王冠珠（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

常規(guī)抽油機(jī)動(dòng)力設(shè)備都是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，必須經(jīng)過復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和傳遞才能變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也就無法避免地存在穩(wěn)定性差、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率低的問題。針對(duì)這一問題，大慶油田采油三廠第一油礦2011年先后安裝2口節(jié)能型抽油機(jī)。本文主要對(duì)2口節(jié)能型抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況（節(jié)電、系統(tǒng)效率、運(yùn)行狀況、存在問題等）進(jìn)行對(duì)比分析。

1 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)應(yīng)用了當(dāng)今世界稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的尖端技術(shù)，選用了國內(nèi)外迄今為止最先進(jìn)的永磁同步電動(dòng)機(jī)專用變頻控制裝置，甩掉了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的減速、換向等復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是塔式結(jié)構(gòu)機(jī)體，采用皮帶傳動(dòng)，機(jī)身應(yīng)用單管主柱構(gòu)成，平臺(tái)位于機(jī)身頂部，由角鋼和鋼板焊接而成。復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)位于抽油機(jī)頂部，安裝在平臺(tái)上，它由兩個(gè)盤面電極和一個(gè)外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)組成。懸繩器是電動(dòng)機(jī)和光桿的連接部件，主要由光桿卡瓦、懸繩器體和皮帶組成，特殊的剎車裝置為手動(dòng)、自動(dòng)兩種形式，出現(xiàn)故障時(shí)不論配重和懸繩器處于任何位置，即可迅速、平穩(wěn)地達(dá)到制動(dòng)目的。變頻柜起到了抽油機(jī)智能控制的功能，使用的變頻器為功/角控制變頻器，是專為永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的。

1.2 工作原理

由變壓器輸入三相交流電源，通過抽油機(jī)智能控制的功能轉(zhuǎn)換把三相交流電源轉(zhuǎn)換成相位相反的驅(qū)動(dòng)電源（輸出）并由變頻柜給出工作參數(shù)，交替驅(qū)動(dòng)復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)做正向與反向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到抽取原油的目的。

1.3 參數(shù)及優(yōu)點(diǎn)

1）主要技術(shù)參數(shù)：

◇沖程：1～7m以上（在規(guī)定范圍內(nèi)沖程、沖速無極可調(diào)）；

◇ 沖速：1～3min-1；

◇工作時(shí)噪聲低于50 dB。

2）優(yōu)點(diǎn)：

◇長沖程，低沖速，排量大，泵效高。

◇整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少，故障少，維修較為方便，維護(hù)費(fèi)用較低。

◇平衡方式為直接平衡，平衡率可達(dá)95%以上，沖程長，相對(duì)沖程損失小，節(jié)能效果好。

◇沖速低換向沖擊小，皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，整機(jī)壽命長。

◇與普通游梁式抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)摒棄了減速箱、驢頭、平衡系統(tǒng)等復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，外形更為簡(jiǎn)約美觀。

◇適用于低滲透油田、深井和稠油井。

2 游梁直拖式抽油機(jī)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

游梁直拖式抽油機(jī)整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，整個(gè)系統(tǒng)由機(jī)架、直線電動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、鋼絲繩（扁形）、平衡重物、導(dǎo)輪及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等幾部分組成。采用圓筒型三相永磁同步直線電動(dòng)機(jī)，上端通過鋼絲繩滑輪組及懸繩器直接拖動(dòng)抽油桿、抽油泵柱塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來完成井下采油工作。平衡重物裝在初級(jí)上，隨電動(dòng)機(jī)一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直線電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、換向調(diào)速、停止、制動(dòng)等均由自動(dòng)控制箱中電腦自動(dòng)控制。

2.2 工作原理

游梁直拖式抽油機(jī)通過智能控制柜輸入沖程、沖速等工作參數(shù)后，啟動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)，直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)（動(dòng)子）在兩側(cè)次級(jí)（定子）內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。動(dòng)子上行，靜平衡上行，光桿帶動(dòng)鋼絲繩下行，此時(shí)抽油機(jī)為下沖程，電動(dòng)機(jī)和平衡系統(tǒng)儲(chǔ)能；達(dá)到設(shè)定的下死點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)換向，動(dòng)子下行，靜平衡下行，鋼絲繩帶動(dòng)光桿上行，此時(shí)抽油機(jī)為上沖程，電動(dòng)機(jī)和平衡系統(tǒng)釋放能量；到達(dá)設(shè)定的上死點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)換向，如此往復(fù)來達(dá)到對(duì)油氣井正常抽汲目的。

2.3 參數(shù)及優(yōu)點(diǎn)

1）主要技術(shù)參數(shù)：

◇最大懸點(diǎn)載荷：10～18 kN；

◇沖程：1～3m；

◇ 沖速：3～10min-1；

◇圓筒型三項(xiàng)永磁同步直線電動(dòng)機(jī)[1]：直線電動(dòng)機(jī)額定推力為22～50 kN；直線電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度為0.3～12m/s。

2） 優(yōu)點(diǎn)[2]：

◇適用于長沖程；

◇扁鋼絲繩壽命長；

◇適應(yīng)性強(qiáng)，維修方便；

◇傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果十分顯著；

◇可自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)智能化，其沖程采用了無觸點(diǎn)限位控制器，實(shí)現(xiàn)了抽汲參數(shù)無級(jí)可調(diào)；此外，還可自動(dòng)控制抽空，隨時(shí)監(jiān)測(cè)示功圖充滿程度。

3 節(jié)能型抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2011年9月在采油三廠一礦208隊(duì)北2-4-P58井上安裝了復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)，試驗(yàn)后現(xiàn)場(chǎng)沖程6.6m，沖速2.5 min-1，泵徑70mm，日產(chǎn)液68 t，日產(chǎn)油3.6 t，泵效69%，動(dòng)液面643.4m，因把75 kW的大電動(dòng)機(jī)換成22 kW的小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別為32/34A。與安裝前相比抽油機(jī)電流分別下降12/9A，功率利用律提高18.11%，系統(tǒng)效率提高19%，有功功率下降5.6 kW，單井日節(jié)電129.6 kWh，年節(jié)電4.730 4×104kWh。該抽油機(jī)地面設(shè)備自運(yùn)行到目前只進(jìn)行了一次電動(dòng)機(jī)維修，生產(chǎn)運(yùn)行非常平穩(wěn)。

2011年10月24日在該礦306隊(duì)北3-6-P68井上安裝了游梁直拖式抽油機(jī)，10月30日投產(chǎn)運(yùn)行，期間對(duì)該抽油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了多次調(diào)整。正常運(yùn)行時(shí)沖程2.5 m，沖速2.1 min-1，泵徑57 mm，平均日產(chǎn)液48.4 t，日產(chǎn)油3.19 t，泵效148%，動(dòng)液面455.8m，30 kW電動(dòng)機(jī)換成15 kW的小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別下降38/28 A，電流下降幅度很大。與抽油機(jī)相比系統(tǒng)效率提高了30%，有功功率下降3.82 kW，單井日節(jié)電91.68 kWh，年累計(jì)節(jié)電3.35×104kWh（表1）。

由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，兩種節(jié)能型抽油機(jī)的節(jié)電效果都很明顯，平均單井系統(tǒng)效率提高了25.5%，有功功率下降4.37 kW，裝機(jī)功率下降28 kW，噸液耗電下降5.56 kWh/d，單井日節(jié)電105 kWh，年累計(jì)節(jié)電3.325× 104kWh（表1）。

存在的不足：游梁直拖式抽油機(jī)在1年的試驗(yàn)中現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)試運(yùn)行趨于合理的時(shí)候很少，到了試驗(yàn)后期，因參數(shù)不能上調(diào)，沉沒度在600～700m之間，泵效在30%左右，功圖振動(dòng)載荷很大。

北2-4-P58井功圖很正常（圖1），北3-6-P68井的功圖就出現(xiàn)異常（圖2），在運(yùn)行時(shí)載荷出現(xiàn)鋸齒狀增載、卸載都比較快，現(xiàn)場(chǎng)觀察抽油機(jī)在運(yùn)行時(shí)驢頭有間歇性的停頓現(xiàn)象，并伴隨出現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象。沖速如果只要超過4次該現(xiàn)象會(huì)更加明顯，平均每3天停機(jī)一次。廠家技術(shù)人員多次處理，沒有效果，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次觀察，主要原因是該抽油機(jī)在運(yùn)行到上下死點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)無緩沖，使井下抽油桿的彈性伸縮得不到釋放，嚴(yán)重傷害井下泵和抽油桿是造成試驗(yàn)運(yùn)行中兩次作業(yè)的主要原因。另外，該井無剎車裝置，出現(xiàn)問題無法處理，建議技術(shù)改進(jìn)。

表1 節(jié)能型抽油機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比

4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

以CYJTZ-10-3-30游梁直拖式抽油機(jī)為例，測(cè)試結(jié)果表明，有功節(jié)電率為25.16%，綜合節(jié)電率30.71%，功率因數(shù)0.7以上。

4.1 有功節(jié)電

有功節(jié)電25.16%是目前主要節(jié)電指標(biāo)，大慶油田3萬臺(tái)抽油機(jī)，如果30%更換成游梁直拖式抽油機(jī)，每年節(jié)電費(fèi)可達(dá)9124萬元。

4.2 變壓器投入資金降低

游梁式抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)為37 kW，配套的變壓器為80 kVA，若采用直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)，則用30 kVA變壓器，降低50 kVA容量，節(jié)約變壓器投入資金0.6萬元。

4.3 設(shè)備投資回收期短

10型游梁抽油機(jī)每臺(tái)價(jià)格22.5萬元（抽油機(jī)19.5萬元，電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)3萬元）。復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)每臺(tái)價(jià)格39萬元，游梁直拖式抽油機(jī)銷售價(jià)26萬元。直線電動(dòng)機(jī)每臺(tái)年節(jié)約電費(fèi)10 138元（節(jié)約變壓器投資6000元），合計(jì)16 138元，2年就收回成本。每臺(tái)抽油機(jī)使用年限為20年，在有效的使用年限中，每臺(tái)復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)應(yīng)受益157 760元，游梁直拖式抽油機(jī)應(yīng)受益287 760元，平均單臺(tái)節(jié)能型抽油機(jī)約受益222 760元。

5 結(jié)論

1）同傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)提高系統(tǒng)效率19%，游梁直拖式抽油機(jī)提高系統(tǒng)效率30%，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

2）在地面設(shè)備運(yùn)行管理上，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)便于管理，操作方便安全；游梁直拖式抽油機(jī)檢泵周期短，在上下死點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)無緩沖，還無剎車裝置，嚴(yán)重違反生產(chǎn)安全操作規(guī)程，需改進(jìn)后才能推廣使用。

3）復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)具有長沖程、參數(shù)易調(diào)整、運(yùn)行平穩(wěn)、自動(dòng)控制、動(dòng)載小及傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

4）與傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)占地面積、質(zhì)量等僅為前者的50%。在相同工況下，節(jié)電效果可達(dá)50%以上，且噪聲低（小于50 dB），是實(shí)效的節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品。

節(jié)能型抽油機(jī)的研制成功，降低了工人的工作強(qiáng)度，減少了石油產(chǎn)出的綜合成本，為營造和諧的石油系統(tǒng)節(jié)能環(huán)境，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]姜民政,王建萍,鄭雪鋒.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006(1):38-41.

[2]陳憲侃,陳萬薇,孫建華.游梁式抽油機(jī)與直線電機(jī)抽油機(jī)[J].石油鉆采工藝,2003,25(1):67-70.