)不受損壞，降低設(shè)備故障率。

3）取代了傳統(tǒng)的皮帶傳動(dòng)，從根本上避免了傳統(tǒng)皮帶打滑、丟轉(zhuǎn)、燒皮帶等現(xiàn)象，減少了停井時(shí)間，提高了抽油機(jī)系統(tǒng)效率，節(jié)約了原料和人工成本。

在敖南油田進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3口井，試驗(yàn)井平均電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率18.5 kW，與試驗(yàn)前相比，平均有功功率下降0.42 kW，無(wú)功功率下降8.6 kvar，功率因數(shù)為0.52，日節(jié)電 10.08 kWh，綜合節(jié)電率11.38%[4]。

2.2 永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具備如下特點(diǎn)：

1）可以通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖速，最低沖速可以達(dá)到0.1 min-1，根本上解決間抽油井和貧油油井參數(shù)下調(diào)困難的問(wèn)題。

2）采用高效稀土永磁半直驅(qū)同步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行效率較高，低負(fù)載率時(shí)的效率明顯高于異步電動(dòng)機(jī)。

3）電動(dòng)機(jī)直接安裝在減速箱上，節(jié)省了減速裝置產(chǎn)生的傳動(dòng)損耗，無(wú)需更換、調(diào)節(jié)皮帶，解決了皮帶運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。

4）控制系統(tǒng)具備過(guò)載、過(guò)壓、漏電等保護(hù)功能，可顯示電壓、電流等參數(shù)，采用按鈕、旋鈕控制啟停、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，操作簡(jiǎn)便。

通過(guò)對(duì)遼河油田試驗(yàn)井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，有功節(jié)電率24.72%，無(wú)功節(jié)電率68.12%，綜合節(jié)電率26.54%，測(cè)試井系統(tǒng)效率提高16%，取得了顯著的節(jié)電效果。

2.3 電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具備如下特點(diǎn)：

1）電動(dòng)機(jī)直接連接曲柄裝置，徹底解決了減速箱漏油、換油、維修和養(yǎng)護(hù)的麻煩，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了在壽命周期內(nèi)，免維護(hù)運(yùn)行。

2）避免了更換皮帶所帶來(lái)的生產(chǎn)成本、產(chǎn)量損失和安全事故。

3）采用低速大扭矩永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)，優(yōu)化了電磁及工藝設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行安靜平穩(wěn)，噪音低，自然冷卻條件下，直驅(qū)電動(dòng)機(jī)的繞組溫升不超過(guò)40 K，保證電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)壽穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行效率較高。

4）調(diào)節(jié)沖速時(shí)，在控制箱面板上操作十分便捷，只需調(diào)整旋鈕，同時(shí)沖速在數(shù)字屏上顯示。通過(guò)進(jìn)行能效試驗(yàn)，得出有功節(jié)電率14.22%，無(wú)功節(jié)電率92.8%，綜合節(jié)電率21.53%。

通過(guò)對(duì)比單井改造前后試驗(yàn)效果，百米噸液耗電節(jié)電率19.03%，系統(tǒng)效率提高2.63%。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）液力耦合傳動(dòng)技術(shù)、永磁直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)與電動(dòng)機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)取代了傳統(tǒng)的皮帶傳動(dòng)，降低了抽油系統(tǒng)的傳動(dòng)損耗，同時(shí)解決了皮帶運(yùn)行過(guò)程中打滑、丟轉(zhuǎn)與易磨損等一系列問(wèn)題。

2）永磁半直驅(qū)驅(qū)動(dòng)技術(shù)解決了低產(chǎn)井地面參數(shù)下調(diào)困難的問(wèn)題，且低負(fù)載時(shí)運(yùn)行效率明顯高于異步電動(dòng)機(jī)，更適用于間抽油井和貧油油井。

3）電動(dòng)機(jī)直驅(qū)游梁式抽油機(jī)克服了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、系統(tǒng)效率低、能耗高與油井工況適配性差等缺點(diǎn)，同時(shí)操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液面全程控制、遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控，并配備回饋單元，使過(guò)平衡產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)。

[1]徐東，譚寧川，姜成華.抽油機(jī)耦合器傳動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2005，33（3）：34-35.

[2]岳雷，李學(xué)廣，李秀英，等.改變抽油機(jī)啟動(dòng)方式的節(jié)能新技術(shù)[J].石油石化節(jié)能，2003，19（10）：33-34.

[3]馮治國(guó)，王立洋，唐楊.永磁同步電機(jī)直驅(qū)抽油機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代機(jī)械，2015（3）：66-68.

[4]侯志欣，冉衛(wèi)東.抽油機(jī)液力耦合器傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2010（2）：53-55.

（編輯 鞏亞清）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.008

孫曉麗，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，從事采油工程相關(guān)工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。

2016-05-06