油田用抽油機(jī)技術(shù)改進(jìn)方案探討論述

姚春雪

摘 要：為適應(yīng)油田中后期開采，提高油田開采率，降低能耗，提升機(jī)械采油設(shè)備的功率和產(chǎn)量，本文對(duì)常用的油田采油設(shè)備及游梁式抽油機(jī)的技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行了分析探討，排除了機(jī)械改進(jìn)的方案，提出了永磁同步電機(jī)應(yīng)用于有桿式采油機(jī)的方案論述。

關(guān)鍵詞：油田;抽油機(jī)改進(jìn);永磁電機(jī)

本文以遼河油田為例對(duì)抽油機(jī)的技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行一點(diǎn)探討。遼河油田是一個(gè)已開采五十余年的中后期油田，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油藏和油品類型多，埋藏深且原油成分復(fù)雜，電解質(zhì)多。且是我國(guó)最大的稠油出產(chǎn)油田，原油多數(shù)位于深油層。而且，我國(guó)大多數(shù)的的稠油成分中膠質(zhì)成分比較多，瀝青比較少，粘度偏大，開采成本較高。因而我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的稠油油田中，包括遼河油田，克拉瑪依油田，勝利油田，有很大一部分出于經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)原因沒有被開采。

現(xiàn)今國(guó)際原油市場(chǎng)形勢(shì)較為低迷，油田對(duì)抽油機(jī)械的需求量和技術(shù)要求也逐年升高，迫切需求相關(guān)科研型企業(yè)能研制出較為經(jīng)濟(jì)節(jié)能并適用于現(xiàn)階段我國(guó)油田開采的現(xiàn)狀的采油設(shè)備。

機(jī)械采油主要分為無桿泵采油和有桿泵采油兩種，其中無桿泵主要有螺桿泵和電動(dòng)潛油離心泵。

有桿泵采油在中東和中亞地區(qū)，多數(shù)采用的采油設(shè)備是游梁式抽油機(jī)。該類型抽油機(jī)是最為常見的有桿泵采油設(shè)備，一直在油田開采中占據(jù)主導(dǎo)地位，主要適用于深井泵，在各類型油田的采油應(yīng)用非常廣泛，可適應(yīng)多種油田的原油狀況。其特點(diǎn)是流量平穩(wěn)、壓力脈動(dòng)小、噪聲低、效率屬高、壽命長(zhǎng)、工作可靠;而其突出的優(yōu)點(diǎn)是輸送介質(zhì)時(shí)不形成渦流、可輸送高粘度介質(zhì)。

游梁式抽油機(jī)的基本原理即在電機(jī)的帶動(dòng)下，在配重塊和減速機(jī)的配合下，通過抽油機(jī)-抽油桿-抽油泵，電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過減速機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰乃俣?，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抽油泵的活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把井底原油輸送上來。游梁式抽油機(jī)分為前置型、異相形和倍增沖程型等八種類型。因游梁式抽油機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用廣泛，本文不再對(duì)其結(jié)構(gòu)做具體介紹，僅以前置型為例簡(jiǎn)要概述。前置型游梁式抽油機(jī)的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長(zhǎng)度，使得抽油機(jī)的規(guī)格尺寸大為減小，并且由于支點(diǎn)前移，使上、下沖程不等，從而降低了上沖程的運(yùn)行速度、加速度、動(dòng)載荷以及減速箱的最大扭矩和需要的電功率。但體積過大，平衡調(diào)節(jié)難度大，故障率占比高達(dá)28%。

此外，為了節(jié)約能源及改善抽油機(jī)的受力狀態(tài)，國(guó)際市場(chǎng)還出現(xiàn)了多種類型的新型產(chǎn)品，比如旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁及無梁式抽油機(jī)等。

顯而易見，近年來游梁式抽油機(jī)的弊端越來越凸顯。比如，機(jī)械傳動(dòng)的能量損失過大，效率平均約20%。且該類型的抽油機(jī)慣性載荷非常大，在最高和最低點(diǎn)的加速度非常大，對(duì)齒輪和減速機(jī)等零部件的沖擊力過大，容易發(fā)生磨齒，斷桿，卡井等問題。另外一個(gè)突出缺點(diǎn)是，能耗費(fèi)用大，在采油成本方面占比高達(dá)1/5以上。

為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需要，解決上述問題?，F(xiàn)階段可從采油生產(chǎn)管理，抽油泵的能效，減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)選擇等方面著手改進(jìn)。

在游梁式抽油機(jī)降低能耗的問題上，大致有改變結(jié)構(gòu)，改變力矩等幾種機(jī)械方面的改進(jìn)方式，然而抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往要被動(dòng)適應(yīng)油田的油井結(jié)構(gòu)。若對(duì)油井進(jìn)行改造，則成本和工程量都過高，而且影響其他油田設(shè)備，如摻液裝置，儲(chǔ)油罐，取樣器，多通閥，測(cè)溫測(cè)壓等的產(chǎn)品安裝分布甚至設(shè)計(jì)參數(shù)，此方法顯然是在資金成本和隱性成本上來看是難以實(shí)現(xiàn)的。

因而，綜合多方面情況，在游梁式抽油機(jī)類別的采油機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)上，可考慮選用一種效率高，耗電量低，且可以實(shí)現(xiàn)低速大扭矩的電機(jī)。

游梁式抽油機(jī)原來大多采用三相異步電機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)由于要設(shè)計(jì)較高的功率因素，就必需把定轉(zhuǎn)子間的氣隙做的很小，同時(shí)氣隙的均勻性對(duì)電機(jī)的安全運(yùn)行和振動(dòng)噪聲也至關(guān)重要，對(duì)此異步電動(dòng)機(jī)對(duì)零部件的形位公差和裝配同心度的要求就相對(duì)嚴(yán)格，對(duì)軸承游隙選擇的自由度也比較少，較大機(jī)座的異步電機(jī)通常使用油浴潤(rùn)滑方式的軸承，必需在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)加注潤(rùn)滑油，油腔漏油或加注不及時(shí)都會(huì)加速軸承失效，在三相異步電動(dòng)機(jī)維修中，軸承的維護(hù)占了很大的比例。

近些年，由于石油產(chǎn)品的需求量大增，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了效率更高的永磁同步電機(jī)，大多搭配螺桿泵使用，無減速箱，直驅(qū)鉆頭，一次性投資低，安全高效，維護(hù)簡(jiǎn)單，且配有智能化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，至今已在大慶，勝利，遼河，長(zhǎng)慶等油田得到試裝和批量應(yīng)用。經(jīng)過5年多的發(fā)展，整個(gè)體系已趨于完善。螺桿泵廠家國(guó)外有耐馳，德國(guó)雷士，國(guó)內(nèi)有山東威馬，天津泰特等。同時(shí)生產(chǎn)油田用永磁同步電機(jī)及控制內(nèi)柜的，國(guó)內(nèi)目前只有桂林星辰科技，單獨(dú)生產(chǎn)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器的，就比較雜了。但到目前為止，還沒有哪家公司可以同時(shí)生產(chǎn)整套的直驅(qū)式螺桿泵抽油機(jī)（主要包括永磁同步電機(jī)，控制柜，及螺桿泵）。

經(jīng)了解，永磁同步電機(jī)采用耐熱、高磁性能釹鐵硼永磁材料，磁能積很高，特別是能制成超薄型的永磁體。不需要?jiǎng)?lì)磁撓阻，磁場(chǎng)部分沒有發(fā)熱源，不需要冷卻處理，耐高溫且體積減少了約25%。且因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)沒有電流勵(lì)磁，定子繞組呈現(xiàn)阻性負(fù)載，電機(jī)的功率因數(shù)近于1，提高了電機(jī)的效率。同時(shí)功率因數(shù)的提高，提高了電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)，減小了輸變電線路的損耗，輸變電容量也可降低，節(jié)省了電網(wǎng)投資，環(huán)保低碳。

在需要大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備（如油田抽油電機(jī)）中，可以用較小容量的永磁電機(jī)替代較大容量的Y系列電機(jī)，節(jié)省了設(shè)備投入費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效能。并且查閱電機(jī)選用手冊(cè)分析可得，Y系列電機(jī)在60%的負(fù)荷下工作時(shí)，效率下降15%，功率因數(shù)下降30%，力能指標(biāo)下降40%;而永磁同步電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降甚微，當(dāng)電機(jī)只有20%負(fù)荷時(shí)，其力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的80%以上。并且具有高力矩慣量比和高能量密度。此外由于永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)，可免除減速機(jī)的維護(hù)費(fèi)用，直接負(fù)載運(yùn)行，節(jié)省成本并降低安全隱患。

因此，為了改善機(jī)采系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，對(duì)機(jī)采系統(tǒng)進(jìn)行防偏磨治理，消除設(shè)備運(yùn)行的摩擦阻力，可使用永磁同步電機(jī)替換原有電機(jī)。

此外可應(yīng)用電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)電力輔助控制，降低機(jī)械載荷，降低最高點(diǎn)的下落加速度，減少?zèng)_擊應(yīng)力對(duì)零部件和主要結(jié)構(gòu)的磨損，降低維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

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