節能型抽油機在薩北油田的應用與探討

王冠珠（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

常規抽油機動力設備都是旋轉電動機，必須經過復雜的能量轉換和傳遞才能變成直線往復運動，也就無法避免地存在穩定性差、系統轉換效率低的問題。針對這一問題，大慶油田采油三廠第一油礦2011年先后安裝2口節能型抽油機。本文主要對2口節能型抽油機現場的應用情況（節電、系統效率、運行狀況、存在問題等）進行對比分析。

1 復式永磁電動機抽油機

1.1 結構特點

復式永磁電動機抽油機應用了當今世界稀土永磁同步電動機的尖端技術，選用了國內外迄今為止最先進的永磁同步電動機專用變頻控制裝置，甩掉了傳統游梁式抽油機的減速、換向等復雜的機械系統。其結構特點是塔式結構機體，采用皮帶傳動，機身應用單管主柱構成，平臺位于機身頂部，由角鋼和鋼板焊接而成。復式永磁電動機位于抽油機頂部，安裝在平臺上，它由兩個盤面電極和一個外轉子電動機組成。懸繩器是電動機和光桿的連接部件，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、自動兩種形式，出現故障時不論配重和懸繩器處于任何位置，即可迅速、平穩地達到制動目的。變頻柜起到了抽油機智能控制的功能，使用的變頻器為功/角控制變頻器，是專為永磁同步電動機設計的。

1.2 工作原理

由變壓器輸入三相交流電源，通過抽油機智能控制的功能轉換把三相交流電源轉換成相位相反的驅動電源（輸出）并由變頻柜給出工作參數，交替驅動復式永磁電動機做正向與反向旋轉，驅動抽油桿上下往復運動，從而達到抽取原油的目的。

1.3 參數及優點

1）主要技術參數：

◇沖程：1～7m以上（在規定范圍內沖程、沖速無極可調）；

◇ 沖速：1～3min-1；

◇工作時噪聲低于50 dB。

2）優點：

◇長沖程，低沖速，排量大，泵效高。

◇整機結構簡單，易損件少，故障少，維修較為方便，維護費用較低。

◇平衡方式為直接平衡，平衡率可達95%以上，沖程長，相對沖程損失小，節能效果好。

◇沖速低換向沖擊小，皮帶運轉平穩，整機壽命長。

◇與普通游梁式抽油機相比，復式永磁電動機抽油機摒棄了減速箱、驢頭、平衡系統等復雜的機械系統，外形更為簡約美觀。

◇適用于低滲透油田、深井和稠油井。

2 游梁直拖式抽油機

2.1 結構特點

游梁直拖式抽油機整體結構特點是，整個系統由機架、直線電動機、行走機構、鋼絲繩（扁形）、平衡重物、導輪及驅動控制系統等幾部分組成。采用圓筒型三相永磁同步直線電動機，上端通過鋼絲繩滑輪組及懸繩器直接拖動抽油桿、抽油泵柱塞做往復直線運動來完成井下采油工作。平衡重物裝在初級上，隨電動機一起做往復運動，直線電動機的啟動、換向調速、停止、制動等均由自動控制箱中電腦自動控制。

2.2 工作原理

游梁直拖式抽油機通過智能控制柜輸入沖程、沖速等工作參數后，啟動直線電動機，直線電動機初級（動子）在兩側次級（定子）內做往復直線運動。動子上行，靜平衡上行，光桿帶動鋼絲繩下行，此時抽油機為下沖程，電動機和平衡系統儲能；達到設定的下死點時，電動機換向，動子下行，靜平衡下行，鋼絲繩帶動光桿上行，此時抽油機為上沖程，電動機和平衡系統釋放能量；到達設定的上死點時，電動機換向，如此往復來達到對油氣井正常抽汲目的。

2.3 參數及優點

1）主要技術參數：

◇最大懸點載荷：10～18 kN；

◇沖程：1～3m；

◇ 沖速：3～10min-1；

◇圓筒型三項永磁同步直線電動機[1]：直線電動機額定推力為22～50 kN；直線電動機運行速度為0.3～12m/s。

2） 優點[2]：

◇適用于長沖程；

◇扁鋼絲繩壽命長；

◇適應性強，維修方便；

◇傳動效率高，節能效果十分顯著；

◇可自動控制，實現抽油機智能化，其沖程采用了無觸點限位控制器，實現了抽汲參數無級可調；此外，還可自動控制抽空，隨時監測示功圖充滿程度。

3 節能型抽油機現場應用

2011年9月在采油三廠一礦208隊北2-4-P58井上安裝了復式永磁電動機抽油機，試驗后現場沖程6.6m，沖速2.5 min-1，泵徑70mm，日產液68 t，日產油3.6 t，泵效69%，動液面643.4m，因把75 kW的大電動機換成22 kW的小電動機，上下電流分別為32/34A。與安裝前相比抽油機電流分別下降12/9A，功率利用律提高18.11%，系統效率提高19%，有功功率下降5.6 kW，單井日節電129.6 kWh，年節電4.730 4×104kWh。該抽油機地面設備自運行到目前只進行了一次電動機維修，生產運行非常平穩。

2011年10月24日在該礦306隊北3-6-P68井上安裝了游梁直拖式抽油機，10月30日投產運行，期間對該抽油機的運行參數進行了多次調整。正常運行時沖程2.5 m，沖速2.1 min-1，泵徑57 mm，平均日產液48.4 t，日產油3.19 t，泵效148%，動液面455.8m，30 kW電動機換成15 kW的小電動機，上下電流分別下降38/28 A，電流下降幅度很大。與抽油機相比系統效率提高了30%，有功功率下降3.82 kW，單井日節電91.68 kWh，年累計節電3.35×104kWh（表1）。

由現場測試數據可知，兩種節能型抽油機的節電效果都很明顯，平均單井系統效率提高了25.5%，有功功率下降4.37 kW，裝機功率下降28 kW，噸液耗電下降5.56 kWh/d，單井日節電105 kWh，年累計節電3.325× 104kWh（表1）。

存在的不足：游梁直拖式抽油機在1年的試驗中現場參數調試運行趨于合理的時候很少，到了試驗后期，因參數不能上調，沉沒度在600～700m之間，泵效在30%左右，功圖振動載荷很大。

北2-4-P58井功圖很正常（圖1），北3-6-P68井的功圖就出現異常（圖2），在運行時載荷出現鋸齒狀增載、卸載都比較快，現場觀察抽油機在運行時驢頭有間歇性的停頓現象，并伴隨出現自動停機現象。沖速如果只要超過4次該現象會更加明顯，平均每3天停機一次。廠家技術人員多次處理，沒有效果，經現場多次觀察，主要原因是該抽油機在運行到上下死點轉換時無緩沖，使井下抽油桿的彈性伸縮得不到釋放，嚴重傷害井下泵和抽油桿是造成試驗運行中兩次作業的主要原因。另外，該井無剎車裝置，出現問題無法處理，建議技術改進。

表1 節能型抽油機應用效果對比

4 經濟效益評價

以CYJTZ-10-3-30游梁直拖式抽油機為例，測試結果表明，有功節電率為25.16%，綜合節電率30.71%，功率因數0.7以上。

4.1 有功節電

有功節電25.16%是目前主要節電指標，大慶油田3萬臺抽油機，如果30%更換成游梁直拖式抽油機，每年節電費可達9124萬元。

4.2 變壓器投入資金降低

游梁式抽油機的電動機為37 kW，配套的變壓器為80 kVA，若采用直線電動機抽油機，則用30 kVA變壓器，降低50 kVA容量，節約變壓器投入資金0.6萬元。

4.3 設備投資回收期短

10型游梁抽油機每臺價格22.5萬元（抽油機19.5萬元，電動機及控制系統3萬元）。復式永磁電動機抽油機每臺價格39萬元，游梁直拖式抽油機銷售價26萬元。直線電動機每臺年節約電費10 138元（節約變壓器投資6000元），合計16 138元，2年就收回成本。每臺抽油機使用年限為20年，在有效的使用年限中，每臺復式永磁電動機抽油機應受益157 760元，游梁直拖式抽油機應受益287 760元，平均單臺節能型抽油機約受益222 760元。

5 結論

1）同傳統抽油機相比，復式永磁電動機抽油機提高系統效率19%，游梁直拖式抽油機提高系統效率30%，達到了節能降耗的目的。

2）在地面設備運行管理上，復式永磁電動機抽油機便于管理，操作方便安全；游梁直拖式抽油機檢泵周期短，在上下死點轉換時無緩沖，還無剎車裝置，嚴重違反生產安全操作規程，需改進后才能推廣使用。

3）復式永磁電動機抽油機具有長沖程、參數易調整、運行平穩、自動控制、動載小及傳動效率高等優點。

4）與傳統抽油機相比，復式永磁電動機抽油機占地面積、質量等僅為前者的50%。在相同工況下，節電效果可達50%以上，且噪聲低（小于50 dB），是實效的節能環保型產品。

節能型抽油機的研制成功，降低了工人的工作強度，減少了石油產出的綜合成本，為營造和諧的石油系統節能環境，創造良好的經濟效益和社會效益做出應有的貢獻。

[1]姜民政,王建萍,鄭雪鋒.直線電機驅動抽油機的研究[J].石油礦場機械,2006(1):38-41.

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