塔架式數(shù)控抽油機(jī)應(yīng)用效果評價

于德水（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

抽油機(jī)作為目前主要的機(jī)械采油設(shè)備，為油田的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，但由于游梁式抽油機(jī)必須通過減速和傳動機(jī)構(gòu)才能實現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運動，因此傳動效率較低，從而制約油井系統(tǒng)效率的提高。塔架式數(shù)控抽油機(jī)采用了復(fù)式永磁電動機(jī)作為動力源，在整體結(jié)構(gòu)上取消了普通游梁抽油機(jī)的所有機(jī)械傳動部分，采用電動機(jī)直接驅(qū)動的方式，并在智能變頻控制器的控制下實現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運動，是一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗較低的油田新型抽油設(shè)備，對油田節(jié)能降耗具有重要意義。

1 工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)原理

塔架式數(shù)控抽油機(jī)主要由復(fù)式永磁電動機(jī)、機(jī)架和變頻控制裝置三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該抽油機(jī)取消了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的所有機(jī)械傳動裝置，并把復(fù)式永磁電動機(jī)安裝在塔頂?shù)钠脚_上，由智能化的變頻柜控制它直接拖動抽油桿上下往復(fù)運動。

該抽油機(jī)的核心部件是復(fù)式永磁電動機(jī)，電動機(jī)兩端的皮帶輪通過皮帶連接著抽油桿和配重箱。當(dāng)電動機(jī)受智能化變頻柜控制做往復(fù)轉(zhuǎn)動時，抽油桿和配重箱則會做方向相反的上下往復(fù)直線運動，即完成了抽油桿的抽油動作。

1.2 節(jié)能原理

電動機(jī)節(jié)能：復(fù)式永磁電動機(jī)功率因數(shù)高，無功功率小；力矩常數(shù)大，同型號抽油機(jī)的適配功率小，電能浪費小；電動機(jī)轉(zhuǎn)速低，最大只有25r/min，電動機(jī)的銅鐵損幾乎為零，其效率較高。

結(jié)構(gòu)節(jié)能：復(fù)式永磁電動機(jī)轉(zhuǎn)速低、扭矩大，不需要減速機(jī)械，免去了減速裝置的能量消耗；采用電動機(jī)直接傳動方式，傳動效率提高30%，與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比，減少了傳動部分的能量損耗。

降容節(jié)能：電動機(jī)啟動電流小，為變頻柔性啟動，變壓器的裝機(jī)容量可以和電動機(jī)功率相等容量配置，可以降低配套變壓器的裝機(jī)容量，減小變壓器的自身損耗，進(jìn)而降低輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗。如普通的14型游梁式抽油機(jī)，單井適配電動機(jī)的功率為75kW，變壓器要適配100～120kVA，而相應(yīng)的復(fù)試永磁電動機(jī)抽油機(jī)電動機(jī)功率為20kW，適配變壓器容量只需20kVA。

2 技術(shù)特點

塔架式數(shù)控抽油機(jī)屬于“長沖程、低沖速”機(jī)電一體化抽油機(jī)，結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)和直線抽油方式，可解決常規(guī)游梁式抽油機(jī)能耗高、機(jī)械效率低、調(diào)參困難的問題，具有多方面的技術(shù)優(yōu)點。

2.1 自控程度高

變頻器對過流、過壓、超載、短路、失速等狀況具有完善的保護(hù)功能。當(dāng)油井桿柱負(fù)荷突然增大、超過設(shè)置值（實測最大懸點載荷的1.5倍）時，該機(jī)可以自動保護(hù)停機(jī)并報警。

表1 喇12-22井試驗前后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對比

表2 喇12-22井復(fù)式永磁電動機(jī)安裝前后節(jié)能效果對比

塔架機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置了抽油機(jī)順延自啟功能，一旦油井大面積停機(jī)，開始送電后，成片的塔架機(jī)可一個接一個地順延啟機(jī)，避免了一送電抽油機(jī)全部自啟給電網(wǎng)帶來的沖擊。

2.2 低產(chǎn)液量適用范圍廣，泵效高

塔架機(jī)可以任意調(diào)低沖程、沖速，因此在油井出現(xiàn)產(chǎn)量下降時具有很好的適應(yīng)性。

塔架機(jī)運行時沖速低、速度慢，平衡重始終拉伸抽油桿可減小桿柱伸縮，因此抽油桿震動小、沖程損失小，泵充滿程度高，使泵效得到了提高。

2.3 可延長檢泵周期，維護(hù)保養(yǎng)簡便

塔架機(jī)運行時具有長沖程、低沖速的特點，與聚驅(qū)抽油機(jī)井防偏磨措施相一致；同時，能減小交變載荷、慣性載荷，可大幅度降低桿、管和脫接器等部件的損壞概率。

塔架機(jī)保養(yǎng)點少，只有電動機(jī)、皮帶、鋼絲繩等幾個保養(yǎng)點；保養(yǎng)頻率低，一年2次。啟、停機(jī)，調(diào)參以及碰泵等操作均可在遙控器上完成，操作簡便。

2.4 安全性高

制動系統(tǒng)采用的是電磁制動技術(shù)，當(dāng)電路突然斷電時，控制電路失磁，制動器動作，實現(xiàn)剎車目的。

活動的配重在塔架內(nèi)上下移動，且下面有1.5 m高的鋼網(wǎng)護(hù)欄，可以防止人或大牲畜受到傷害，具有很好的安全保障。

3 現(xiàn)場試驗效果

2008年8月28日，在喇12-22井上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，試驗后運行平穩(wěn)，截至目前免修期已達(dá)1789天。該井原為游梁式抽油機(jī)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

塔架式數(shù)控抽油機(jī)試驗5年以來，運行平穩(wěn)，從目前測試數(shù)據(jù)看節(jié)能效果明顯。試驗初期，有功節(jié)電率35.2%，綜合節(jié)電率40.91%，系統(tǒng)效率提高19.67個百分點；目前，有功節(jié)電率3.38%，綜合節(jié)電率22.32%，系統(tǒng)效率提高18.57個百分點，具有較好的節(jié)能效果（表2）。

4 管理維護(hù)與保養(yǎng)

4.1 運轉(zhuǎn)調(diào)試

運轉(zhuǎn)前的檢查包括：

◇所有連接件是否擰緊；

◇剎車是否靈活，剎瓦與剎車輪的間隙是否合適；

◇電氣設(shè)備安裝是否符合技術(shù)安全要求，電氣線路是否符合電器設(shè)備的使用技術(shù)要求；

◇啟動前各運動部件周圍不得有人和障礙物。

試運轉(zhuǎn)操作步驟如下：

◇開機(jī)前，必須細(xì)讀變頻器說明書和操作手冊；

◇合上空氣開關(guān)，按啟動按鈕；

◇在變頻器操作板上設(shè)定好各種電動機(jī)參數(shù)及工作頻率，試運行時工作頻率應(yīng)調(diào)至小于4Hz；

◇開機(jī)工作，反復(fù)調(diào)整沖程、沖速，調(diào)好后連續(xù)運轉(zhuǎn)1h。

在試運行過程中進(jìn)行下列檢查：

◇上下運行時兩邊的懸繩器有無明顯震動；

◇位于變頻柜內(nèi)的泄放電阻是否過熱；

◇剎車系統(tǒng)是否靈活有效，安全平穩(wěn)。

抽油機(jī)投入正常使用后，應(yīng)定期按“維修與保養(yǎng)”規(guī)程進(jìn)行檢修保養(yǎng)。

4.2 管理維護(hù)

抽油機(jī)工作一段時間后，井下工況將發(fā)生變化，因此沖速、沖程要做相應(yīng)的調(diào)整。

井下工況變化將引起平衡狀態(tài)變化，檢查變頻柜內(nèi)泄放電阻的溫度，過熱時，應(yīng)用電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運行測試儀測量上、下行程時的平均電流，不平衡時調(diào)整平衡塊的質(zhì)量，重新達(dá)到平衡。

良好的潤滑是延長抽油機(jī)使用壽命的重要環(huán)節(jié)。電動機(jī)軸承3年內(nèi)不必潤滑，3年后潤滑方式和導(dǎo)輪軸承的潤滑相同：夏季加注ZL-3鋰基潤滑脂；冬季加注ZL-2鋰基潤滑脂。更換潤滑油的時間一般為12個月左右。

新安裝的抽油機(jī)在1個月內(nèi)，應(yīng)對緊固件擰緊作業(yè)。

正常運轉(zhuǎn)的抽油機(jī)應(yīng)進(jìn)行如下的維護(hù)與保養(yǎng)：

1）檢查抽油機(jī)在基礎(chǔ)上的緊固情況，確保抽油機(jī)在基礎(chǔ)上沒有移動，基礎(chǔ)與地面沒有移動、跳動。

2）保持基礎(chǔ)周圍的流水坡度和排水溝暢通。

3）定期檢查懸點載荷和平衡效應(yīng)，確保抽油機(jī)不超載并在最佳平衡條件下工作。

4）定期加注潤滑油（脂）或更換新潤滑油（脂）。

5）檢查剎車片磨損情況，并進(jìn)行調(diào)整，定期潤滑剎車系統(tǒng)的所有關(guān)節(jié)。

6）檢查并擰緊各聯(lián)接件，如：光桿卡瓦螺栓等。

7）檢查電器設(shè)備是否可靠。

8）檢查整機(jī)運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

4.3 定期保養(yǎng)

一般6個月進(jìn)行一次全面保養(yǎng)，工作條件良好時允許12個月左右保養(yǎng)一次。

保養(yǎng)內(nèi)容包括：

1）電動機(jī)保養(yǎng)：電動機(jī)3年內(nèi)無需保養(yǎng)，若發(fā)現(xiàn)變頻器工作異?；虬l(fā)生過長時間過壓、過流、缺相時應(yīng)卸下電動機(jī)側(cè)面的觀察孔，用紅外測溫儀觀察線色、鐵芯溫度。溫升大于50℃時，對電動機(jī)要全面檢查，查清原因。溫升正常時，只需加注或更換潤滑脂。

2）仔細(xì)檢查抽油機(jī)各轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，如剎車系統(tǒng)、導(dǎo)輪軸等，加注或更換潤滑油，更換新緊固件和擰緊螺母。

3）重新調(diào)整剎車機(jī)構(gòu)，更換或修理剎車片、曲柄銷、鏈套等易損件。

維護(hù)人員應(yīng)掌握和嚴(yán)格執(zhí)行抽油機(jī)維護(hù)保養(yǎng)制度；如發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)有故障，應(yīng)立即停機(jī)檢查和修理；隨時注意各緊固件的緊固情況；完整記錄并保存抽油機(jī)的使用、維護(hù)和保養(yǎng)情況。

5 安全規(guī)則

為確保抽油機(jī)正常運轉(zhuǎn)和人身安全，用戶必須嚴(yán)格遵守下列規(guī)則：

1）安裝在城市、鄉(xiāng)村、牧場附近的抽油機(jī)，請用戶安裝護(hù)欄。

2）嚴(yán)禁在抽油機(jī)運轉(zhuǎn)時或未停穩(wěn)時進(jìn)行潤滑、檢查、加油或調(diào)整配重及皮帶。

3）使用剎車時應(yīng)先按停電動機(jī)，再緩慢剎車，切勿急剎。

4）停機(jī)檢修或修井作業(yè)時，必須將剎車剎牢以確保安全。

5）啟動電動機(jī)時先將剎車松開，然后才能啟動電動機(jī)。

6）懸繩器與光桿分開時，應(yīng)先將光桿用卡具牢牢固定在井口上。

7）維修保養(yǎng)時應(yīng)配備滅火工具。

6 結(jié)論與認(rèn)識

1）塔架式數(shù)控抽油機(jī)從改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和電動機(jī)結(jié)構(gòu)入手，不但使電動機(jī)節(jié)能運行，也使抽油機(jī)本身的工作方式具有節(jié)能特性，從而使抽油系統(tǒng)達(dá)到結(jié)構(gòu)最簡化、效率最大化目的。

2）現(xiàn)場試驗表明塔架式數(shù)控抽油機(jī)與傳統(tǒng)抽油機(jī)相比具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)能效果明顯的優(yōu)點。

3）塔架式數(shù)控抽油機(jī)不但可以提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，節(jié)能節(jié)電；同時還可以降低勞動強(qiáng)度，改善工人的生產(chǎn)條件，降低油田的綜合成本。