游梁式抽油機用直驅式永磁復合電動機技術與現場應用

曹銘（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機用直驅式永磁復合電動機技術與現場應用

曹銘（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

傳統游梁式抽油機主要由普通旋轉電動機驅動，使系統整體效率低，同時存在能耗大、難維修等缺陷。直驅式永磁復合電動機具有轉矩密度高、發熱小、效率高，節能效果顯著、平均使用成本低、功率因數高等特點，能夠滿足機械采油節能降耗的需要，達到降低抽油機井能耗的目的，為后期機械采油節能改造提供了技術支持。

游梁式抽油機 直驅式永磁復合電動機 節能降耗

目前廠所使用的抽油機絕大部分是傳統的游梁式抽油機，這種抽油機由普通旋轉電動機（異步電動機或同步電動機）驅動，經多級減速箱并經連桿和游梁做4～8 min-1的往復運動[1]。由于傳統的游梁式抽油機機械結構復雜，電動機驅動需經多級減速箱和連桿機構輸出，使抽油機的效率很低，一般系統整體效率只有30%左右。傳統的游梁式抽油機能耗大、難維修，已經不能很好地適應油井需要。

1 直驅式永磁復合電動機

直驅式永磁復合電動機結構充分利用了外轉子式結構兩端面的空間，將兩個盤形電動機的定子與外轉子式結構的定子固定在一起，兩個盤形電動機的轉子盤與外轉子式結構的轉子筒構成一個三維封閉的外轉在同樣的空間體積下的復式結構，較外轉子式結構和盤形結構的電動機能產生更大的電磁轉矩（圖1）。

圖1 直驅式永磁復合電動機結構

直驅式永磁復合電動機的優點包括：

1）轉矩密度高，體積約為同規格的永磁同步電動機的2/3～1/2。

2）無需任何冷卻措施，發熱小，效率高，節能效果顯著。

3）無減速齒輪，無需潤滑，具有過載打滑功能，平均使用成本低。

4）功率因數高，與永磁同步電動機相當。

5）無位置傳感器控制器驅動，實現高速電動機控制與低速大轉矩輸出。

國內油田廣泛采用的CYJ8-3-37HB、CYJ10-3-37HB型抽油機，其驅動系統由感應電動機加減速器組成。采用Y-225M-6型感應電動機，主要技術參數是：額定功率30 kW，額定轉速980 r/min，額定轉矩292 Nm，額定效率85%～90%，功率因數小于0.85；采用減速器JLH850-37型，主要技術參數是：額定轉矩37 000 Nm，減速比31.4，中心高560 mm，額定效率90%～95%。皮帶輪效率90%～95%。常規電動機與直驅式永磁電動機的對比數據見表1。

表1 常規電動機與直驅式永磁電動機的對比

2 應用分析

2013年，選擇了某井進行改造試驗。該井在已經應用節能電動機的基礎上，應用直驅式永磁復合電動機后，噸液百米節電率達到19%，系統效率提高2.6%，效果良好。在抽汲參數不變的情況下，綜合節電率達12.9%，百米噸液耗電下降0.47 kWh，系統效率提高2.63%（表2）。

表2 某井改造前后數據對比

表3 四種舉升設備性能評價

由圖2可知，由于取消了減速器，換向時沖擊載荷降低2%。

圖2 改造前后功圖對比

直驅式永磁復合電動機改造抽油機與其他三種節能抽油機在維護和保養上相比，無須更換減速箱潤滑油和皮帶，故障點減少；從節能角度上對比節電率較高；從投資回收期上對比，由于電動機成本較高，投資回收期較長。而復式永磁電動機抽油機和塔架式數控抽油機的結構與常規游梁抽油機差異較大，不能直接改造，適于產能新井應用（表3、表4）。

表4 二種舉升設備節電效益評價

3 結論

1）直驅式永磁復合電動機的應用，可以很大程度地降低抽油機井能耗。與常規游梁式抽油機相比，復式永磁電動機抽油機有顯著的節電效果，節電率達到19%，并且大幅度地提高了系統效率，降低了百米噸液耗電，是降低單井能耗的有效方法。

2）直驅式永磁復合電動機調參容易，沖程、沖速均可通過變頻柜控制，降低了整機的故障率和維護成本，并可以提高運行時率。

3）從檢測數據可以看出，應用直驅式永磁復合電動機不僅大幅降低了有功耗電量，而且解決了原有抽油機功率因數低、無功功率過大的缺點，有助于提高電網的運行品質。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊（修訂本）[M].北京:石油工業出版社.1998:75-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.006

2014-11-24）

曹銘，工程師，2007年畢業于中國石油大學（華東），從事機采動態分析，E-mail：cmupc@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠工技大隊管理室，163113。