直线抽油机的研制与应用

2017-07-03韩灵孙现法郭霄陈勇孙守渊李永新张春海

石油石化节能 2017年6期

关键词：机械厂游梁玉门

韩灵孙现法郭霄陈勇孙守渊李永新张春海

（1.玉门油田分公司机械厂；2.玉门油田分公司规划计划处；3.玉门油田分公司钻采工程研究院）

直线抽油机的研制与应用

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（1.玉门油田分公司机械厂；2.玉门油田分公司规划计划处；3.玉门油田分公司钻采工程研究院）

针对游梁式抽油机存在的安全隐患、高耗低效和调参限制，研制生产了适用于长冲程、低冲速抽油机井且安全可靠的直线抽油机。它利用复式永磁电动机通过皮带直接驱动负载工作，采用智能控制系统，对抽油机冲程和冲速实现无极可调。现场实验证明，该型抽油机与游梁式抽油机相比系统效率提高5%左右，综合节电率21.5%，节能效果显著。

抽油机；电动机；节能

我国石油开采行业常用抽油机为游梁式抽油机，因其结构简单、性能可靠而被广泛应用[1]，但由于其自身笨重（耗钢材多）、冲程短、耗能高、效率低、安全性差、操作维护成本高等缺陷，冲程、冲速调整范围小，技术改造的空间小，不能适应油田后期长冲程、低冲速开采要求[2]，急需可靠性高、能耗低、操作维护方便的新型抽油设备。

玉门油田机械厂是中国最早的油田机械厂，近年来与航天科工集团合作研制生产了一种新型无游梁式抽油机——直线抽油机（复式永磁电动机抽油机）。该抽油机与传统游梁式抽油机相比，具有结构简单、安全可靠、节能降耗和维护简单等特点[3]，并在青西、鸭儿峡、酒东采油厂推广使用25台，整体运行平稳，安全可靠，系统效率得到有效提高，节能效果明显。

1 复式永磁电动机抽油机研制与应用

复式永磁电动机抽油机是一种新型长冲程、低冲速无游梁式抽油机[4]，由玉门油田机械厂与航天科工集团贵州林泉电动机有限公司合作研制。该抽油机与传统游梁式抽油机相比，能效比高、输出扭矩大、能源消耗少、大冲程、低冲速、噪音小，产品使用寿命长[5]，有“节能、安全、可替代常规游梁式抽油机”三大优势。

1.1 技术性能

1.1.1 原理、结构

复式永磁电动机抽油机是一种采用皮带直接拉动抽油杆，去掉四连杆、曲柄、减速箱和驴头的塔式结构抽油机。其核心是采用三维合力的复式永磁同步电动机作为抽油机的原动力，正反向旋转直接驱动抽油杆往复运动实现抽油机抽油，从改变抽油机的结构和电动机结构入手，不但使电动机节能运行，也使抽油机本身的工作方式具有节能特性，进而使抽油系统达到结构最简化、效率最高化，从根本上解决抽油机的节能问题，是节能型和无游梁型抽油机的最新代表。复式永磁电动机抽油机的核心部件是复式永磁电动机，采用圆形立柱机架高位支撑电动机旋转，使电动机得以正反转运动且在电动机旋转的一侧通过柔性皮带悬挂配重，并在电动机旋转的另一侧也通过柔性皮带连接带动抽油杆，实现抽油杆的往复运动。采用这种结构，平衡方式为直接平衡，平衡率可超过95%，可以降低功率消耗。

复式永磁电动机抽油机是长冲程、低冲速抽油机，采用智能控制系统对抽油机冲程和冲速实现无极可调。适用于稠油井、大泵强采井和深井的原油开采，继承了各种抽油机的优点，顺应了抽油机发展的趋势[6]，具有明显的技术创新优势。该抽油机主要组成部件为复式永磁电动机、立柱、皮带、后平衡装置和智能电气控制柜装置等（图1）。

1.1.2 技术参数

以型号WCYJD14-8-40Z为例，主要技术参数为：额定悬点载荷140 kN；最大冲程8 m；额定起重量40 kN；最高冲速3 min-1；电动机额定功率24 kW；额定扭矩11.5 kN·m；额定电压380 V；最大额定单边提升力5 T（1 min内）；整机最大质量（不含配重）11 t。

图1 复式永磁电动机抽油机结构

1.1.3 技术特点

1）复式永磁电动机。三维永磁同步电动机，转速低（0～35 r/min），转矩大，低速直驱，结构紧凑。

2）高效可靠控制器。正反转运动。

3）智能控制装置。能自诊断、自检测和自报告抽油机的运行状态和故障代码，预留RTU，远程控制。

4）制动装置。为失电制动方式，液压推动制动和电磁阀延时切换，安全可靠。

1.1.4 技术优势

1）结构简单、质量轻、占地面积小。抽油机的主要部件是复式永磁电动机和变频控制装置，与常规游梁式抽油机相比，省去了减速、换向等复杂的机械系统。

2）节电明显。由于复式永磁电动机和先进的变频控制技术相结合，采用端部配重平衡，平衡效果好。

3）采用了捆绑技术，通过前导轮与井口侧皮带的位置变换，利用电动机自动提升转向和锁定，实现修井让位。

4）操作简便，维护工作量小。通过控制箱面板的旋钮调节复式永磁电动机的转速，从而调节抽油机的冲速；抽油机的往复运动通过程序控制完成，无需任何定向开关；通过改变配重箱中的配重来调节抽油机的平衡；可以自动卸载，不需起重机辅助。

5）可实现长冲程、低冲速，适用于稠油井、大泵强采井和深井的原油开采。

该抽油机的最大冲程为8 m，相应的最大冲速为3 min-1。在相同工况下，与传统游梁式抽油机相比，其占地面积仅为传统抽油机的50%，质量为传统抽油机的50%，可降低运行功率35%，噪声低（＜50 dB）。

1.1.5 适用范围

适用于常规井及低渗透油井、出砂井、高盐井、高蜡井、深井、稠油井、高产井等油井长冲程、低冲速采油。

1.1.6 生产许可

玉门油田机械厂试制的复式永磁电动机抽油机进行了失载及超载试验、型式试验、生产许可检测和井场应用验证。该抽油机各项技术指标达到了设计要求，符合SY/T 6729—2014《无游梁式抽油机》标准，并取得了无游梁式抽油机全国工业产品生产许可证，具备规模生产能力。

1.1.7 安全性能

2016年1月，玉门油田机械厂委托北京华海安科科技发展有限公司完成了复式永磁电动机抽油机安全风险分析报告，安全评价结论为“该无游梁式抽油机在设计上是安全的，现场危险有害因素是可控的”。

1.2 现场应用

截至目前，玉门油田机械厂在青西、鸭儿峡、酒东采油厂推广使用25台，整体运行平稳，节能效果显著，系统效率得到有效提高。

1.2.1 节能效果

玉门油田节能监测站对更换复式永磁电动机抽油机前后运行情况进行了分期对比节能监测，节电效果明显，综合节电率平均21.5%（图2）。

表1 复式永磁电动机抽油机与游梁式抽油机性能对比

图2 复式永磁电动机抽油机节电率监测

1.2.2 经济效益

以1台14型游梁式抽油机投资40万元，与应用复式永磁电动机抽油机对比测算，节约用电7.3×104kWh，折合标煤24.09 t，节省电费4.96万元，节省安装及维保费用4万元。在经济使用寿命期间，复式永磁电动机抽油机比游梁式抽油机增加的主要是更换皮带费用（寿命2年），年增加费用0.8万元；静态投资回收期为4.9年。