直线电机在油田抽油机上的应用

张英勋

直线电机在油田抽油机上的应用

张英勋

（哈尔滨泰富电气有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

介绍了一种圆筒型永磁直线电机的结构形式、工作原理、密封方式，着重阐述了其在油田井下抽油机中的应用。

圆筒型永磁直线电机；密封；潜油电缆；常规型游梁式抽油机；直线电机驱动式抽油机

1 前言

常规型游梁式抽油机具有结构简单、使用可靠、操作维护方便等优点，在油田采油中得到广泛的应用;同时它还具有体积大、消耗钢材多、人工调整平衡工作量大、存在抽油杆偏磨断裂现象、能耗过高等先天缺陷。

通过分析现有常规型游梁式抽油机经济寿命和运行现状可知，更新改造抽油机还有较大的空间和潜力，因此，顺应抽油机节能改造发展趋势，适时抓住有利时机，对老化严重的抽油机进行更新换代显得尤为必要。

针对以上情况，研制与开发应用于油井地下抽油的直线电机将解决以上的缺陷。

2 产品结构及工作原理

直线电机驱动抽油机是由井下部分（直线电机、潜油电缆）和井上部分（控制系统）两部分构成。

2.1井下部分

（1）直线电机是本产品的核心技术，设计上可采用圆筒型永磁直线电机。

直线电机是一种能将电信号直接转换成为直线位移的电机。由于它无需转换机构即可直接获得直线运动，没有传动机械的磨损，所以传递效率高，且噪音低、结构简单、操作维护方便。

圆筒型永磁直线电机又称管型永磁直线电机，它的推进原理是：当初级（定子）线圈接通电流后，产生行波磁场，与次级（动子）本身的磁场作用，产生电磁力，使初级和次级间产生相对直线运动。

以下是从旋转电机到圆筒型直线电机的演化过程。图 1是旋转电机；定子与转子展开后，即为图 2扁平型直线电机；将扁平型直线电机沿着和直线运动相垂直的方向卷成筒型，就成为了图3的圆筒型直线电机。

图1 旋转电机

图2 扁平型直线电机

图3 圆筒型直线电机

图4 井下用直线电机驱动抽油机结构

在油井下工作的直线电机，其初级内部绕组不能渗入水、油等杂物，因此初级的密封性能是产品的关键点。

设计上可采用封闭初级内孔和外表面方案来使绕组与外部隔绝。内孔封闭是将初级铁心加工出防水槽，采用油田专用密封圈密封防水槽。外表面封闭是将初级套整体机壳焊接密封。

（2）潜油电缆是连接井上控制系统与井下直线电机的重要部件，它是将控制系统电能输送给井下直线电机的一种特殊密封式电缆。由于井下空间限制，设计可采用油田专用潜油扁电缆，它具有良好的机械强度、抗腐蚀性、密封性、耐温耐压性等优点。

2.2井上部分

井上部分即控制系统，可采用开环矢量控制方案。它的特点是运行参数调节控制简捷，制动及故障保护安全可靠，可实现冲程与换向控制、冲次控制、运行状态控制、制动与故障保护控制功能。调试时，采用变频形式进行调速，在最大排量内任意调节冲次控制产液量。

工作原理：将直线电机初级（定子）固定在抽油泵筒上，次级（动子）直接与抽油泵活塞连接，同油管一起下入到油井套管油层中，地面电源通过电控柜和专用潜油电缆将电能输送给井下直线电机，通过直线电机将电能转化为机械能，直线电机推动抽油泵柱塞往复运动，将油液推向地表进入输油管道流入储油罐中，完成抽油过程。井下用直线电机驱动抽油机结构见图 4所示。

3 技术优势

本产品方案的技术核心是当今电工领域的高新技术——直线电动机，由它直接驱动抽油泵往复抽油，具体优点如下：

（1）节约能源。直线电机主要是次级（动子）在初级（定子）内作直线运动，结构简单，系统效率相对传统系统高，因此节能；由于没有长的抽油杆、齿轮减速和游梁等，系统效率大大增强，节省了大量能源。

（2）可靠性高。由于没有长的抽油杆，也就没有了偏磨问题，由于偏磨而导致的严重后果也随之消失，使系统的可靠性大大增强。

（3）耗材少占地面积小。本产品地面庞杂的机械装置部分完全被取消，只有井口（采油树）、控制柜，占地5m2左右。

（4）系统简单。系统主要模块将直线电机与潜油泵组装成一体，协调性很好。采用变频器控制，可在线调节参数，简单明晰，容易操作。

（5）冷却方式先进。通过井下油液循环冷却，使电机上下往复运行时产生热量，会对套管周围油液加热、稀释，辅助提高采液环境，解决卡泵等问题。

（6）维护成本低。产品潜入井下，地面没有机械设备维修，只需要对电控柜进行维护和保养。

（7）环保。由于电机在地下，地面部分无噪音；在海上采油时由于没有外漏，不会造成原油对海洋的污染。

（8）应用范围广。本产品可广泛应用于斜井、水平井、潜海油井等领域。

4 结束语

节能减排是我国的一项基本国策，也是打造绿色油田的现实需要。

新型高效直线电机驱动抽油机取代常规型游梁式抽油机，将成为二十一世纪油田举升设备的革命性产品，既大大降低了采油成本，又顺应了国家的节能政策。

（编辑：王立新）

Application of linear motor on pumping unit of oil feld

（Harbin Tech.full Electric Co.,Ltd.,Harbin 150060, China）

This article introduced the structure, working principle, sealing type of tubular permanent magnet linear motor, and emphasized on discussing its application on downhole oil-pumping machine.

tubular permanent magnet linear motor; sealing; oil submersible cable; conventional beam pumping unit; linear motor drive type oil pumping machine

TM359.4

B

1672-4852（2015）01-0049-02

2015-02-05.

张英勋（1979-），男， 工程师，项目负责人.