塔架式抽油機在薩北開發區的應用

孔令路（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

目前，國內各油田機械采油使用的抽油機大都為常規抽油機，常規抽油機具有結構簡單、操作維護方便、使用壽命長等特點。但其曲柄軸凈轉矩峰值大，波動幅度大，甚至出現負扭矩，造成功率因數下降，能耗增加。因此，為了順應節能降耗的需求，薩北開發區陸續引進各種塔架式抽油機，其有占地面積小、機架高的特點。應用塔架式抽油機可簡化機械傳動過程，提高工作效率，特別是抽汲參數可無級調整，為實現自動控制提供條件，滿足采油工藝的需求，是具有發展前景的舉升設備[1-3]。

1 塔架式抽油機種類

1.1 復式永磁同步電動機抽油機

1.1.1 驅動原理

復式永磁同步電動機抽油機的主要部件是復式永磁同步電動機、塔架和智能電氣操作控制柜。電動機兩端的皮帶輪，通過與抽油桿懸掛梁和平衡裝置（配重箱）連接的皮帶相連接，且抽油桿懸掛梁和平衡裝置分別掛在電動機的兩側。當電動機受智能電氣操作控制柜驅動、控制做正、反向轉動時，抽油桿懸掛梁和平衡裝置則會做互相相反的上下往復的直線運動，即完成了抽油桿的抽油動作[4]。復式永磁同步電動機抽油機結構見圖1。

1.1.2 結構特點

復式永磁同步電動機抽油機適用于深抽、大排量、長沖程、原油黏度高及高含水原油的開采，特別適用于水平井的應用。沖程、沖速實時可調，沖程最大可達7 m，最大沖速為3 min-1。它具有節能、占地面積小、大扭矩、低轉速、高效率、高功率因數、壽命長等優點。

圖1 復式永磁同步電動機抽油機結構示意圖

1.2 塔架式數控抽油機

1.2.1 驅動原理

塔架式數控抽油機由塔架部分、傳動部分、基礎部分組成。永磁同步電動機在變頻器控制下驅動繩輪正反轉換向、往復運行，帶動復繞在繩輪上的由抽油桿及配重體組成的平衡系統對稱上下運動，完成抽油動作。塔架式數控抽油機傳動見圖2。

圖2 塔架式數控抽油機傳動示意圖

1.2.2 結構特點

塔架式數控抽油機的抽油過程由電腦調控，沖程、沖速實時可調，沖程最大可達8 m，最大沖速為3 min-1。上下行運行速度可根據實際井況進行調節。適應不同采油工藝，既適用于高出液量大排量的主力油井，也適合稠油、中高含水期、低滲透油井、二次開采油井，中晚期油井等需要重載強抽的復雜井況要求。

1.3 塔架式智能抽油機

1.3.1 驅動原理

采用永磁同步電動機與鏈輪減速驅動，通過電動機正反向轉動，帶動皮帶和負載，做往復直線運動，完成抽汲動作。配備的智能控制柜，可根據負載變化自行調整電動機參數，實現自主調參的目的，從而提高節能效果。

1.3.2 技術特點

塔架式智能抽油機具有結構簡單（圖3），基本免維護制造技術、數字化油田控制技術、遠程控制技術的優勢。結合油田實際工況，開發出新一代高效、節能、長沖程、低沖速的智能抽油機。配套應用的永磁同步電動機具有低轉速、高轉矩輸出的性能。

1.4 電控換向塔架式抽油機

1.4.1 驅動原理

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、移機裝置等部件組成（圖4）。電動機經聯軸器、減速機將動力傳遞到驅動輪。驅動輪上固定兩組鋼絲繩，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，完成原油抽汲。

圖3 塔架式智能抽油機結構簡圖

圖4 電控換向塔架式抽油機結構簡圖

1.4.2 技術特點

通過動滑輪帶動懸點載荷，系統對電動機的載荷需求減少50%，節能效果較明顯。通過調整塔架式抽油機的上、下限位開關的位置，即可輕松實現抽油機沖程的調整，沖速調整通過調整伺服控制箱內的變頻裝置來實現。

2 塔架式抽油機與常規抽油機對比

2.1 舉升設備概況

薩北開發區應用的塔架式抽油機與常規抽油機有較大區別，具有直線往復運動的特性，區別于以往的曲柄連桿機構；同時電動機選取為節能電動機，參數調整較為方便，塔架式抽油機獨特的長沖程、慢沖速的特點更能發揮其節能降耗的作用，產液趨向為中、高產井[5-6]。舉升設備概況對比見表1。

塔架式抽油機的電動機均為永磁同步電動機，傳動效率更高、更節能。相比常規游梁式抽油機，在保證額定輸出扭矩的前提下，電動機裝機功率更小，在節能降耗方面更具優勢。塔架式抽油機參數在一定范圍內可無級調節，使參數調節更方便。抽油機參數對比見表2。

2.2 塔架式抽油機生產概況

薩北開發區目前有18口復式永磁同步電動機抽油機井，5口塔架式數控抽油機井，22口塔架式智能抽油機井，22口電控換向塔架式抽油機井。塔架式抽油機類型見圖5。

由于塔架式抽油機具有長沖程、慢沖速的特性，與常規抽油機生產參數和產液量相當的情況下，其泵效更高（表3）。

2.3 塔架式抽油機能耗數據

通過對比某廠常規抽油機與塔架式抽油機的能耗數據，發現塔架式抽油機節電效果明顯（表4）。

表1 舉升設備概況對比

表2 抽油機參數對比

圖5 塔架式抽油機類型

表3 塔架式抽油機與常規抽油機的生產數據

表4 塔架式抽油機與常規抽油機的能耗數據

從表4可以看出，塔架式抽油機在節能降耗方面具有一定優勢，平均系統效率高于常規游梁式抽油機平均水平，百米噸液耗電量也較同級別常規抽油機大幅降低。

3 結論

1）塔架式抽油機適用范圍廣，具有長沖程、低沖速的特點，較常規抽油機其系統效率可提高10個百分點左右。

2）塔架式抽油機參數調整、調平衡更為方便，單人便可完成相關操作，可大幅度減少工人勞動強度。

3）塔架式抽油機滿足某廠抽油機井產液的抽汲需求，在各項管理制度完善前提下，可建議推廣應用。