游梁式抽油機用直驅(qū)式永磁復合電動機技術(shù)與現(xiàn)場應用

曹銘（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機用直驅(qū)式永磁復合電動機技術(shù)與現(xiàn)場應用

曹銘（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

傳統(tǒng)游梁式抽油機主要由普通旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動，使系統(tǒng)整體效率低，同時存在能耗大、難維修等缺陷。直驅(qū)式永磁復合電動機具有轉(zhuǎn)矩密度高、發(fā)熱小、效率高，節(jié)能效果顯著、平均使用成本低、功率因數(shù)高等特點，能夠滿足機械采油節(jié)能降耗的需要，達到降低抽油機井能耗的目的，為后期機械采油節(jié)能改造提供了技術(shù)支持。

游梁式抽油機 直驅(qū)式永磁復合電動機 節(jié)能降耗

目前廠所使用的抽油機絕大部分是傳統(tǒng)的游梁式抽油機，這種抽油機由普通旋轉(zhuǎn)電動機（異步電動機或同步電動機）驅(qū)動，經(jīng)多級減速箱并經(jīng)連桿和游梁做4～8 min-1的往復運動[1]。由于傳統(tǒng)的游梁式抽油機機械結(jié)構(gòu)復雜，電動機驅(qū)動需經(jīng)多級減速箱和連桿機構(gòu)輸出，使抽油機的效率很低，一般系統(tǒng)整體效率只有30%左右。傳統(tǒng)的游梁式抽油機能耗大、難維修，已經(jīng)不能很好地適應油井需要。

1 直驅(qū)式永磁復合電動機

直驅(qū)式永磁復合電動機結(jié)構(gòu)充分利用了外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)兩端面的空間，將兩個盤形電動機的定子與外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)的定子固定在一起，兩個盤形電動機的轉(zhuǎn)子盤與外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子筒構(gòu)成一個三維封閉的外轉(zhuǎn)在同樣的空間體積下的復式結(jié)構(gòu)，較外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)和盤形結(jié)構(gòu)的電動機能產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩（圖1）。

圖1 直驅(qū)式永磁復合電動機結(jié)構(gòu)

直驅(qū)式永磁復合電動機的優(yōu)點包括：

1）轉(zhuǎn)矩密度高，體積約為同規(guī)格的永磁同步電動機的2/3～1/2。

2）無需任何冷卻措施，發(fā)熱小，效率高，節(jié)能效果顯著。

3）無減速齒輪，無需潤滑，具有過載打滑功能，平均使用成本低。

4）功率因數(shù)高，與永磁同步電動機相當。

5）無位置傳感器控制器驅(qū)動，實現(xiàn)高速電動機控制與低速大轉(zhuǎn)矩輸出。

國內(nèi)油田廣泛采用的CYJ8-3-37HB、CYJ10-3-37HB型抽油機，其驅(qū)動系統(tǒng)由感應電動機加減速器組成。采用Y-225M-6型感應電動機，主要技術(shù)參數(shù)是：額定功率30 kW，額定轉(zhuǎn)速980 r/min，額定轉(zhuǎn)矩292 Nm，額定效率85%～90%，功率因數(shù)小于0.85；采用減速器JLH850-37型，主要技術(shù)參數(shù)是：額定轉(zhuǎn)矩37 000 Nm，減速比31.4，中心高560 mm，額定效率90%～95%。皮帶輪效率90%～95%。常規(guī)電動機與直驅(qū)式永磁電動機的對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 常規(guī)電動機與直驅(qū)式永磁電動機的對比

2 應用分析

2013年，選擇了某井進行改造試驗。該井在已經(jīng)應用節(jié)能電動機的基礎上，應用直驅(qū)式永磁復合電動機后，噸液百米節(jié)電率達到19%，系統(tǒng)效率提高2.6%，效果良好。在抽汲參數(shù)不變的情況下，綜合節(jié)電率達12.9%，百米噸液耗電下降0.47 kWh，系統(tǒng)效率提高2.63%（表2）。

表2 某井改造前后數(shù)據(jù)對比

表3 四種舉升設備性能評價

由圖2可知，由于取消了減速器，換向時沖擊載荷降低2%。

圖2 改造前后功圖對比

直驅(qū)式永磁復合電動機改造抽油機與其他三種節(jié)能抽油機在維護和保養(yǎng)上相比，無須更換減速箱潤滑油和皮帶，故障點減少；從節(jié)能角度上對比節(jié)電率較高；從投資回收期上對比，由于電動機成本較高，投資回收期較長。而復式永磁電動機抽油機和塔架式數(shù)控抽油機的結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁抽油機差異較大，不能直接改造，適于產(chǎn)能新井應用（表3、表4）。

表4 二種舉升設備節(jié)電效益評價

3 結(jié)論

1）直驅(qū)式永磁復合電動機的應用，可以很大程度地降低抽油機井能耗。與常規(guī)游梁式抽油機相比，復式永磁電動機抽油機有顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率達到19%，并且大幅度地提高了系統(tǒng)效率，降低了百米噸液耗電，是降低單井能耗的有效方法。

2）直驅(qū)式永磁復合電動機調(diào)參容易，沖程、沖速均可通過變頻柜控制，降低了整機的故障率和維護成本，并可以提高運行時率。

3）從檢測數(shù)據(jù)可以看出，應用直驅(qū)式永磁復合電動機不僅大幅降低了有功耗電量，而且解決了原有抽油機功率因數(shù)低、無功功率過大的缺點，有助于提高電網(wǎng)的運行品質(zhì)。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊（修訂本）[M].北京:石油工業(yè)出版社.1998:75-108.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.006

2014-11-24）

曹銘，工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學（華東），從事機采動態(tài)分析，E-mail：cmupc@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠工技大隊管理室，163113。