電控換向塔架式抽油機舉升技術應用

蘇成智（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

傳統的游梁式抽油機結構簡單、質量可靠、維修工作易操作，在油田開發中被廣泛應用。隨著油田的不斷發展，降本增效越來越突出，保產量的同時也要保證效益，因此游梁式抽油機傳動節點多、傳動效率低、能量損失大的問題日益凸顯[1]。

電控換向塔架式抽油機采用電動機經減速器減速后直接帶動驅動輪和動滑輪傳動，傳動效率高，能量損失小，并通過智能控制裝置改變電動機旋轉方向，帶動抽油桿做上下往復運動，性能可靠、操作簡便，在油田開發新形勢下具有廣闊的應用前景[2]。

1 技術原理

1.1 結構原理

電控換向塔架式抽油機主要由塔架、上平臺、動力系統、控制系統、移機裝置等部分組成（圖1）。

1）塔架。由型鋼焊接而成，高度決定最大沖程。底部與基礎鏈接，頂部與上平臺鏈接，側面安裝爬梯。

2）上平臺。由鋼網及型鋼焊接而成，用于安放動力系統、控制箱。

3）動力系統。由電動機、聯軸器、減速機、驅動輪及鋼絲繩、平衡配重等部件組成。

4）移機裝置。在塔架4個立柱底部各安裝1個滾輪機構，實現整體移機。

圖1 電控換向塔架式抽油機結構示意圖

5）控制系統。由安裝在上平臺的伺服控制箱、安裝在塔架上的上下限位開關等組成，用于實現設備各種功能動作的控制。

電動機經過聯軸器、減速器將動力傳動至驅動輪，驅動輪上固定有兩組鋼絲繩，分別通過動滑輪，一組拉動抽油桿，另一組拉動配重，改變電動機的旋轉方向即可實現抽油桿的往復直線運動[3]。

1.2 節能原理

1）結構方面。采用電動機旋轉經過減速機減速后帶動驅動輪、動滑輪進行傳動，代替傳統游梁式抽油機的四連桿傳動機構，動力傳動鏈短，機械效率提高，降低裝機功率[4]。

2）電動機方面。采用低速大扭矩異步伺服電動機、借用電梯控制技術開發的控制系統，改變電動機旋轉方向，實現帶動抽油桿做直線往復運動，且具有準確的速度和位置控制精度及可靠的保護功能。

3）控制系統。采用了智能控制系統，與普通游梁式抽油機相比所需電動機功率、變壓器容量相比，均可降低一個等級，固定能量損耗減少，一次性投資降低。

2 技術特點

塔架式抽油機屬于“長沖程、低沖速”機電一體化抽油機，結合了現代數字控制技術和直線抽油方式，可解決常規游梁式抽油機能耗高、機械效率低、調參困難的問題，具有多方面的技術優點[5]。

2.1 長沖程、低沖速，節能效果明顯

通過控制上下沖程頻率，可實現上沖程速度較快、下沖程速度較慢的生產方式，減少漏失量增加泵的充滿程度，提高泵效。抽油機上、下沖程均實現“慢—快—慢”的運動過程，換向時加速度小，減小光桿彎曲及彈性變形，長沖程、低沖速減輕桿管偏磨，延長檢泵周期。

2.2 生產維護工作量小，勞動強度低

塔架式抽油機保養工作量少，一年兩次對鋼絲繩、動滑輪等進行潤滑保養即可；沖程、沖速的調整可通過電子屏操作完成，快速、方便、準確；平衡調整只需單人對次配重重量進行調整即可完成；電動機與減速箱之間采用彈性聯軸器連接，無需更換皮帶[6]。

2.3 安全性能高、防洪性能好

采用電磁制動技術，當按“停止”按鈕或電路突然斷電時，制動系統的控制電路失磁，制動器動作，實現抽油機平穩可靠剎車；變頻系統自控程度高，對過載、失速具有完善保護功能，當抽油桿斷脫時系統能及時可靠停機。

電動機和控制箱位于塔架上平臺，能夠有效解決泄洪區油井洪水季生產問題，減少停井對原油產量的影響。

3 應用效果

電控換向塔架抽油機已安裝試驗4口井，對比測試資料，平均泵效提高10個百分點，系統效率提高11.29個百分點，噸液百米節電率26.3%，平均單井日節電56.4 kW，具有較好的節能效果。4口井累計年節電8.176×104kWh，電費價格按照0.638 1元/kWh計算，年節約電費5.217萬元，具有較好的經濟效益（表1）。

表1 電控換向塔架抽油機效果對比表

4 結論與認識

1）電控換向塔架式抽油機通過改變抽油機的結構，采用塔架結構、電動機—減速器—驅動輪—動滑輪傳動，使抽油機本身的工作方式具有節能特性，同時使用低速大扭矩異步伺服電動機，節能效果明顯。

2）電控換向塔架式抽油機與傳統抽油機相比具有結構簡單、操作方便、日常維護工作量小的優點。

3）電控換向塔架式抽油機不但可以提高機采井系統效率，實現節能降耗的目的；同時通過使用智能控制系統提高抽油機安全性能，減少工人工作量，降低勞動強度，降低油田的綜合成本。

4）電控換向塔架式抽油機采用“長沖程，慢沖速”的生產方式，減少泵的漏失量，增加泵的充滿程度。智能控制系統采用電梯升降技術進行控制，上、下沖程均實現“慢—快—慢”的運動過程，換向時加速度小，減小光桿彎曲及彈性變形，減輕桿管偏磨程度，延長檢泵周期，節約作業成本。