直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)在油田中的應(yīng)用

羅艷玲（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

目前，油田主要舉升工藝仍以游梁式抽油機(jī)為主。抽油機(jī)舉升工藝無論是否采用游梁設(shè)計(jì)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，因此，必須通過多環(huán)節(jié)的動(dòng)力傳遞才能實(shí)現(xiàn)井下泵的往復(fù)舉升。由此導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率配置增大，同樣在此過程中，能量與效率損失大，系統(tǒng)效率與系統(tǒng)能耗損失嚴(yán)重。喇嘛甸油田應(yīng)用直線電動(dòng)機(jī)，通過直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了各環(huán)節(jié)傳遞的系統(tǒng)效率。

1 基本工作理論分析

1.1 直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)由機(jī)架、行走機(jī)構(gòu)、直線電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩、導(dǎo)輪、平衡重物及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等七部分組成。

直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)為塔架式結(jié)構(gòu)，采用圓筒型三相永磁同步直線電動(dòng)機(jī)，次級(jí)(定子)、初級(jí)（動(dòng)子）上端通過鋼絲繩滑輪組及懸繩器直接拖動(dòng)抽油桿、抽油泵柱塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來完成井下采油工作。平衡重裝在初級(jí)上，一起隨電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直線電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、換向調(diào)速、停止、制動(dòng)等均由自動(dòng)控制箱中電腦自動(dòng)控制。

1.2 直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的工作原理

直線電動(dòng)機(jī)是基于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)演變而來。將旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)沿電動(dòng)機(jī)軸徑向展開，因此，產(chǎn)生的磁場(chǎng)由圓周形變?yōu)槠矫媲抑本€形。相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子和定子成為初級(jí)與次級(jí)。

直線電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)抽油機(jī)，主要?jiǎng)恿υO(shè)備采用永磁同步直線電動(dòng)機(jī)，鋼絲繩上端連接到直線電動(dòng)機(jī)動(dòng)子上，通過滑輪及懸繩器直接拖動(dòng)抽油桿，抽油泵柱塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來完成井下抽油泵的往復(fù)工作[1,2]。

在上沖程時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子在電磁力的作用下，通過架在滾輪上的鋼絲繩以及懸繩器帶動(dòng)光桿與抽油桿達(dá)到上沖程的上死點(diǎn)。在此過程中，平衡重物與電動(dòng)機(jī)一起對(duì)抽油桿柱和液柱做功。而在下沖程時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)和抽油桿一起對(duì)平衡重物做功，使能量以位能的形式存儲(chǔ)起來，在上沖程時(shí)釋放。

1.3 直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的特點(diǎn)

1.3.1 主要技術(shù)參數(shù)

◇最大懸點(diǎn)載荷：10～18kN；

◇沖程：1～10m；

◇沖速：3～10min-1；

◇圓筒型三項(xiàng)永磁同步直線電動(dòng)機(jī)：

◇直線電動(dòng)機(jī)額定推力：22～50kN；

◇直線電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度：0.3～12m/s。

1.3.2 直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)與傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：

◇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)采用塔架式結(jié)構(gòu)，沒有傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)具有的減速器和四連桿機(jī)構(gòu)，因此，實(shí)際操作與運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)。

◇效率高：由于直線電動(dòng)機(jī)具有很高的過載能力，因此無需“大馬拉小車”，電動(dòng)機(jī)效率明顯提升；同時(shí)通過往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，減少了系統(tǒng)傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此減少了傳動(dòng)過程中的效率損失。

◇柔性好：直線電動(dòng)機(jī)在每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中勻速運(yùn)動(dòng)可達(dá)到90%以上，整個(gè)過程中運(yùn)動(dòng)速度變化小，加速度小，所以運(yùn)動(dòng)中沒有極大、極小值出現(xiàn)。因此，載荷變化平穩(wěn)，振動(dòng)載荷小。

◇長(zhǎng)沖程、低沖速采用模塊化方案設(shè)計(jì)直線電動(dòng)機(jī)，可以通過改變定子長(zhǎng)度的方法來調(diào)整最大沖程，通過對(duì)運(yùn)行速度的控制來調(diào)節(jié)沖速。

2 直線電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的功率設(shè)計(jì)與對(duì)比

對(duì)于常規(guī)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)來說，電動(dòng)機(jī)級(jí)別的選擇主要依據(jù)：必須滿足拖動(dòng)負(fù)載所需的扭矩（一般折算為電動(dòng)機(jī)功率），計(jì)算方法如下：

式中：

M——旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的扭矩，N·m；

P——電動(dòng)機(jī)功率，kW；

n——電動(dòng)機(jī)的銘牌轉(zhuǎn)速，min-1。

例如：對(duì)于常規(guī)Y280S-837kW的電動(dòng)機(jī)而言，其輸出扭矩最大為：

利用扭矩折算電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法如下：

式中：

ηm——從電動(dòng)機(jī)到曲柄軸的傳動(dòng)效率，取0.8～0.85；

ω——曲柄軸的角速度。

對(duì)于直線電動(dòng)機(jī)，其設(shè)計(jì)選擇的依據(jù)是要滿足拖動(dòng)負(fù)載所需的推力（同樣將其折算成電動(dòng)機(jī)功率）。

式中：

m1——相數(shù)；

KP、KQ——橫向邊緣效應(yīng)復(fù)電磁功率系數(shù)；

DFa、DFj——縱向邊緣效應(yīng)電磁力系數(shù)；

其實(shí)，罪魁禍?zhǔn)资浅撩?，不是網(wǎng)游。沉迷便是興趣過于濃厚，超出了自控力。未成年人自控力不強(qiáng)，容易陷于網(wǎng)游不能自拔，乃至走火入魔釀成悲劇。即使是成年人，如果陷于沉迷，后果同樣不堪設(shè)想。

S——滑差率；

G——品質(zhì)因數(shù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

以喇嘛甸油田4-3429井為例，通過前后測(cè)試對(duì)比，產(chǎn)液增加13t/d，液面下降61m，按百米噸液耗電計(jì)算有功節(jié)電率達(dá)到34.94%，見到了較好的效果，見表1。

表1 4-3429井直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

在相同工作狀況下，分別測(cè)試4-3429游梁式抽油機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的示功圖載荷，測(cè)試可知，游梁式抽油機(jī)的最大載荷與最小載荷差值為16.74kN，直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)為13.41kN，降低19.89%。示功圖面積減小，交變載荷降低，能耗則大幅降低，見表2。

表2 4-3429井直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)載荷與能耗對(duì)比

4 結(jié)論

[1]陳憲侃,陳萬薇,孫建華.游梁式抽油機(jī)與直線電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)[J].石油鉆采工藝,2003,25(1).

[2]姜民政,王建萍.直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006(1)．