游梁式抽油机传动技术改进

孙晓丽 张丹丹 刘洪军 曹鼎洪 侯志欣 （大庆油田有限责任公司第七采油厂）

游梁式抽油机传动技术改进

孙晓丽 张丹丹 刘洪军 曹鼎洪 侯志欣 （大庆油田有限责任公司第七采油厂）

游梁式抽油机一般采用皮带传动，针对皮带传动过程中易打滑、易磨损、机械传动效率低等问题，提出了液力耦合器传动技术、永磁半直驱驱动技术与电动机直驱驱动技术，取代或取消了皮带传动机构，降低了抽油机的运行能耗，提高了系统效率，同时为低产油井参数调整提供了技术支持。

游梁式抽油机；皮带传动；液力耦合器；直驱驱动

普通游梁式抽油机运行时，由电动机提供动力，经皮带轮、皮带与减速箱构成的减速机构与四连杆机构等，带动抽油管柱上下往复运动。常规的传动方式采用皮带传动，而皮带在运行过程中易出现以下问题：因天气等原因造成打滑、丢转、烧皮带现象，降低了抽油机机械传动效率；皮带会给减速箱施加一个单边拉力，使减速箱轴承及支撑件等出现偏磨现象，降低零部件寿命，增加检修及维护工作量；皮带本身易于磨损，需经常更换，影响油井正常生产的同时，增加了工人劳动强度与维护成本。同时，采用皮带传动机构，在设计上必须充分考虑抽油机的高负载启动问题，抽油机匹配的电动机装机功率偏大，正常运行时电动机负载下降，出现载荷过低现象，造成能耗的浪费。针对上述问题，介绍三种取代或取消皮带传动机构的抽油机传动技术，提高机械传动效率，避免因调节参数、更换皮带造成油井停产，影响产量和增加日常维护成本，实现节能降耗的目的。

1 技术组成与工作原理

1.1 液力耦合器传动技术

抽油机液力耦合器传动技术是由控制箱、底座、高启动力矩调速电动机、液力耦合器、专用传动轴及减速器等部件组成，调速电动机机轴与液力耦合器主动轴相连接（输入端），液力耦合器输出端通过专用传动轴和减速器与抽油机减速器相连[1]。

该技术通过控制箱控制调速，电动机带动液力耦合器涡轮旋转，将动力传递给传动轴，传动轴再通过减速器的变向作用将动力传递给抽油机减速箱，从而驱动抽油机四连杆机构做功，具体部件连接情况见图1。电动机在不装液力耦合器的启动过程中，由于电动机与负载直接连接，电动机的启动转矩需大于负载的启动转矩，才能使负载顺利启动，电动机加装液力耦合器后，电动机与液力耦合器泵轮相联，负载与液力耦合器的涡轮相联，通过液体介质，实现相互间的软联接[2]。电动机启动瞬间，启动转矩为零，从而使电动机空载启动。启动后，电动机逐渐提速，液力耦合器在电动机的带动下，搅动液体介质提速，到达一定转速后，液力耦合器才带着负载缓慢提速，直至一起达到额定转速，此时抽油机完成启动。

图1 抽油机液力耦合器传动技术结构

1.2 永磁半直驱驱动技术

抽油机永磁半直驱驱动技术是由抽油机半直驱同步电动机控制箱、抽油机半直驱同步电动机、连

接及支撑系统组成。永磁半直驱电动机设计采用的是低速大转矩永磁同步电动机，不存在滑差，转速平稳，不因负载加大而丢转，因电动机启动力矩大，平衡块在任何位置都可以启动、停机。永磁半直驱电动机控制箱是根据电动机的工作特点设计的一体化变频控制箱，旋钮控制转速调节，操控面板直接显示电压、电流、转速等参数。

永磁半直驱电动机直接安装在减速箱上，无皮带、齿轮等传动机构，安装情况见图2。工作时，通过控制箱控制电动机启停，在控制箱变频控制作用下，可以实现软启动。

图2 抽油机半直驱电动机安装示意图

1.3 电动机直驱驱动技术

电动机直驱驱动技术是由抽油机直驱电动机控制箱、抽油机直驱复合电动机及连接系统组成。电动机直驱驱动技术采用的是低速大转矩永磁复合电动机，优化了电磁及工艺设计，运行效率较高，电动机直接连接曲柄装置，取代原有的游梁式抽油机的减速箱、皮带传动及电动机拖动系统，提高了抽油机的系统效率；同时采用变频调速控制箱，利用变频调速方法，设计控制系统实现抽油机节能降耗[3]。

2 技术特点分析与应用

2.1 液力耦合器传动技术

液力耦合器传动技术具备如下特点：

1）可以使电动机在轻载状态下启动，负载在电动机达到峰值转矩后启动，增大了电动机的加速力矩，提高了电动机启动负载能力，保证了在降低电动机装机功率的情况下，抽油机也能顺利启动。

2）液力耦合器具有过载保护功能，当抽油机负载超过一定限度时，液力耦合器易熔塞中的易熔合金熔化，输出与输入被切断，使电动机、抽油机不受损坏，降低设备故障率。

3）取代了传统的皮带传动，从根本上避免了传统皮带打滑、丢转、烧皮带等现象，减少了停井时间，提高了抽油机系统效率，节约了原料和人工成本。

在敖南油田进行现场试验3口井，试验井平均电动机装机功率18.5 kW，与试验前相比，平均有功功率下降0.42 kW，无功功率下降8.6 kvar，功率因数为0.52，日节电 10.08 kWh，综合节电率11.38%[4]。

2.2 永磁半直驱驱动技术

永磁半直驱驱动技术具备如下特点：

1）可以通过调整电动机频率来调节抽油机冲速，最低冲速可以达到0.1 min-1，根本上解决间抽油井和贫油油井参数下调困难的问题。

2）采用高效稀土永磁半直驱同步电动机，运行效率较高，低负载率时的效率明显高于异步电动机。

3）电动机直接安装在减速箱上，节省了减速装置产生的传动损耗，无需更换、调节皮带，解决了皮带运行过程中出现的一系列问题。

4）控制系统具备过载、过压、漏电等保护功能，可显示电压、电流等参数，采用按钮、旋钮控制启停、调节转速，操作简便。

通过对辽河油田试验井进行现场测试，有功节电率24.72%，无功节电率68.12%，综合节电率26.54%，测试井系统效率提高16%，取得了显著的节电效果。

2.3 电动机直驱驱动技术

电动机直驱驱动技术具备如下特点：

1）电动机直接连接曲柄装置，彻底解决了减速箱漏油、换油、维修和养护的麻烦，提高生产效率，实现了在寿命周期内，免维护运行。

2）避免了更换皮带所带来的生产成本、产量损失和安全事故。

3）采用低速大扭矩永磁复合电动机，优化了电磁及工艺设计，电动机运行安静平稳，噪音低，自然冷却条件下，直驱电动机的绕组温升不超过40 K，保证电动机长寿稳定运行，运行效率较高。

4）调节冲速时，在控制箱面板上操作十分便捷，只需调整旋钮，同时冲速在数字屏上显示。通过进行能效试验，得出有功节电率14.22%，无功节电率92.8%，综合节电率21.53%。

通过对比单井改造前后试验效果，百米吨液耗电节电率19.03%，系统效率提高2.63%。

3 结论与认识

1）液力耦合传动技术、永磁直驱驱动技术与电动机直驱驱动技术取代了传统的皮带传动，降低了抽油系统的传动损耗，同时解决了皮带运行过程中打滑、丢转与易磨损等一系列问题。

2）永磁半直驱驱动技术解决了低产井地面参数下调困难的问题，且低负载时运行效率明显高于异步电动机，更适用于间抽油井和贫油油井。

3）电动机直驱游梁式抽油机克服了传统游梁式抽油机的传动链长、系统效率低、能耗高与油井工况适配性差等缺点，同时操作系统可实现液面全程控制、远程操作、远程监控，并配备回馈单元，使过平衡产生的电能回馈电网。

[1]徐东，谭宁川，姜成华.抽油机耦合器传动系统的开发与应用[J].石油机械，2005，33（3）：34-35.

[2]岳雷，李学广，李秀英，等.改变抽油机启动方式的节能新技术[J].石油石化节能，2003，19（10）：33-34.

[3]冯治国，王立洋，唐杨.永磁同步电机直驱抽油机控制系统设计与实现[J].现代机械，2015（3）：66-68.

[4]侯志欣，冉卫东.抽油机液力耦合器传动技术应用[J].石油石化节能，2010（2）：53-55.

（编辑 巩亚清）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.008

孙晓丽，工程师，2008年毕业于西安石油大学，从事采油工程相关工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龙江省大庆市大同区第七采油厂工程技术大队，163517。

2016-05-06