直驱式螺杆泵地面驱动系统节能效果分析

刘永新（大庆油田有限责任公司采油工程研究院）

直驱式螺杆泵地面驱动系统节能效果分析

刘永新（大庆油田有限责任公司采油工程研究院）

直驱式螺杆泵地面驱动系统与传统变频调速螺杆泵地面驱动系统相比系统效率较高，应用直驱式螺杆泵地面驱动系统可大大提高螺杆泵采油系统地面效率，降低百米吨液耗电量，达到节能降耗的目的。为了了解直驱式螺杆泵地面驱动系统的节能效果，进行了不同工况条件下的室内模拟试验和现场试验。试验表明，直驱式螺杆泵地面驱动系统效率较高，在装机功率相同的情况下，低转速、低工作扭矩的螺杆泵井应用直驱式螺杆泵地面驱动系统节能降耗效果更加显著。

直驱式螺杆泵 驱动系统 节能试验

直驱式螺杆泵地面驱动系统是近几年发展的一种新型螺杆泵地面驱动系统，该系统主要由永磁电动 机 、 机 械 密 封 、 轴 承 箱 、 控 制 器 等 部 件 组 成[1]，由低速、大扭矩永磁电动机直接驱动井下抽油杆柱及螺杆泵工作。与传统变频调速螺杆泵地面驱动系统相比，该系统无皮带传动系统及齿轮减速系统，可 达 到 提 高 系 统 效 率 ， 降 低 能 耗 的 目 的[2]。 通 过 室内和现场试验，对其节能效果进行了研究。

1 室内试验及节能效果分析

为了了解常规变频调速螺杆泵地面驱动系统和直驱式地面驱动系统在不同工况条件下的系统效率，利用螺杆泵地面驱动装置检测系统对两种地面驱动系统进行了不同工况条件下的室内模拟试验。

利用螺杆泵地面驱动装置检测系统模拟螺杆泵地面驱动系统转速、轴向力、工作扭矩、密封系统承 压 等 方 面 现 场 工 况[3]。 通 过 调 整 转 速 和 工 作 扭矩，测量不同工况条件下两种地面驱动系统效率及耗 电量。 通过节 电率计 算公式 （1）计 算 出直 驱 式螺杆泵地面驱动系统的节电率。对两种地面驱动系统效率及直驱式螺杆泵地面驱动系统的节电率进行分析，来了解直驱式螺杆泵地面驱动系统不同工况下的节能效果。

节电率计算公式：

式 中 ： λ 为 节 电 率 ，%； W1为 常规 变 频 调 速螺杆泵地面驱动系统耗电量，kWh； W2为直驱式螺杆泵地面驱动系统耗电量，kWh。

试 验 选 用 额 定 功 率 22kW、 额 定 转 速 200r/min两种地面驱动系统，测量其不同工况条件下的系统效率及耗电量。普通变频调速地面驱动系统效率如图1所示，直驱式地面驱动系统效率如图2所示。根据 试验所 测的耗 电量， 通过公 式 （1）计 算出直驱式螺杆泵地面驱动系统的节电率 （图3）。

图1 普通变频调速地面驱动系统效率曲线

图2 直驱式地面驱动系统效率曲线

图3 直驱式地面驱动系统节电率曲线

通过室内模拟试验可知，直驱式地面驱动系统效率较高，与普通变频调速地面驱动系统相比节能明显。普通变频调速地面驱动系统效率最高为77.1% （图1）， 直 驱 式 地 面 驱 动 系 统 效 率 最 高 为87.0% （图2）， 直 驱 式 地 面 驱 动 系 统 效 率 比 普 通 变频 调 速 地面驱动 系 统 效 率 高 9.9%。在相 同 的 工 况 条件 下 ， 直 驱 式 地 面 驱 动 系 统 节 电 率 最 高 可 达 26.8%（图3）。 在 两 种 地 面驱动系统常用工作扭矩 500～900Nm 工况条件下，直驱式地面驱动系统节电率为 10.1%～21.4% （图3）。

2 现场试验及节能效果分析

为了了解直驱式地面驱动系统在现场应用中的节 能 情 况 ， 在 大 庆 油 田 喇 2-323 和 北 2-362-P55 对螺杆泵井用直驱式地面驱动系统替换普通变频调速地面驱动系统进行现场试验。措施前后生产数据如表1所示。

表1 措施前后生产数据

根 据 生 产 数据 ， 通 过 公 式 （2）和 公 式 （3）计算 措施前 后地面 驱动系 统效率 ，通过 公 式 （4）和公 式 （1）计算措 施前后 地面驱 动 系统 百 米吨 液 耗电节电率。措施前后地面驱动系统效率和百米吨液耗电节电率如表2所示。

地面驱动系统输出功率计算公式：

式中： P出为驱动系统输出功率，kW； T 为驱动系统工作扭矩，Nm； n 为驱动系统工作转速，r/min。

地面驱动系统效率计算公式：

式中： η 为地面驱动系统效率，%； P出为驱动系统输出功率，kW； P入为驱动系统输入功率，kW。

单井百米吨液耗电量计算公式：

式中： X 为单井百米吨液耗电量，kWh/100mt；W 为 单 井 日 耗 电 量 ，kWh； Q 为 单 井 日 产 液 量 ，t；H为单井动液面，m。

表2 措施前后地面驱动系统效率和百米吨液耗电节电率

由表2可知，应用直驱式地面驱动系统后，两口 井 地 面 驱 动 系 统 效 率 分 别 提 高 了 11.56% 和9.37%， 单 井 百 米 吨 液 耗 电 量 分别降 低 了 0.175kWh和 0.137kWh， 百 米 吨 液 耗 电 节 电 率 分 别 为 18.3%和15.5%。

3 结语

直驱式螺杆泵地面驱动系统与传统变频调速螺杆泵地面驱动系统相比系统效率较高，应用直驱式螺杆泵地面驱动系统可大大提高螺杆泵采油系统地面效率，降低百米吨液耗电量，达到节能降耗的目的。在装机功率相同情况下，低转速、低工作扭矩的螺杆泵井应用直驱式螺杆泵地面驱动系统节能降耗效果更加显著。

[1]陈晓军.ZLBQ55型直驱式螺杆泵驱动装置设计[J].石油矿场机械,2010,39(4):68-70.

[2]王清平.螺杆泵交流永磁地面直驱装置[J].油气田地面工程,2008,27(12):75-76.

[3]徐桂艳.螺杆泵地面驱动装置检测系统研究[J].石油机械,2001,29(6):32-34.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.006.006

2012-11-15）

刘永新，工程师，2004年毕业于大庆石油学院，主要从事 螺 杆 泵 采 油 领 域 科 研 及 新 技 术 推 广 工 作 ， E-mail： lyx5963660@ 163.com，地址 ：黑龙江 省大庆市 让胡路区 西宾路 9 号大庆 油 田有限责任公司采油工程研究院举升工艺研究室，163453。