游梁式抽油機傳動技術改進

孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責任公司第七采油廠）

游梁式抽油機傳動技術改進

孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責任公司第七采油廠）

游梁式抽油機一般采用皮帶傳動，針對皮帶傳動過程中易打滑、易磨損、機械傳動效率低等問題，提出了液力耦合器傳動技術、永磁半直驅驅動技術與電動機直驅驅動技術，取代或取消了皮帶傳動機構，降低了抽油機的運行能耗，提高了系統效率，同時為低產油井參數調整提供了技術支持。

游梁式抽油機；皮帶傳動；液力耦合器；直驅驅動

普通游梁式抽油機運行時，由電動機提供動力，經皮帶輪、皮帶與減速箱構成的減速機構與四連桿機構等，帶動抽油管柱上下往復運動。常規的傳動方式采用皮帶傳動，而皮帶在運行過程中易出現以下問題：因天氣等原因造成打滑、丟轉、燒皮帶現象，降低了抽油機機械傳動效率；皮帶會給減速箱施加一個單邊拉力，使減速箱軸承及支撐件等出現偏磨現象，降低零部件壽命，增加檢修及維護工作量；皮帶本身易于磨損，需經常更換，影響油井正常生產的同時，增加了工人勞動強度與維護成本。同時，采用皮帶傳動機構，在設計上必須充分考慮抽油機的高負載啟動問題，抽油機匹配的電動機裝機功率偏大，正常運行時電動機負載下降，出現載荷過低現象，造成能耗的浪費。針對上述問題，介紹三種取代或取消皮帶傳動機構的抽油機傳動技術，提高機械傳動效率，避免因調節參數、更換皮帶造成油井停產，影響產量和增加日常維護成本，實現節能降耗的目的。

1 技術組成與工作原理

1.1 液力耦合器傳動技術

抽油機液力耦合器傳動技術是由控制箱、底座、高啟動力矩調速電動機、液力耦合器、專用傳動軸及減速器等部件組成，調速電動機機軸與液力耦合器主動軸相連接（輸入端），液力耦合器輸出端通過專用傳動軸和減速器與抽油機減速器相連[1]。

該技術通過控制箱控制調速，電動機帶動液力耦合器渦輪旋轉，將動力傳遞給傳動軸，傳動軸再通過減速器的變向作用將動力傳遞給抽油機減速箱，從而驅動抽油機四連桿機構做功，具體部件連接情況見圖1。電動機在不裝液力耦合器的啟動過程中，由于電動機與負載直接連接，電動機的啟動轉矩需大于負載的啟動轉矩，才能使負載順利啟動，電動機加裝液力耦合器后，電動機與液力耦合器泵輪相聯，負載與液力耦合器的渦輪相聯，通過液體介質，實現相互間的軟聯接[2]。電動機啟動瞬間，啟動轉矩為零，從而使電動機空載啟動。啟動后，電動機逐漸提速，液力耦合器在電動機的帶動下，攪動液體介質提速，到達一定轉速后，液力耦合器才帶著負載緩慢提速，直至一起達到額定轉速，此時抽油機完成啟動。

圖1 抽油機液力耦合器傳動技術結構

1.2 永磁半直驅驅動技術

抽油機永磁半直驅驅動技術是由抽油機半直驅同步電動機控制箱、抽油機半直驅同步電動機、連

接及支撐系統組成。永磁半直驅電動機設計采用的是低速大轉矩永磁同步電動機，不存在滑差，轉速平穩，不因負載加大而丟轉，因電動機啟動力矩大，平衡塊在任何位置都可以啟動、停機。永磁半直驅電動機控制箱是根據電動機的工作特點設計的一體化變頻控制箱，旋鈕控制轉速調節，操控面板直接顯示電壓、電流、轉速等參數。

永磁半直驅電動機直接安裝在減速箱上，無皮帶、齒輪等傳動機構，安裝情況見圖2。工作時，通過控制箱控制電動機啟停，在控制箱變頻控制作用下，可以實現軟啟動。

圖2 抽油機半直驅電動機安裝示意圖

1.3 電動機直驅驅動技術

電動機直驅驅動技術是由抽油機直驅電動機控制箱、抽油機直驅復合電動機及連接系統組成。電動機直驅驅動技術采用的是低速大轉矩永磁復合電動機，優化了電磁及工藝設計，運行效率較高，電動機直接連接曲柄裝置，取代原有的游梁式抽油機的減速箱、皮帶傳動及電動機拖動系統，提高了抽油機的系統效率；同時采用變頻調速控制箱，利用變頻調速方法，設計控制系統實現抽油機節能降耗[3]。

2 技術特點分析與應用

2.1 液力耦合器傳動技術

液力耦合器傳動技術具備如下特點：

1）可以使電動機在輕載狀態下啟動，負載在電動機達到峰值轉矩后啟動，增大了電動機的加速力矩，提高了電動機啟動負載能力，保證了在降低電動機裝機功率的情況下，抽油機也能順利啟動。

2）液力耦合器具有過載保護功能，當抽油機負載超過一定限度時，液力耦合器易熔塞中的易熔合金熔化，輸出與輸入被切斷，使電動機、抽油機不受損壞，降低設備故障率。

3）取代了傳統的皮帶傳動，從根本上避免了傳統皮帶打滑、丟轉、燒皮帶等現象，減少了停井時間，提高了抽油機系統效率，節約了原料和人工成本。

在敖南油田進行現場試驗3口井，試驗井平均電動機裝機功率18.5 kW，與試驗前相比，平均有功功率下降0.42 kW，無功功率下降8.6 kvar，功率因數為0.52，日節電 10.08 kWh，綜合節電率11.38%[4]。

2.2 永磁半直驅驅動技術

永磁半直驅驅動技術具備如下特點：

1）可以通過調整電動機頻率來調節抽油機沖速，最低沖速可以達到0.1 min-1，根本上解決間抽油井和貧油油井參數下調困難的問題。

2）采用高效稀土永磁半直驅同步電動機，運行效率較高，低負載率時的效率明顯高于異步電動機。

3）電動機直接安裝在減速箱上，節省了減速裝置產生的傳動損耗，無需更換、調節皮帶，解決了皮帶運行過程中出現的一系列問題。

4）控制系統具備過載、過壓、漏電等保護功能，可顯示電壓、電流等參數，采用按鈕、旋鈕控制啟停、調節轉速，操作簡便。

通過對遼河油田試驗井進行現場測試，有功節電率24.72%，無功節電率68.12%，綜合節電率26.54%，測試井系統效率提高16%，取得了顯著的節電效果。

2.3 電動機直驅驅動技術

電動機直驅驅動技術具備如下特點：

1）電動機直接連接曲柄裝置，徹底解決了減速箱漏油、換油、維修和養護的麻煩，提高生產效率，實現了在壽命周期內，免維護運行。

2）避免了更換皮帶所帶來的生產成本、產量損失和安全事故。

3）采用低速大扭矩永磁復合電動機，優化了電磁及工藝設計，電動機運行安靜平穩，噪音低，自然冷卻條件下，直驅電動機的繞組溫升不超過40 K，保證電動機長壽穩定運行，運行效率較高。

4）調節沖速時，在控制箱面板上操作十分便捷，只需調整旋鈕，同時沖速在數字屏上顯示。通過進行能效試驗，得出有功節電率14.22%，無功節電率92.8%，綜合節電率21.53%。

通過對比單井改造前后試驗效果，百米噸液耗電節電率19.03%，系統效率提高2.63%。

3 結論與認識

1）液力耦合傳動技術、永磁直驅驅動技術與電動機直驅驅動技術取代了傳統的皮帶傳動，降低了抽油系統的傳動損耗，同時解決了皮帶運行過程中打滑、丟轉與易磨損等一系列問題。

2）永磁半直驅驅動技術解決了低產井地面參數下調困難的問題，且低負載時運行效率明顯高于異步電動機，更適用于間抽油井和貧油油井。

3）電動機直驅游梁式抽油機克服了傳統游梁式抽油機的傳動鏈長、系統效率低、能耗高與油井工況適配性差等缺點，同時操作系統可實現液面全程控制、遠程操作、遠程監控，并配備回饋單元，使過平衡產生的電能回饋電網。

[1]徐東，譚寧川，姜成華.抽油機耦合器傳動系統的開發與應用[J].石油機械，2005，33（3）：34-35.

[2]岳雷，李學廣，李秀英，等.改變抽油機啟動方式的節能新技術[J].石油石化節能，2003，19（10）：33-34.

[3]馮治國，王立洋，唐楊.永磁同步電機直驅抽油機控制系統設計與實現[J].現代機械，2015（3）：66-68.

[4]侯志欣，冉衛東.抽油機液力耦合器傳動技術應用[J].石油石化節能，2010（2）：53-55.

（編輯 鞏亞清）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.008

孫曉麗，工程師，2008年畢業于西安石油大學，從事采油工程相關工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區第七采油廠工程技術大隊，163517。

2016-05-06