塔架式数控抽油机的应用效果评价

李薇（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

以往应用的抽油机动力设备都是旋转电动机，必须经过复杂的能量转换和传递才能变成直线往复运动，这样就不可避免地存在系统转换效率低、稳定性差的问题。新型电动机抽油机将电能直接转换为直线往复运动，简化了机械传动过程，有效地提高了效率；特别是它运用了数字控制技术、永磁同步电动机技术，与本机的组合传动系统集合，完成了机电一体化整机设计，是一种有发展前途的抽油机[1]。2011年，采油三厂第一油矿安装了塔架式数控抽油机，截至目前，抽油机运转正常，节能效果显著。

1 几种节能抽油机应用效果

1.1 复式永磁电动机抽油机

2008年9月，一矿208队北2-4-P58井上安装了复式永磁电动机抽油机，试验后现场冲程6.6m，冲速2.5min-1，泵径Φ70mm，日产液68 t，日产油3.6 t，泵效69%，动液面643.4m，因把75 kW的大电动机换成22 kW的小电动机，上下电流分别为32/34 A。与安装前抽油机相比电流分别下降12/9 A，功率利用率提高了18.11%，系统效率提高了19%,有功功率下降5.6 kW，单井日节电129.6 kWh，年节电4.730 4×104kWh（表1）。

1.2 游梁直拖式抽油机

2008年10月24日，在一矿306队北3-6-P68井上安装了游梁直拖式抽油机，10月30日投产运行，其间对该抽油机的运行参数进行了多次调整。正常运行时冲程2.5m，冲速2.1min-1，泵径Φ57 mm，平均日产液48.4 t，日产油3.19 t，泵效148%，动液面455.8m，30 kW的电动机换成15 kW的小电动机，上下电流分别下降38/28 A，电流下降幅度很大。与安装前相比抽油机系统效率提高了30%，有功功率下降3.82 kW，单井日节电91.68 kWh，年累计节电3.35×104kWh（表2）。

该抽油机地面设备自运行到目前进行了多次维修，生产运行很不平稳，运行到2008年11月28日，杆断关井。2008年12月17日小修捞杆，现场鉴定为第114根抽油杆本体断。作业启抽只运行了一天就因电动机故障停机，到2009年1月2日电动机修好启抽，由于使用5min-1冲速的抽油机无法正常运转，经多次维修后启抽；又于2009年5月29日因泵漏进行了作业检泵，启抽后还是经常过载停机，不能正常上调参，而且井口震动噪音很大。

游梁直拖式抽油机在一年的试验中现场参数调试运行趋于合理的时候很少，到了试验后期（2009年3月以后），因参数不能上调，沉没度在600～700m之间，泵效在30%左右，功图震动载荷很大，见图1、图2。

表1 复式永磁电动机抽油机应用效果对比

表2 游梁直拖式抽油机应用效果对比

表3 能间歇提捞抽油机应用效果对比

图1 北2-4-P58井功图

图2 北3-6-P68井功图

从功图上看，北2-4-P58井功图很正常，北3-6-P68井的功图出现异常，在运行时载荷出现锯齿状增载、卸载都比较快，现场观察抽油机在运行时驴头有间歇性的停顿现象。一出现这种现象时抽油机就会自动停机，而且该井冲速不能超过4min-1，否则驴头运行就会受阻，间歇性停顿时有发生。平均每3天停机一次，厂家技术人员多次处理，没有效果。现场多次观察发现，主要原因是该抽油机在运行到上下死点转换时无缓冲，使井下抽油杆的弹性伸缩得不到释放，严重地伤害了井下泵和抽油杆。另外，该井无刹车装置，出现问题无法处理，目前该机已经更换为其他机型的抽油机。

1.3 智能间歇提捞抽油机

2010年6月，一矿北3-丁4-70和北3-丁5-52井上安装了智能间歇提捞式抽油机，试验后日产液13.5 t，日产油0.69 t，含水94.8%，动液面583.45 m，电流23 A。平均每1.5 h完成一次抽吸，每日举升次数14～15次。与安装前相比抽油机电流分别下降25 A，单井日节电53.9 kWh，年节电1.967 35×104kWh）（表3）。

2 塔架式数控抽油机

塔架式数控抽油机由塔架部分、传动部分、基础部分及井下抽油部件组成，其中传动部分包含电动机、传动系统、平衡机构、控制柜、无线操作器。采用的数控组合拖动系统在扭矩和减速功能之间找到了最合理的技术结合点，在整机系统升级与产品成本控制之间找到了经济上的平衡点。

表4 塔架式抽油机与其他抽油机能耗对比

塔架式数控抽油机SK-Oil智能型抽油机控制系统，通过预置数码编程，驱动专为本机设计的永磁同步电动机做正反向变频调速运动，带动本机独创的组合传动系统递次完成第一、二级减速，拉动联接于平衡系统上的抽油杆做换向往复运动，实现直线式对称平衡抽油；同时检测（保护）系统启动，保证整机稳定、安全地完成抽油作业。

塔架机“组合传动系统”完成分级减速，整机平衡度达90%以上，系统运行保持势能与动能间的动态守恒，能耗极低。

将永磁同步电动机驱动技术引入油田抽油设备动力系统，采用全新设计集合的数据模块，实现了对油井口负载和平衡配重的有效控制，负载与速度间的有效调节，以及冲程冲速的终端按键遥控无级调节、精度调参，自动间歇抽油。

塔架式数控抽油机的另一个特点则是其独有的结构特性及机电一体化整体设计，可满足不同地质、不同条件下的油井开采需求，包括高原高寒地区、沼泽沙漠地带及浅滩近海区位等，尤其适用于低渗透型油井、深井及稠油油藏的开采作业需求。

塔架式数控抽油机的参数：

◇最大下入深度：949.8m；

◇抽油泵泵径：Φ70mm；

◇塔架式数控抽油机冲程：7m；

◇电动机功率：22.5 kW。

3 现场应用效果

2011年11月，一矿305队投产并安装了5台塔架式数控抽油机，其型号为CYJSKZ14-7.5-82B,22.5kW电动机,使用变频控制柜。截至目前，5台抽油机设备使用状况良好、运转正常,没有出现故障耽误生产,能满足生产中的需要。

3.1 长冲程、慢冲速,适合油田生产需要

塔架式数控抽油机最大冲程为7m，最小冲速为0.5min-1，冲程、冲速可以无级调节,挑战了常规抽油机最大冲程和最小冲速的极限。生产中,可以通过控制上下冲程频率实现上冲程较快减少漏失量,下冲程较慢可以增加泵的充满程度,这5口井的平均泵效是游梁式抽油机的1.1倍。另外，塔架式数控抽油机换向时加速度小,减小了光杆蛇形弯曲及弹性变形,长冲程、低冲速减轻了杆管偏磨,延长了杆、管使用寿命。

3.2 机械传动效率高,节能效果显著

塔架式数控抽油机，用齿轮滑轮传动代替了传统的四连杆机构传动，其结构简单，机械效率达90%以上。塔架式数控抽油机通过钢丝绳一端与悬绳器、光杆连接，另一端与配重箱连接，构成了一个平衡结构。将光杆下行时的势能储存起来，在光杆上行时释放出来，平衡可以精调到95%以上，无功损耗大幅降低；加之该机的电控部分采用了变频技术，电动机在运行过程中,其电压是随井下载荷变化而变化，从而也降低了电动机的功率消耗。该5口井平均单井日耗电119.5 kWh，较游梁式抽油机平均每口井日节电212.3kWh。

3.3 生产维护工作量小,劳动强度降低

作业时抽油机不用整机移动，人工即可完成导向轮的移位。抽油机配重可自行卸载，无需其他起重设备。生产过程中，塔架式数控抽油机可根据油井工况，随时对调冲程、冲速、防冲距、碰泵等工作进行调整，这些工作通过无线操作即可完成,方便快捷，省时省力。平衡率调整方便，该设备的平衡率调整通过调整配重箱内配重实现，可以手动降配重箱至最低点，打开配重箱门后通过增加或减少石英砂或铁块来实现。该机出现故障时，其变频控制柜内终端显示器可以直接显示、存储故障停机时间和直接原因，故障判断与排除比较方便。塔架式抽油机的制动系统采用电磁式电制动技术。当按“停止”按钮或电路突然断电时，该机制动系统的控制电路失磁，制动器动作，实现抽油机平稳可靠刹车；当油井杆负荷突然增大时，该机可以实行自动保护停机。

3.4 塔架式数控抽油机经济效益评价

塔架式数控抽油机投产后，平均单井日产液41.5 t，日产油1.66 t，含水96%，动液面421.1m，电流37/34 A，平均泵效53.8%，系统效率44.33%。数控抽油机与其他节能抽油机相比，其机械传动效率高，节能效果显著，平均单井年节电达7.75×104kWh，节约电费约4.45万元，5口井合计节约电费22.3万元（表4）。

4 结论

1）同传统抽油机相比，塔架式数控抽油机具有节能降耗、提高系统效率的优势。

2）塔架式数控抽油机由于改变了传统的举升方式，达到合理地匹配抽汲参数，节电38%～42%以上，满足生产需要。

3）塔架式数控抽油机挑战了常规抽油机最大冲程和最小冲速的极限,使用遥控器进行参数调节,参数调整方便,改善了供排关系。

4）塔架式数控抽油机的机架高，小队工人维修电动机困难，系统效率不容易测试，有风险。

[1]姜民政,王建萍.直线电动机驱动抽油机的研究[J].石油矿场机械,2006(1):46-52.