直驅式螺桿泵地面驅動系統節能效果分析

劉永新（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）

直驅式螺桿泵地面驅動系統節能效果分析

劉永新（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）

直驅式螺桿泵地面驅動系統與傳統變頻調速螺桿泵地面驅動系統相比系統效率較高，應用直驅式螺桿泵地面驅動系統可大大提高螺桿泵采油系統地面效率，降低百米噸液耗電量，達到節能降耗的目的。為了了解直驅式螺桿泵地面驅動系統的節能效果，進行了不同工況條件下的室內模擬試驗和現場試驗。試驗表明，直驅式螺桿泵地面驅動系統效率較高，在裝機功率相同的情況下，低轉速、低工作扭矩的螺桿泵井應用直驅式螺桿泵地面驅動系統節能降耗效果更加顯著。

直驅式螺桿泵 驅動系統 節能試驗

直驅式螺桿泵地面驅動系統是近幾年發展的一種新型螺桿泵地面驅動系統，該系統主要由永磁電動 機 、 機 械 密 封 、 軸 承 箱 、 控 制 器 等 部 件 組 成[1]，由低速、大扭矩永磁電動機直接驅動井下抽油桿柱及螺桿泵工作。與傳統變頻調速螺桿泵地面驅動系統相比，該系統無皮帶傳動系統及齒輪減速系統，可 達 到 提 高 系 統 效 率 ， 降 低 能 耗 的 目 的[2]。 通 過 室內和現場試驗，對其節能效果進行了研究。

1 室內試驗及節能效果分析

為了了解常規變頻調速螺桿泵地面驅動系統和直驅式地面驅動系統在不同工況條件下的系統效率，利用螺桿泵地面驅動裝置檢測系統對兩種地面驅動系統進行了不同工況條件下的室內模擬試驗。

利用螺桿泵地面驅動裝置檢測系統模擬螺桿泵地面驅動系統轉速、軸向力、工作扭矩、密封系統承 壓 等 方 面 現 場 工 況[3]。 通 過 調 整 轉 速 和 工 作 扭矩，測量不同工況條件下兩種地面驅動系統效率及耗 電量。 通過節 電率計 算公式 （1）計 算 出直 驅 式螺桿泵地面驅動系統的節電率。對兩種地面驅動系統效率及直驅式螺桿泵地面驅動系統的節電率進行分析，來了解直驅式螺桿泵地面驅動系統不同工況下的節能效果。

節電率計算公式：

式 中 ： λ 為 節 電 率 ，%； W1為 常規 變 頻 調 速螺桿泵地面驅動系統耗電量，kWh； W2為直驅式螺桿泵地面驅動系統耗電量，kWh。

試 驗 選 用 額 定 功 率 22kW、 額 定 轉 速 200r/min兩種地面驅動系統，測量其不同工況條件下的系統效率及耗電量。普通變頻調速地面驅動系統效率如圖1所示，直驅式地面驅動系統效率如圖2所示。根據 試驗所 測的耗 電量， 通過公 式 （1）計 算出直驅式螺桿泵地面驅動系統的節電率 （圖3）。

圖1 普通變頻調速地面驅動系統效率曲線

圖2 直驅式地面驅動系統效率曲線

圖3 直驅式地面驅動系統節電率曲線

通過室內模擬試驗可知，直驅式地面驅動系統效率較高，與普通變頻調速地面驅動系統相比節能明顯。普通變頻調速地面驅動系統效率最高為77.1% （圖1）， 直 驅 式 地 面 驅 動 系 統 效 率 最 高 為87.0% （圖2）， 直 驅 式 地 面 驅 動 系 統 效 率 比 普 通 變頻 調 速 地面驅動 系 統 效 率 高 9.9%。在相 同 的 工 況 條件 下 ， 直 驅 式 地 面 驅 動 系 統 節 電 率 最 高 可 達 26.8%（圖3）。 在 兩 種 地 面驅動系統常用工作扭矩 500～900Nm 工況條件下，直驅式地面驅動系統節電率為 10.1%～21.4% （圖3）。

2 現場試驗及節能效果分析

為了了解直驅式地面驅動系統在現場應用中的節 能 情 況 ， 在 大 慶 油 田 喇 2-323 和 北 2-362-P55 對螺桿泵井用直驅式地面驅動系統替換普通變頻調速地面驅動系統進行現場試驗。措施前后生產數據如表1所示。

表1 措施前后生產數據

根 據 生 產 數據 ， 通 過 公 式 （2）和 公 式 （3）計算 措施前 后地面 驅動系 統效率 ，通過 公 式 （4）和公 式 （1）計算措 施前后 地面驅 動 系統 百 米噸 液 耗電節電率。措施前后地面驅動系統效率和百米噸液耗電節電率如表2所示。

地面驅動系統輸出功率計算公式：

式中： P出為驅動系統輸出功率，kW； T 為驅動系統工作扭矩，Nm； n 為驅動系統工作轉速，r/min。

地面驅動系統效率計算公式：

式中： η 為地面驅動系統效率，%； P出為驅動系統輸出功率，kW； P入為驅動系統輸入功率，kW。

單井百米噸液耗電量計算公式：

式中： X 為單井百米噸液耗電量，kWh/100mt；W 為 單 井 日 耗 電 量 ，kWh； Q 為 單 井 日 產 液 量 ，t；H為單井動液面，m。

表2 措施前后地面驅動系統效率和百米噸液耗電節電率

由表2可知，應用直驅式地面驅動系統后，兩口 井 地 面 驅 動 系 統 效 率 分 別 提 高 了 11.56% 和9.37%， 單 井 百 米 噸 液 耗 電 量 分別降 低 了 0.175kWh和 0.137kWh， 百 米 噸 液 耗 電 節 電 率 分 別 為 18.3%和15.5%。

3 結語

直驅式螺桿泵地面驅動系統與傳統變頻調速螺桿泵地面驅動系統相比系統效率較高，應用直驅式螺桿泵地面驅動系統可大大提高螺桿泵采油系統地面效率，降低百米噸液耗電量，達到節能降耗的目的。在裝機功率相同情況下，低轉速、低工作扭矩的螺桿泵井應用直驅式螺桿泵地面驅動系統節能降耗效果更加顯著。

[1]陳曉軍.ZLBQ55型直驅式螺桿泵驅動裝置設計[J].石油礦場機械,2010,39(4):68-70.

[2]王清平.螺桿泵交流永磁地面直驅裝置[J].油氣田地面工程,2008,27(12):75-76.

[3]徐桂艷.螺桿泵地面驅動裝置檢測系統研究[J].石油機械,2001,29(6):32-34.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.006

2012-11-15）

劉永新，工程師，2004年畢業于大慶石油學院，主要從事 螺 桿 泵 采 油 領 域 科 研 及 新 技 術 推 廣 工 作 ， E-mail： lyx5963660@ 163.com，地址 ：黑龍江 省大慶市 讓胡路區 西賓路 9 號大慶 油 田有限責任公司采油工程研究院舉升工藝研究室，163453。