节能型抽油机在萨北油田的应用与探讨

王冠珠（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

常规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，也就无法避免地存在稳定性差、系统转换效率低的问题。针对这一问题，大庆油田采油三厂第一油矿2011年先后安装2口节能型抽油机。本文主要对2口节能型抽油机现场的应用情况（节电、系统效率、运行状况、存在问题等）进行对比分析。

1 复式永磁电动机抽油机

1.1 结构特点

复式永磁电动机抽油机应用了当今世界稀土永磁同步电动机的尖端技术，选用了国内外迄今为止最先进的永磁同步电动机专用变频控制装置，甩掉了传统游梁式抽油机的减速、换向等复杂的机械系统。其结构特点是塔式结构机体，采用皮带传动，机身应用单管主柱构成，平台位于机身顶部，由角钢和钢板焊接而成。复式永磁电动机位于抽油机顶部，安装在平台上，它由两个盘面电极和一个外转子电动机组成。悬绳器是电动机和光杆的连接部件，主要由光杆卡瓦、悬绳器体和皮带组成，特殊的刹车装置为手动、自动两种形式，出现故障时不论配重和悬绳器处于任何位置，即可迅速、平稳地达到制动目的。变频柜起到了抽油机智能控制的功能，使用的变频器为功/角控制变频器，是专为永磁同步电动机设计的。

1.2 工作原理

由变压器输入三相交流电源，通过抽油机智能控制的功能转换把三相交流电源转换成相位相反的驱动电源（输出）并由变频柜给出工作参数，交替驱动复式永磁电动机做正向与反向旋转，驱动抽油杆上下往复运动，从而达到抽取原油的目的。

1.3 参数及优点

1）主要技术参数：

◇冲程：1～7m以上（在规定范围内冲程、冲速无极可调）；

◇ 冲速：1～3min-1；

◇工作时噪声低于50 dB。

2）优点：

◇长冲程，低冲速，排量大，泵效高。

◇整机结构简单，易损件少，故障少，维修较为方便，维护费用较低。

◇平衡方式为直接平衡，平衡率可达95%以上，冲程长，相对冲程损失小，节能效果好。

◇冲速低换向冲击小，皮带运转平稳，整机寿命长。

◇与普通游梁式抽油机相比，复式永磁电动机抽油机摒弃了减速箱、驴头、平衡系统等复杂的机械系统，外形更为简约美观。

◇适用于低渗透油田、深井和稠油井。

2 游梁直拖式抽油机

2.1 结构特点

游梁直拖式抽油机整体结构特点是，整个系统由机架、直线电动机、行走机构、钢丝绳（扁形）、平衡重物、导轮及驱动控制系统等几部分组成。采用圆筒型三相永磁同步直线电动机，上端通过钢丝绳滑轮组及悬绳器直接拖动抽油杆、抽油泵柱塞做往复直线运动来完成井下采油工作。平衡重物装在初级上，随电动机一起做往复运动，直线电动机的启动、换向调速、停止、制动等均由自动控制箱中电脑自动控制。

2.2 工作原理

游梁直拖式抽油机通过智能控制柜输入冲程、冲速等工作参数后，启动直线电动机，直线电动机初级（动子）在两侧次级（定子）内做往复直线运动。动子上行，静平衡上行，光杆带动钢丝绳下行，此时抽油机为下冲程，电动机和平衡系统储能；达到设定的下死点时，电动机换向，动子下行，静平衡下行，钢丝绳带动光杆上行，此时抽油机为上冲程，电动机和平衡系统释放能量；到达设定的上死点时，电动机换向，如此往复来达到对油气井正常抽汲目的。

2.3 参数及优点

1）主要技术参数：

◇最大悬点载荷：10～18 kN；

◇冲程：1～3m；

◇ 冲速：3～10min-1；

◇圆筒型三项永磁同步直线电动机[1]：直线电动机额定推力为22～50 kN；直线电动机运行速度为0.3～12m/s。

2） 优点[2]：

◇适用于长冲程；

◇扁钢丝绳寿命长；

◇适应性强，维修方便；

◇传动效率高，节能效果十分显著；

◇可自动控制，实现抽油机智能化，其冲程采用了无触点限位控制器，实现了抽汲参数无级可调；此外，还可自动控制抽空，随时监测示功图充满程度。

3 节能型抽油机现场应用

2011年9月在采油三厂一矿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2.5 min-1，泵径70mm，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32/34A。与安装前相比抽油机电流分别下降12/9A，功率利用律提高18.11%，系统效率提高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。该抽油机地面设备自运行到目前只进行了一次电动机维修，生产运行非常平稳。

2011年10月24日在该矿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，期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2.5 m，冲速2.1 min-1，泵径57 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。与抽油机相比系统效率提高了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1）。

由现场测试数据可知，两种节能型抽油机的节电效果都很明显，平均单井系统效率提高了25.5%，有功功率下降4.37 kW，装机功率下降28 kW，吨液耗电下降5.56 kWh/d，单井日节电105 kWh，年累计节电3.325× 104kWh（表1）。

存在的不足：游梁直拖式抽油机在1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，因参数不能上调，沉没度在600～700m之间，泵效在30%左右，功图振动载荷很大。

北2-4-P58井功图很正常（图1），北3-6-P68井的功图就出现异常（图2），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，并伴随出现自动停机现象。冲速如果只要超过4次该现象会更加明显，平均每3天停机一次。厂家技术人员多次处理，没有效果，经现场多次观察，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，严重伤害井下泵和抽油杆是造成试验运行中两次作业的主要原因。另外，该井无刹车装置，出现问题无法处理，建议技术改进。

表1 节能型抽油机应用效果对比

4 经济效益评价

以CYJTZ-10-3-30游梁直拖式抽油机为例，测试结果表明，有功节电率为25.16%，综合节电率30.71%，功率因数0.7以上。

4.1 有功节电

有功节电25.16%是目前主要节电指标，大庆油田3万台抽油机，如果30%更换成游梁直拖式抽油机，每年节电费可达9124万元。

4.2 变压器投入资金降低

游梁式抽油机的电动机为37 kW，配套的变压器为80 kVA，若采用直线电动机抽油机，则用30 kVA变压器，降低50 kVA容量，节约变压器投入资金0.6万元。

4.3 设备投资回收期短

10型游梁抽油机每台价格22.5万元（抽油机19.5万元，电动机及控制系统3万元）。复式永磁电动机抽油机每台价格39万元，游梁直拖式抽油机销售价26万元。直线电动机每台年节约电费10 138元（节约变压器投资6000元），合计16 138元，2年就收回成本。每台抽油机使用年限为20年，在有效的使用年限中，每台复式永磁电动机抽油机应受益157 760元，游梁直拖式抽油机应受益287 760元，平均单台节能型抽油机约受益222 760元。

5 结论

1）同传统抽油机相比，复式永磁电动机抽油机提高系统效率19%，游梁直拖式抽油机提高系统效率30%，达到了节能降耗的目的。

2）在地面设备运行管理上，复式永磁电动机抽油机便于管理，操作方便安全；游梁直拖式抽油机检泵周期短，在上下死点转换时无缓冲，还无刹车装置，严重违反生产安全操作规程，需改进后才能推广使用。

3）复式永磁电动机抽油机具有长冲程、参数易调整、运行平稳、自动控制、动载小及传动效率高等优点。

4）与传统抽油机相比，复式永磁电动机抽油机占地面积、质量等仅为前者的50%。在相同工况下，节电效果可达50%以上，且噪声低（小于50 dB），是实效的节能环保型产品。

节能型抽油机的研制成功，降低了工人的工作强度，减少了石油产出的综合成本，为营造和谐的石油系统节能环境，创造良好的经济效益和社会效益做出应有的贡献。

[1]姜民政,王建萍,郑雪锋.直线电机驱动抽油机的研究[J].石油矿场机械,2006(1):38-41.

[2]陈宪侃,陈万薇,孙建华.游梁式抽油机与直线电机抽油机[J].石油钻采工艺,2003,25(1):67-70.