游梁式抽油机用直驱式永磁复合电动机技术与现场应用

2015-02-10曹铭大庆油田有限责任公司第三采油厂

石油石化节能 2015年4期

曹铭（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

曹铭（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

传统游梁式抽油机主要由普通旋转电动机驱动，使系统整体效率低，同时存在能耗大、难维修等缺陷。直驱式永磁复合电动机具有转矩密度高、发热小、效率高，节能效果显著、平均使用成本低、功率因数高等特点，能够满足机械采油节能降耗的需要，达到降低抽油机井能耗的目的，为后期机械采油节能改造提供了技术支持。

游梁式抽油机直驱式永磁复合电动机节能降耗

目前厂所使用的抽油机绝大部分是传统的游梁式抽油机，这种抽油机由普通旋转电动机（异步电动机或同步电动机）驱动，经多级减速箱并经连杆和游梁做4～8 min-1的往复运动[1]。由于传统的游梁式抽油机机械结构复杂，电动机驱动需经多级减速箱和连杆机构输出，使抽油机的效率很低，一般系统整体效率只有30%左右。传统的游梁式抽油机能耗大、难维修，已经不能很好地适应油井需要。

1 直驱式永磁复合电动机

直驱式永磁复合电动机结构充分利用了外转子式结构两端面的空间，将两个盘形电动机的定子与外转子式结构的定子固定在一起，两个盘形电动机的转子盘与外转子式结构的转子筒构成一个三维封闭的外转在同样的空间体积下的复式结构，较外转子式结构和盘形结构的电动机能产生更大的电磁转矩（图1）。

图1 直驱式永磁复合电动机结构

直驱式永磁复合电动机的优点包括：

1）转矩密度高，体积约为同规格的永磁同步电动机的2/3～1/2。

2）无需任何冷却措施，发热小，效率高，节能效果显著。

3）无减速齿轮，无需润滑，具有过载打滑功能，平均使用成本低。

4）功率因数高，与永磁同步电动机相当。

5）无位置传感器控制器驱动，实现高速电动机控制与低速大转矩输出。

国内油田广泛采用的CYJ8-3-37HB、CYJ10-3-37HB型抽油机，其驱动系统由感应电动机加减速器组成。采用Y-225M-6型感应电动机，主要技术参数是：额定功率30 kW，额定转速980 r/min，额定转矩292 Nm，额定效率85%～90%，功率因数小于0.85；采用减速器JLH850-37型，主要技术参数是：额定转矩37 000 Nm，减速比31.4，中心高560 mm，额定效率90%～95%。皮带轮效率90%～95%。常规电动机与直驱式永磁电动机的对比数据见表1。

表1 常规电动机与直驱式永磁电动机的对比

2 应用分析

2013年，选择了某井进行改造试验。该井在已经应用节能电动机的基础上，应用直驱式永磁复合电动机后，吨液百米节电率达到19%，系统效率提高2.6%，效果良好。在抽汲参数不变的情况下，综合节电率达12.9%，百米吨液耗电下降0.47 kWh，系统效率提高2.63%（表2）。

表2 某井改造前后数据对比

表3 四种举升设备性能评价

由图2可知，由于取消了减速器，换向时冲击载荷降低2%。

图2 改造前后功图对比

直驱式永磁复合电动机改造抽油机与其他三种节能抽油机在维护和保养上相比，无须更换减速箱润滑油和皮带，故障点减少；从节能角度上对比节电率较高；从投资回收期上对比，由于电动机成本较高，投资回收期较长。而复式永磁电动机抽油机和塔架式数控抽油机的结构与常规游梁抽油机差异较大，不能直接改造，适于产能新井应用（表3、表4）。