韓靈孫現(xiàn)法郭霄陳勇孫守淵李永新張春海

（1.玉門(mén)油田分公司機(jī)械廠；2.玉門(mén)油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處；3.玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院）

直線抽油機(jī)的研制與應(yīng)用

韓靈1孫現(xiàn)法1郭霄3陳勇2孫守淵3李永新1張春海1

（1.玉門(mén)油田分公司機(jī)械廠；2.玉門(mén)油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處；3.玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院）

針對(duì)游梁式抽油機(jī)存在的安全隱患、高耗低效和調(diào)參限制，研制生產(chǎn)了適用于長(zhǎng)沖程、低沖速抽油機(jī)井且安全可靠的直線抽油機(jī)。它利用復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，采用智能控制系統(tǒng)，對(duì)抽油機(jī)沖程和沖速實(shí)現(xiàn)無(wú)極可調(diào)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，該型抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)相比系統(tǒng)效率提高5%左右，綜合節(jié)電率21.5%，節(jié)能效果顯著。

抽油機(jī)；電動(dòng)機(jī)；節(jié)能

我國(guó)石油開(kāi)采行業(yè)常用抽油機(jī)為游梁式抽油機(jī)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠而被廣泛應(yīng)用[1]，但由于其自身笨重（耗鋼材多）、沖程短、耗能高、效率低、安全性差、操作維護(hù)成本高等缺陷，沖程、沖速調(diào)整范圍小，技術(shù)改造的空間小，不能適應(yīng)油田后期長(zhǎng)沖程、低沖速開(kāi)采要求[2]，急需可靠性高、能耗低、操作維護(hù)方便的新型抽油設(shè)備。

玉門(mén)油田機(jī)械廠是中國(guó)最早的油田機(jī)械廠，近年來(lái)與航天科工集團(tuán)合作研制生產(chǎn)了一種新型無(wú)游梁式抽油機(jī)——直線抽油機(jī)（復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)）。該抽油機(jī)與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、節(jié)能降耗和維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[3]，并在青西、鴨兒峽、酒東采油廠推廣使用25臺(tái)，整體運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，系統(tǒng)效率得到有效提高，節(jié)能效果明顯。

1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)研制與應(yīng)用

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)是一種新型長(zhǎng)沖程、低沖速無(wú)游梁式抽油機(jī)[4]，由玉門(mén)油田機(jī)械廠與航天科工集團(tuán)貴州林泉電動(dòng)機(jī)有限公司合作研制。該抽油機(jī)與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比，能效比高、輸出扭矩大、能源消耗少、大沖程、低沖速、噪音小，產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)[5]，有“節(jié)能、安全、可替代常規(guī)游梁式抽油機(jī)”三大優(yōu)勢(shì)。

1.1 技術(shù)性能

1.1.1 原理、結(jié)構(gòu)

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)是一種采用皮帶直接拉動(dòng)抽油桿，去掉四連桿、曲柄、減速箱和驢頭的塔式結(jié)構(gòu)抽油機(jī)。其核心是采用三維合力的復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)的原動(dòng)力，正反向旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)抽油，從改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)入手，不但使電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行，也使抽油機(jī)本身的工作方式具有節(jié)能特性，進(jìn)而使抽油系統(tǒng)達(dá)到結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)化、效率最高化，從根本上解決抽油機(jī)的節(jié)能問(wèn)題，是節(jié)能型和無(wú)游梁型抽油機(jī)的最新代表。復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的核心部件是復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)，采用圓形立柱機(jī)架高位支撐電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)得以正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的一側(cè)通過(guò)柔性皮帶懸掛配重，并在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的另一側(cè)也通過(guò)柔性皮帶連接帶動(dòng)抽油桿，實(shí)現(xiàn)抽油桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。采用這種結(jié)構(gòu)，平衡方式為直接平衡，平衡率可超過(guò)95%，可以降低功率消耗。

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)是長(zhǎng)沖程、低沖速抽油機(jī)，采用智能控制系統(tǒng)對(duì)抽油機(jī)沖程和沖速實(shí)現(xiàn)無(wú)極可調(diào)。適用于稠油井、大泵強(qiáng)采井和深井的原油開(kāi)采，繼承了各種抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，順應(yīng)了抽油機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)[6]，具有明顯的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。該抽油機(jī)主要組成部件為復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)、立柱、皮帶、后平衡裝置和智能電氣控制柜裝置等（圖1）。

1.1.2 技術(shù)參數(shù)

以型號(hào)WCYJD14-8-40Z為例，主要技術(shù)參數(shù)為：額定懸點(diǎn)載荷140 kN；最大沖程8 m；額定起重量40 kN；最高沖速3 min-1；電動(dòng)機(jī)額定功率24 kW；額定扭矩11.5 kN·m；額定電壓380 V；最大額定單邊提升力5 T（1 min內(nèi)）；整機(jī)最大質(zhì)量（不含配重）11 t。

圖1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)。三維永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速低（0～35 r/min），轉(zhuǎn)矩大，低速直驅(qū)，結(jié)構(gòu)緊湊。

2）高效可靠控制器。正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3）智能控制裝置。能自診斷、自檢測(cè)和自報(bào)告抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障代碼，預(yù)留RTU，遠(yuǎn)程控制。

4）制動(dòng)裝置。為失電制動(dòng)方式，液壓推動(dòng)制動(dòng)和電磁閥延時(shí)切換，安全可靠。

1.1.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、占地面積小。抽油機(jī)的主要部件是復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)和變頻控制裝置，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，省去了減速、換向等復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。

2）節(jié)電明顯。由于復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的變頻控制技術(shù)相結(jié)合，采用端部配重平衡，平衡效果好。

3）采用了捆綁技術(shù)，通過(guò)前導(dǎo)輪與井口側(cè)皮帶的位置變換，利用電動(dòng)機(jī)自動(dòng)提升轉(zhuǎn)向和鎖定，實(shí)現(xiàn)修井讓位。

4）操作簡(jiǎn)便，維護(hù)工作量小。通過(guò)控制箱面板的旋鈕調(diào)節(jié)復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖速；抽油機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)程序控制完成，無(wú)需任何定向開(kāi)關(guān)；通過(guò)改變配重箱中的配重來(lái)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的平衡；可以自動(dòng)卸載，不需起重機(jī)輔助。

5）可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程、低沖速，適用于稠油井、大泵強(qiáng)采井和深井的原油開(kāi)采。

該抽油機(jī)的最大沖程為8 m，相應(yīng)的最大沖速為3 min-1。在相同工況下，與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比，其占地面積僅為傳統(tǒng)抽油機(jī)的50%，質(zhì)量為傳統(tǒng)抽油機(jī)的50%，可降低運(yùn)行功率35%，噪聲低（＜50 dB）。

1.1.5 適用范圍

適用于常規(guī)井及低滲透油井、出砂井、高鹽井、高蠟井、深井、稠油井、高產(chǎn)井等油井長(zhǎng)沖程、低沖速采油。

1.1.6 生產(chǎn)許可

玉門(mén)油田機(jī)械廠試制的復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)進(jìn)行了失載及超載試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、生產(chǎn)許可檢測(cè)和井場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證。該抽油機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，符合SY/T 6729—2014《無(wú)游梁式抽油機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，并取得了無(wú)游梁式抽油機(jī)全國(guó)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證，具備規(guī)模生產(chǎn)能力。

1.1.7 安全性能

2016年1月，玉門(mén)油田機(jī)械廠委托北京華海安科科技發(fā)展有限公司完成了復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告，安全評(píng)價(jià)結(jié)論為“該無(wú)游梁式抽油機(jī)在設(shè)計(jì)上是安全的，現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)有害因素是可控的”。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截至目前，玉門(mén)油田機(jī)械廠在青西、鴨兒峽、酒東采油廠推廣使用25臺(tái)，整體運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果顯著，系統(tǒng)效率得到有效提高。

1.2.1 節(jié)能效果

玉門(mén)油田節(jié)能監(jiān)測(cè)站對(duì)更換復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)前后運(yùn)行情況進(jìn)行了分期對(duì)比節(jié)能監(jiān)測(cè)，節(jié)電效果明顯，綜合節(jié)電率平均21.5%（圖2）。

表1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)性能對(duì)比

圖2 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)節(jié)電率監(jiān)測(cè)

1.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

以1臺(tái)14型游梁式抽油機(jī)投資40萬(wàn)元，與應(yīng)用復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)對(duì)比測(cè)算，節(jié)約用電7.3×104kWh，折合標(biāo)煤24.09 t，節(jié)省電費(fèi)4.96萬(wàn)元，節(jié)省安裝及維保費(fèi)用4萬(wàn)元。在經(jīng)濟(jì)使用壽命期間，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)比游梁式抽油機(jī)增加的主要是更換皮帶費(fèi)用（壽命2年），年增加費(fèi)用0.8萬(wàn)元；靜態(tài)投資回收期為4.9年。

2 結(jié)論

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)具有節(jié)能、高效、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、安裝便捷、操作簡(jiǎn)單、修井自動(dòng)讓位、智能化程度高并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)，對(duì)油田控本降費(fèi)和生產(chǎn)提質(zhì)增效具有深遠(yuǎn)意義。通過(guò)試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，與游梁式抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的系統(tǒng)效率可提高5%，綜合節(jié)電率平均為21.5%。

[1]張曉東，賈國(guó)超.關(guān)于我國(guó)抽油機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（1）：24-37.

[2]張連山.我國(guó)抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)[J].鉆采工藝，1996，19（6）：41-46.

[3]周封，胡洋，孫志剛.抽油機(jī)節(jié)能方法與變頻技術(shù)合理應(yīng)用研究[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28（3）：218-221.

[4]薄濤.中國(guó)液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況與技術(shù)水平[J].鉆采工藝，2002，25（2）：60-62．

[5]鄒振春.游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)及最新進(jìn)展[J].承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，7（1）：16-19.

[6]潘運(yùn)平.柔性連續(xù)抽油機(jī)技術(shù)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2003.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.016

2017-02-07

（編輯 張興平）

韓靈，工程師，1991年畢業(yè)于甘肅工業(yè)大學(xué)，從事機(jī)械制造技術(shù)工作，E-mail：ymhanling@petrochina.com.cn，地址：甘肅省玉門(mén)市老市區(qū)，73500。