劉玉龍 王培龍（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

近幾年隨著螺桿泵及相關(guān)配套技術(shù)的逐步完善，在油田上得到了大量的推廣應(yīng)用。地面驅(qū)動(dòng)裝置方面先后推廣使用了普通驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)兩種裝置，但是在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了諸多安全隱患和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，如普通驅(qū)動(dòng)裝置易反轉(zhuǎn)導(dǎo)致光桿被甩彎、護(hù)罩擊碎、皮帶輪破裂飛出，造成人員傷亡；直驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置方卡子和光桿外露，在意外停電（電纜斷、虛接等）反轉(zhuǎn)時(shí)，電磁剎車(chē)失效，仍存在安全隱患；機(jī)械密封使用壽命短，一旦密封不嚴(yán)，液體易進(jìn)入電動(dòng)機(jī)，造成電動(dòng)機(jī)燒毀[1-5]。

針對(duì)目前存在的諸多問(wèn)題，試驗(yàn)應(yīng)用了封閉式螺桿泵直驅(qū)技術(shù)。該裝置采用集成式機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，桿柱重量由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承擔(dān)，電動(dòng)機(jī)軸向不受力，將光桿和方卡子等傳動(dòng)部件完全內(nèi)置，減少了安全隱患，并且在傳動(dòng)、扭矩釋放、漏油保護(hù)、密封及電動(dòng)機(jī)受力等方面均優(yōu)于目前應(yīng)用的地面驅(qū)動(dòng)裝置。

1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

封閉式螺桿泵直接驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，滿(mǎn)足了螺桿泵在不同的工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求，完善了螺桿泵井配套工藝技術(shù)，對(duì)于螺桿泵的普及和發(fā)展具有重要意義。

1.1 基本結(jié)構(gòu)及原理

封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置的永磁電動(dòng)機(jī)處于該傳動(dòng)裝置的最上部，電動(dòng)機(jī)主軸下端通過(guò)花鍵與直驅(qū)傳動(dòng)裝置的帽頭相連接并傳遞扭矩，帽頭上部設(shè)計(jì)有燕尾凸鍵，與方卡子的燕尾槽配合在一起用來(lái)傳遞扭矩，方卡子內(nèi)孔處加工有橫向和縱向的凸點(diǎn)，旋緊方卡子螺栓后既能抱緊光桿防脫、承重，又能起到傳遞扭矩的作用，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帽頭、方卡子與光桿旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)井下螺桿泵工作，其中傳動(dòng)裝置的主軸與殼體間采用一組軸承組件，很好的起到了確保裝置運(yùn)行平穩(wěn)的作用，下部采用安全可靠的封井器裝置，既能起到密封作用，同時(shí)又能起到夾緊卸載作用[6]，封閉直驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 封閉直驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 螺桿泵普通驅(qū)動(dòng)、常規(guī)直驅(qū)與封閉式直驅(qū)裝置技術(shù)參數(shù)對(duì)比

1.2 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

與普通驅(qū)動(dòng)和常規(guī)直驅(qū)裝置相比，螺桿泵普通驅(qū)動(dòng)、常規(guī)直驅(qū)與封閉式直驅(qū)裝置技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1，封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置存在以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

1）光桿、方卡子安裝方面：該裝置將方卡子安裝于機(jī)座內(nèi)部，徹底消除了方卡子飛出傷人的安全隱患，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置，方卡子裸露于外部并且置于裝置的最頂端，一旦方卡子松動(dòng)飛出傷人或者甩桿，后果不堪設(shè)想，存在極大的安全隱患。

2）扭矩釋放方面：該裝置采用梯度遞減式主動(dòng)釋放扭矩和電阻電磁制動(dòng)方式相結(jié)合，扭矩勢(shì)能主動(dòng)釋放。極特殊情況下電磁制動(dòng)失效時(shí)，可調(diào)整電動(dòng)機(jī)與直驅(qū)機(jī)座間螺栓抬高電動(dòng)機(jī)，對(duì)接鍵脫開(kāi)，扭矩徹底釋放，消除反轉(zhuǎn)安全隱患，形成釋放反轉(zhuǎn)扭矩的雙保險(xiǎn)作用，極大的保證了人員作業(yè)安全；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置，采用單一電磁制動(dòng)方式，安全系數(shù)低。

3）電動(dòng)機(jī)保護(hù)方面：該裝置采用電動(dòng)機(jī)與密封濕干分離設(shè)計(jì)，在帽頭內(nèi)部有一組盤(pán)根墊，密封光桿，防止油、液上行，一旦漏液，液體自動(dòng)下泄，不進(jìn)入電動(dòng)機(jī)而造成電動(dòng)機(jī)燒毀；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置，機(jī)械密封裝在電動(dòng)機(jī)軸內(nèi)，密封失效時(shí)液體容易進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，燒毀電動(dòng)機(jī)；該直驅(qū)裝置在方卡子卡緊光桿后，全井抽油桿力量作用于直驅(qū)機(jī)座上，電動(dòng)機(jī)不承受軸向力，使用壽命大幅度提高，而圖2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置，方卡子卡緊光桿后，抽油桿軸向力作用于電動(dòng)機(jī)上，容易造成電動(dòng)機(jī)壽命降低.

4）密封方面：該裝置采用雙密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩組機(jī)械密封極大的延長(zhǎng)密封維護(hù)周期，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置，只采用一組機(jī)械密封，密封周期縮短短。

5）裝置高度方面：該裝置總體高度1 180 mm左右，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置高度達(dá)到1 300 mm左右，整體高度降低，運(yùn)行更加平穩(wěn)、安全、可靠。

6）光桿調(diào)整方面所示，該裝置光桿調(diào)整范圍在一個(gè)電動(dòng)機(jī)高度之內(nèi)而不露頭，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用螺桿泵直驅(qū)裝置光桿只能高出方卡子以外很有限的尺寸，調(diào)整范圍擴(kuò)大。

2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

該裝置已在全區(qū)選取環(huán)境敏感、使用年限長(zhǎng)、安全隱患大的普通直驅(qū)螺桿泵井進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，截止目前共更換42 口井，封閉直驅(qū)實(shí)物圖見(jiàn)圖2，針對(duì)目前已安裝該裝置的井進(jìn)行了多方面的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)，主要包括：安全及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、噪音對(duì)比評(píng)價(jià)、節(jié)能效果評(píng)價(jià)及綜合效益評(píng)價(jià)。

圖2 封閉直驅(qū)實(shí)物圖

2.1 安全及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置安全及穩(wěn)定性能是否符合設(shè)計(jì)要求，按照常規(guī)功率驅(qū)動(dòng)與泵徑配比原則，在大慶油田A 區(qū)塊優(yōu)選出5 口井進(jìn)行觀察，不同功率驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行情況如表2 所示。

表2 不同功率驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行情況

5 口井中安裝時(shí)間最長(zhǎng)877 天，最短691 天，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，5 口井目前均運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)任何故障，不同功率驅(qū)動(dòng)與泵徑匹配良好。

2.2 噪音對(duì)比評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置的噪聲情況，在相同功率，相同泵徑條件下，選擇常規(guī)直驅(qū)裝置與封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置螺桿泵井測(cè)試噪音強(qiáng)度，進(jìn)行噪音對(duì)比。按功率22、30、37 kW 三個(gè)等級(jí)，泵徑300、500、800、1 200 mm 四個(gè)等級(jí)，在10 m處用噪聲測(cè)試儀測(cè)試相同轉(zhuǎn)數(shù)條件下常規(guī)直驅(qū)裝置與封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置噪音大小，螺桿泵常規(guī)直驅(qū)與封閉式直驅(qū)裝置噪音對(duì)比如表3 所示。從測(cè)試數(shù)據(jù)可知，不同生產(chǎn)條件下，封閉式直驅(qū)在噪音方面均略?xún)?yōu)于常規(guī)直驅(qū)。

表3 螺桿泵常規(guī)直驅(qū)與封閉式直驅(qū)裝置噪音對(duì)比

2.3 節(jié)能效果評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置的節(jié)電效果，我們分別測(cè)定了不同功率、不同泵徑普通驅(qū)動(dòng)、普通直驅(qū)、封閉式直驅(qū)的噸液百米耗電量，封閉式直驅(qū)裝置生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如表4 所示。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可知，普通驅(qū)動(dòng)裝置平均噸液百米耗電量為0.93 kWh，普通直驅(qū)裝置平均噸液百米耗電量為0.75 kWh，封閉式直驅(qū)裝置平均噸液百米耗電量為0.74 kWh。封閉式直驅(qū)裝置與普通直驅(qū)裝置的能耗相近，與普通驅(qū)動(dòng)裝置相比平均綜合節(jié)電率達(dá)20.8%，節(jié)能效果較好，且大泵高產(chǎn)井比小泵低產(chǎn)井節(jié)電效果好。

2.4 綜合效益評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置的效益情況，我們對(duì)普驅(qū)裝置、普通直驅(qū)裝置、封閉式直驅(qū)裝置進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析。其中普通驅(qū)動(dòng)裝置購(gòu)置費(fèi)用為3.99萬(wàn)元，使用壽命為8年，折舊費(fèi)用為0.5萬(wàn)元/a，平均單井電費(fèi)6.04 萬(wàn)元/a，更換密封費(fèi)用0.2 萬(wàn)元/a，維修費(fèi)用0.1 萬(wàn)元/a，更換皮帶費(fèi)用0.15 萬(wàn)元/a。普通直驅(qū)裝置購(gòu)置費(fèi)用為7.7 萬(wàn)元，使用壽命為8年，折舊費(fèi)用為0.96 萬(wàn)元/a，平均單井電費(fèi)4.98 萬(wàn)元/a，更換密封費(fèi)用0.2 萬(wàn)元/a。封閉式直驅(qū)裝置購(gòu)置費(fèi)用為7.8 萬(wàn)元，使用壽命為8 年，折舊費(fèi)用為0.97 萬(wàn)元/a，平均單井電費(fèi)4.95 萬(wàn)元/a，更換密封費(fèi)用0.1 萬(wàn)元/a（預(yù)測(cè)值，一直未更換過(guò)），兩種驅(qū)動(dòng)方式平均每年消耗費(fèi)用數(shù)據(jù)如表5所示。

表4 封閉式直驅(qū)裝置生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

表5 兩種驅(qū)動(dòng)方式平均每年消耗費(fèi)用

通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，綜合一次性投入費(fèi)用、年耗電費(fèi)用及年維修費(fèi)用，與普通地面驅(qū)動(dòng)裝置相比平均年消耗費(fèi)用減少0.97 萬(wàn)元，與普通直驅(qū)裝置相比平均年消耗費(fèi)用減少0.12 萬(wàn)元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1）封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置將傳動(dòng)部件完全內(nèi)置，可徹底消除了反轉(zhuǎn)帶來(lái)的安全隱患，而且在電動(dòng)機(jī)保護(hù)、扭矩釋放、防沖距調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)有前景的螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

2）與普通驅(qū)動(dòng)裝置相比，封閉式直驅(qū)裝置平均年可節(jié)省近1 萬(wàn)元，有效降低螺桿泵采油成本。

3）封閉式直驅(qū)裝置與普通直驅(qū)裝置采油成本相近，但封閉式直驅(qū)裝置在安全方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，具有良好的社會(huì)效益。

4）封閉式螺桿泵直驅(qū)裝置經(jīng)過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后已經(jīng)可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。