塔架式抽油机在萨北开发区的应用

孔令路（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

目前，国内各油田机械采油使用的抽油机大都为常规抽油机，常规抽油机具有结构简单、操作维护方便、使用寿命长等特点。但其曲柄轴净转矩峰值大，波动幅度大，甚至出现负扭矩，造成功率因数下降，能耗增加。因此，为了顺应节能降耗的需求，萨北开发区陆续引进各种塔架式抽油机，其有占地面积小、机架高的特点。应用塔架式抽油机可简化机械传动过程，提高工作效率，特别是抽汲参数可无级调整，为实现自动控制提供条件，满足采油工艺的需求，是具有发展前景的举升设备[1-3]。

1 塔架式抽油机种类

1.1 复式永磁同步电动机抽油机

1.1.1 驱动原理

复式永磁同步电动机抽油机的主要部件是复式永磁同步电动机、塔架和智能电气操作控制柜。电动机两端的皮带轮，通过与抽油杆悬挂梁和平衡装置（配重箱）连接的皮带相连接，且抽油杆悬挂梁和平衡装置分别挂在电动机的两侧。当电动机受智能电气操作控制柜驱动、控制做正、反向转动时，抽油杆悬挂梁和平衡装置则会做互相相反的上下往复的直线运动，即完成了抽油杆的抽油动作[4]。复式永磁同步电动机抽油机结构见图1。

1.1.2 结构特点

复式永磁同步电动机抽油机适用于深抽、大排量、长冲程、原油黏度高及高含水原油的开采，特别适用于水平井的应用。冲程、冲速实时可调，冲程最大可达7 m，最大冲速为3 min-1。它具有节能、占地面积小、大扭矩、低转速、高效率、高功率因数、寿命长等优点。

图1 复式永磁同步电动机抽油机结构示意图

1.2 塔架式数控抽油机

1.2.1 驱动原理

塔架式数控抽油机由塔架部分、传动部分、基础部分组成。永磁同步电动机在变频器控制下驱动绳轮正反转换向、往复运行，带动复绕在绳轮上的由抽油杆及配重体组成的平衡系统对称上下运动，完成抽油动作。塔架式数控抽油机传动见图2。

图2 塔架式数控抽油机传动示意图

1.2.2 结构特点

塔架式数控抽油机的抽油过程由电脑调控，冲程、冲速实时可调，冲程最大可达8 m，最大冲速为3 min-1。上下行运行速度可根据实际井况进行调节。适应不同采油工艺，既适用于高出液量大排量的主力油井，也适合稠油、中高含水期、低渗透油井、二次开采油井，中晚期油井等需要重载强抽的复杂井况要求。

1.3 塔架式智能抽油机

1.3.1 驱动原理

采用永磁同步电动机与链轮减速驱动，通过电动机正反向转动，带动皮带和负载，做往复直线运动，完成抽汲动作。配备的智能控制柜，可根据负载变化自行调整电动机参数，实现自主调参的目的，从而提高节能效果。

1.3.2 技术特点

塔架式智能抽油机具有结构简单（图3），基本免维护制造技术、数字化油田控制技术、远程控制技术的优势。结合油田实际工况，开发出新一代高效、节能、长冲程、低冲速的智能抽油机。配套应用的永磁同步电动机具有低转速、高转矩输出的性能。

1.4 电控换向塔架式抽油机

1.4.1 驱动原理

电控换向塔架式抽油机主要由塔架、上平台、动力系统、控制系统、移机装置等部件组成（图4）。电动机经联轴器、减速机将动力传递到驱动轮。驱动轮上固定两组钢丝绳，通过动滑轮，一组拉动抽油杆，另一组拉动配重。改变电动机的旋转方向即可实现抽油杆的往复直线运动，完成原油抽汲。

图3 塔架式智能抽油机结构简图

图4 电控换向塔架式抽油机结构简图

1.4.2 技术特点

通过动滑轮带动悬点载荷，系统对电动机的载荷需求减少50%，节能效果较明显。通过调整塔架式抽油机的上、下限位开关的位置，即可轻松实现抽油机冲程的调整，冲速调整通过调整伺服控制箱内的变频装置来实现。

2 塔架式抽油机与常规抽油机对比

2.1 举升设备概况

萨北开发区应用的塔架式抽油机与常规抽油机有较大区别，具有直线往复运动的特性，区别于以往的曲柄连杆机构；同时电动机选取为节能电动机，参数调整较为方便，塔架式抽油机独特的长冲程、慢冲速的特点更能发挥其节能降耗的作用，产液趋向为中、高产井[5-6]。举升设备概况对比见表1。

塔架式抽油机的电动机均为永磁同步电动机，传动效率更高、更节能。相比常规游梁式抽油机，在保证额定输出扭矩的前提下，电动机装机功率更小，在节能降耗方面更具优势。塔架式抽油机参数在一定范围内可无级调节，使参数调节更方便。抽油机参数对比见表2。

2.2 塔架式抽油机生产概况

萨北开发区目前有18口复式永磁同步电动机抽油机井，5口塔架式数控抽油机井，22口塔架式智能抽油机井，22口电控换向塔架式抽油机井。塔架式抽油机类型见图5。

由于塔架式抽油机具有长冲程、慢冲速的特性，与常规抽油机生产参数和产液量相当的情况下，其泵效更高（表3）。

2.3 塔架式抽油机能耗数据

通过对比某厂常规抽油机与塔架式抽油机的能耗数据，发现塔架式抽油机节电效果明显（表4）。

表1 举升设备概况对比

表2 抽油机参数对比

图5 塔架式抽油机类型

表3 塔架式抽油机与常规抽油机的生产数据

表4 塔架式抽油机与常规抽油机的能耗数据

从表4可以看出，塔架式抽油机在节能降耗方面具有一定优势，平均系统效率高于常规游梁式抽油机平均水平，百米吨液耗电量也较同级别常规抽油机大幅降低。

3 结论

1）塔架式抽油机适用范围广，具有长冲程、低冲速的特点，较常规抽油机其系统效率可提高10个百分点左右。

2）塔架式抽油机参数调整、调平衡更为方便，单人便可完成相关操作，可大幅度减少工人劳动强度。

3）塔架式抽油机满足某厂抽油机井产液的抽汲需求，在各项管理制度完善前提下，可建议推广应用。