游梁式抽油机用直驱式永磁复合电动机技术与现场应用

曾文渊 （大庆油田第三采油厂第二油矿采油一队，黑龙江 大庆 163000）

现阶段，我国油田作业中所使用的抽油机设备，大多数还是传统的游梁式抽油机类型。鉴于生产设备存在的广泛性，完全替换需要大量的成本，而通过改造的方式可以实现功能，并具有一定的经济性。

传统的游梁式抽油机采用的是旋转电机作为驱动动力的来源，电机有两种类型，即异步电动机或同步电动机，其原理是经多级减速箱并经连杆和游梁做往复运动。

传统游梁式抽油机结构复杂、效率很低，电动机驱动需要经多级减速箱和连杆机构输出，整体的系统效率为30%左右；同时，这种抽油机一旦发生损坏，它的维修工作很困难，在使用中能源的消耗量很大，已经无法满足现代化油井作业的需求。

同时，研究证明，决定电机体积大小的主要因素是转矩而不是功率，传统的游梁式抽油机在设计上存在明显的缺陷，转矩不足是最大的问题。常见的永磁同步电动机的转矩密度通常是20-50knm/m3，高转矩密度通常需要特殊的冷却措施。直接使用永磁同步电动机代替感应电动机、带轮、齿轮箱驱动束抽运梁抽油机，电机的体积将超过相同的扭矩规格的机械减速机齿轮箱。

1 直驱式永磁复合电动机的特点

直驱式永磁复合电机结构充分利用空间的两端的外转子式结构，两个阀瓣的形状定子和外转子电动机的定子结构固定在一起，两个阀瓣形状的电动机转子和转子筒的外转子式结构向外，形成一个三维封闭的空间同样体积的复式结构，还不到的外转子电动机的类型结构和阀瓣结构可以产生更大的扭矩。

直驱式永磁复合电动机的优点包括：

1.1 高转矩密度，体积约为同规格的永磁同步电动机的2/3一1/2。

1.2 不需要任何降温措施，发热小，效率高，节能效果显著。

1.3 没有减速齿轮障碍，无需润滑，具有过载打滑功能，平均使用成本低。

1.4 功率因数高，和是相等的，永磁同步电机。

1.5 无位置传感器控制器驱动，实现了高速电机控制和低速高扭矩输出。

目前，国内油田作业中采用的设备型号通常为CYJ8-3-37H和CYJ10-3-37HB两类抽油机，其驱动系统由感应电动机加减速器组成。采用Y-225M-6型感应电动机，主要技术参数是:额定功率30KW，额定转速980r/min，额定转矩292Nm，额定效率85%-90%，功率的因数不大于0.8；减速器采用的是JLH850-37型，主要技术参数是为：额定转矩3000Nm，减速比31.4，中心高560毫米，额定效率90%-95%，皮带轮效率90%-95%。

2 直驱式永磁复合电动机与常规举升设备对比

直驱式永磁复合电动机改造的抽油机使用溶液范围一般小于60t/d，其结构性能为永磁复合发动机和变频器替换减速箱，内部具有电动机控制箱，采用直驱式永磁复合电动机进行驱动，曲柄平衡，在保养方面十分简单，无需更换皮带和减速箱润滑油，故障率很低。

以下通过三类常规性抽油机设备与直驱式永磁复合电动抽油机设备进行对比，尝试分析出其在各方面的细节的优势。

2.1 与下偏杠铃抽油机的对比

相比之下，下偏杠铃的使用溶液范围比较宽，一般在40-100t/d，性能结构主要表现在游梁尾部加下偏杠铃，改变力矩，减速方式主要利用的是减速箱与皮带相结合的方式，平衡单靠曲柄无法完成，需要尾部杠铃复合平衡。使用过程中比较容易出现故障，维护的方面很多。

2.2 复式永磁电动机抽油机

复式永磁电动机抽油机不存在游梁结构，使用的溶液范围很广，0-140t/d之间均可实现。同时在易损件方面性能良好，但需要专业的人员进行维护，企业的维护成本开支很大。

2.3 塔架式数控抽油机

塔架式速控抽油机和复式永磁电动机抽油机有很多想死的地方，在使用溶液范围和结构性能上几乎是一致的，但是在驱动方式上，依然采用的是永磁同步电动机，通过减速箱和链轮进行减速。维护方面需要专业的人员，但较为便捷的是，可维护的范围很小，使用企业可以根据需要进行培训。

3 结语

综合分析可知，直驱式永磁复合电动机的主要优点有两个。首先，直驱式永磁复合电动机可以降低抽油机井能耗。与常规游梁式抽油机相比，复式永磁电动机抽油机有显著的节电效果，用电量不足传统抽油机的五分之一；并且大幅度地提高了系统效率，降低了单位产油耗电量，是降低单井能耗的有效方法。其次，操作简单、运转稳定。由于直驱式永磁复合电动机的参数调整非常方便，在冲程、冲速方面均可通过变频柜控制，从而降低了整机的的成本，降低了故障率。

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