塔架式抽油機(jī)在薩北開發(fā)區(qū)的應(yīng)用

孔令路（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

目前，國(guó)內(nèi)各油田機(jī)械采油使用的抽油機(jī)大都為常規(guī)抽油機(jī)，常規(guī)抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。但其曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩峰值大，波動(dòng)幅度大，甚至出現(xiàn)負(fù)扭矩，造成功率因數(shù)下降，能耗增加。因此，為了順應(yīng)節(jié)能降耗的需求，薩北開發(fā)區(qū)陸續(xù)引進(jìn)各種塔架式抽油機(jī)，其有占地面積小、機(jī)架高的特點(diǎn)。應(yīng)用塔架式抽油機(jī)可簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程，提高工作效率，特別是抽汲參數(shù)可無(wú)級(jí)調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供條件，滿足采油工藝的需求，是具有發(fā)展前景的舉升設(shè)備[1-3]。

1 塔架式抽油機(jī)種類

1.1 復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

1.1.1 驅(qū)動(dòng)原理

復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的主要部件是復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)、塔架和智能電氣操作控制柜。電動(dòng)機(jī)兩端的皮帶輪，通過(guò)與抽油桿懸掛梁和平衡裝置（配重箱）連接的皮帶相連接，且抽油桿懸掛梁和平衡裝置分別掛在電動(dòng)機(jī)的兩側(cè)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)受智能電氣操作控制柜驅(qū)動(dòng)、控制做正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抽油桿懸掛梁和平衡裝置則會(huì)做互相相反的上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，即完成了抽油桿的抽油動(dòng)作[4]。復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

1.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)適用于深抽、大排量、長(zhǎng)沖程、原油黏度高及高含水原油的開采，特別適用于水平井的應(yīng)用。沖程、沖速實(shí)時(shí)可調(diào)，沖程最大可達(dá)7 m，最大沖速為3 min-1。它具有節(jié)能、占地面積小、大扭矩、低轉(zhuǎn)速、高效率、高功率因數(shù)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 塔架式數(shù)控抽油機(jī)

1.2.1 驅(qū)動(dòng)原理

塔架式數(shù)控抽油機(jī)由塔架部分、傳動(dòng)部分、基礎(chǔ)部分組成。永磁同步電動(dòng)機(jī)在變頻器控制下驅(qū)動(dòng)繩輪正反轉(zhuǎn)換向、往復(fù)運(yùn)行，帶動(dòng)復(fù)繞在繩輪上的由抽油桿及配重體組成的平衡系統(tǒng)對(duì)稱上下運(yùn)動(dòng)，完成抽油動(dòng)作。塔架式數(shù)控抽油機(jī)傳動(dòng)見圖2。

圖2 塔架式數(shù)控抽油機(jī)傳動(dòng)示意圖

1.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

塔架式數(shù)控抽油機(jī)的抽油過(guò)程由電腦調(diào)控，沖程、沖速實(shí)時(shí)可調(diào)，沖程最大可達(dá)8 m，最大沖速為3 min-1。上下行運(yùn)行速度可根據(jù)實(shí)際井況進(jìn)行調(diào)節(jié)。適應(yīng)不同采油工藝，既適用于高出液量大排量的主力油井，也適合稠油、中高含水期、低滲透油井、二次開采油井，中晚期油井等需要重載強(qiáng)抽的復(fù)雜井況要求。

1.3 塔架式智能抽油機(jī)

1.3.1 驅(qū)動(dòng)原理

采用永磁同步電動(dòng)機(jī)與鏈輪減速驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶和負(fù)載，做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成抽汲動(dòng)作。配備的智能控制柜，可根據(jù)負(fù)載變化自行調(diào)整電動(dòng)機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)參的目的，從而提高節(jié)能效果。

1.3.2 技術(shù)特點(diǎn)

塔架式智能抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（圖3），基本免維護(hù)制造技術(shù)、數(shù)字化油田控制技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合油田實(shí)際工況，開發(fā)出新一代高效、節(jié)能、長(zhǎng)沖程、低沖速的智能抽油機(jī)。配套應(yīng)用的永磁同步電動(dòng)機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩輸出的性能。

1.4 電控?fù)Q向塔架式抽油機(jī)

1.4.1 驅(qū)動(dòng)原理

電控?fù)Q向塔架式抽油機(jī)主要由塔架、上平臺(tái)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、移機(jī)裝置等部件組成（圖4）。電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器、減速機(jī)將動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪。驅(qū)動(dòng)輪上固定兩組鋼絲繩，通過(guò)動(dòng)滑輪，一組拉動(dòng)抽油桿，另一組拉動(dòng)配重。改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向即可實(shí)現(xiàn)抽油桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成原油抽汲。

圖3 塔架式智能抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 電控?fù)Q向塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.4.2 技術(shù)特點(diǎn)

通過(guò)動(dòng)滑輪帶動(dòng)懸點(diǎn)載荷，系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的載荷需求減少50%，節(jié)能效果較明顯。通過(guò)調(diào)整塔架式抽油機(jī)的上、下限位開關(guān)的位置，即可輕松實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)沖程的調(diào)整，沖速調(diào)整通過(guò)調(diào)整伺服控制箱內(nèi)的變頻裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)對(duì)比

2.1 舉升設(shè)備概況

薩北開發(fā)區(qū)應(yīng)用的塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)有較大區(qū)別，具有直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性，區(qū)別于以往的曲柄連桿機(jī)構(gòu)；同時(shí)電動(dòng)機(jī)選取為節(jié)能電動(dòng)機(jī)，參數(shù)調(diào)整較為方便，塔架式抽油機(jī)獨(dú)特的長(zhǎng)沖程、慢沖速的特點(diǎn)更能發(fā)揮其節(jié)能降耗的作用，產(chǎn)液趨向?yàn)橹?、高產(chǎn)井[5-6]。舉升設(shè)備概況對(duì)比見表1。

塔架式抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)均為永磁同步電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)效率更高、更節(jié)能。相比常規(guī)游梁式抽油機(jī)，在保證額定輸出扭矩的前提下，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率更小，在節(jié)能降耗方面更具優(yōu)勢(shì)。塔架式抽油機(jī)參數(shù)在一定范圍內(nèi)可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，使參數(shù)調(diào)節(jié)更方便。抽油機(jī)參數(shù)對(duì)比見表2。

2.2 塔架式抽油機(jī)生產(chǎn)概況

薩北開發(fā)區(qū)目前有18口復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)井，5口塔架式數(shù)控抽油機(jī)井，22口塔架式智能抽油機(jī)井，22口電控?fù)Q向塔架式抽油機(jī)井。塔架式抽油機(jī)類型見圖5。

由于塔架式抽油機(jī)具有長(zhǎng)沖程、慢沖速的特性，與常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)和產(chǎn)液量相當(dāng)?shù)那闆r下，其泵效更高（表3）。

2.3 塔架式抽油機(jī)能耗數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)比某廠常規(guī)抽油機(jī)與塔架式抽油機(jī)的能耗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)塔架式抽油機(jī)節(jié)電效果明顯（表4）。

表1 舉升設(shè)備概況對(duì)比

表2 抽油機(jī)參數(shù)對(duì)比

圖5 塔架式抽油機(jī)類型

表3 塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表4 塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)的能耗數(shù)據(jù)

從表4可以看出，塔架式抽油機(jī)在節(jié)能降耗方面具有一定優(yōu)勢(shì)，平均系統(tǒng)效率高于常規(guī)游梁式抽油機(jī)平均水平，百米噸液耗電量也較同級(jí)別常規(guī)抽油機(jī)大幅降低。

3 結(jié)論

1）塔架式抽油機(jī)適用范圍廣，具有長(zhǎng)沖程、低沖速的特點(diǎn)，較常規(guī)抽油機(jī)其系統(tǒng)效率可提高10個(gè)百分點(diǎn)左右。

2）塔架式抽油機(jī)參數(shù)調(diào)整、調(diào)平衡更為方便，單人便可完成相關(guān)操作，可大幅度減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）塔架式抽油機(jī)滿足某廠抽油機(jī)井產(chǎn)液的抽汲需求，在各項(xiàng)管理制度完善前提下，可建議推廣應(yīng)用。