塔架式數控抽油機的應用效果評價

李薇（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

以往應用的抽油機動力設備都是旋轉電動機，必須經過復雜的能量轉換和傳遞才能變成直線往復運動，這樣就不可避免地存在系統轉換效率低、穩(wěn)定性差的問題。新型電動機抽油機將電能直接轉換為直線往復運動，簡化了機械傳動過程，有效地提高了效率；特別是它運用了數字控制技術、永磁同步電動機技術，與本機的組合傳動系統集合，完成了機電一體化整機設計，是一種有發(fā)展前途的抽油機[1]。2011年，采油三廠第一油礦安裝了塔架式數控抽油機，截至目前，抽油機運轉正常，節(jié)能效果顯著。

1 幾種節(jié)能抽油機應用效果

1.1 復式永磁電動機抽油機

2008年9月，一礦208隊北2-4-P58井上安裝了復式永磁電動機抽油機，試驗后現場沖程6.6m，沖速2.5min-1，泵徑Φ70mm，日產液68 t，日產油3.6 t，泵效69%，動液面643.4m，因把75 kW的大電動機換成22 kW的小電動機，上下電流分別為32/34 A。與安裝前抽油機相比電流分別下降12/9 A，功率利用率提高了18.11%，系統效率提高了19%,有功功率下降5.6 kW，單井日節(jié)電129.6 kWh，年節(jié)電4.730 4×104kWh（表1）。

1.2 游梁直拖式抽油機

2008年10月24日，在一礦306隊北3-6-P68井上安裝了游梁直拖式抽油機，10月30日投產運行，其間對該抽油機的運行參數進行了多次調整。正常運行時沖程2.5m，沖速2.1min-1，泵徑Φ57 mm，平均日產液48.4 t，日產油3.19 t，泵效148%，動液面455.8m，30 kW的電動機換成15 kW的小電動機，上下電流分別下降38/28 A，電流下降幅度很大。與安裝前相比抽油機系統效率提高了30%，有功功率下降3.82 kW，單井日節(jié)電91.68 kWh，年累計節(jié)電3.35×104kWh（表2）。

該抽油機地面設備自運行到目前進行了多次維修，生產運行很不平穩(wěn)，運行到2008年11月28日，桿斷關井。2008年12月17日小修撈桿，現場鑒定為第114根抽油桿本體斷。作業(yè)啟抽只運行了一天就因電動機故障停機，到2009年1月2日電動機修好啟抽，由于使用5min-1沖速的抽油機無法正常運轉，經多次維修后啟抽；又于2009年5月29日因泵漏進行了作業(yè)檢泵，啟抽后還是經常過載停機，不能正常上調參，而且井口震動噪音很大。

游梁直拖式抽油機在一年的試驗中現場參數調試運行趨于合理的時候很少，到了試驗后期（2009年3月以后），因參數不能上調，沉沒度在600～700m之間，泵效在30%左右，功圖震動載荷很大，見圖1、圖2。

表1 復式永磁電動機抽油機應用效果對比

表2 游梁直拖式抽油機應用效果對比

表3 能間歇提撈抽油機應用效果對比

圖1 北2-4-P58井功圖

圖2 北3-6-P68井功圖

從功圖上看，北2-4-P58井功圖很正常，北3-6-P68井的功圖出現異常，在運行時載荷出現鋸齒狀增載、卸載都比較快，現場觀察抽油機在運行時驢頭有間歇性的停頓現象。一出現這種現象時抽油機就會自動停機，而且該井沖速不能超過4min-1，否則驢頭運行就會受阻，間歇性停頓時有發(fā)生。平均每3天停機一次，廠家技術人員多次處理，沒有效果。現場多次觀察發(fā)現，主要原因是該抽油機在運行到上下死點轉換時無緩沖，使井下抽油桿的彈性伸縮得不到釋放，嚴重地傷害了井下泵和抽油桿。另外，該井無剎車裝置，出現問題無法處理，目前該機已經更換為其他機型的抽油機。

1.3 智能間歇提撈抽油機

2010年6月，一礦北3-丁4-70和北3-丁5-52井上安裝了智能間歇提撈式抽油機，試驗后日產液13.5 t，日產油0.69 t，含水94.8%，動液面583.45 m，電流23 A。平均每1.5 h完成一次抽吸，每日舉升次數14～15次。與安裝前相比抽油機電流分別下降25 A，單井日節(jié)電53.9 kWh，年節(jié)電1.967 35×104kWh）（表3）。

2 塔架式數控抽油機

塔架式數控抽油機由塔架部分、傳動部分、基礎部分及井下抽油部件組成，其中傳動部分包含電動機、傳動系統、平衡機構、控制柜、無線操作器。采用的數控組合拖動系統在扭矩和減速功能之間找到了最合理的技術結合點，在整機系統升級與產品成本控制之間找到了經濟上的平衡點。

表4 塔架式抽油機與其他抽油機能耗對比

塔架式數控抽油機SK-Oil智能型抽油機控制系統，通過預置數碼編程，驅動專為本機設計的永磁同步電動機做正反向變頻調速運動，帶動本機獨創(chuàng)的組合傳動系統遞次完成第一、二級減速，拉動聯接于平衡系統上的抽油桿做換向往復運動，實現直線式對稱平衡抽油；同時檢測（保護）系統啟動，保證整機穩(wěn)定、安全地完成抽油作業(yè)。

塔架機“組合傳動系統”完成分級減速，整機平衡度達90%以上，系統運行保持勢能與動能間的動態(tài)守恒，能耗極低。

將永磁同步電動機驅動技術引入油田抽油設備動力系統，采用全新設計集合的數據模塊，實現了對油井口負載和平衡配重的有效控制，負載與速度間的有效調節(jié)，以及沖程沖速的終端按鍵遙控無級調節(jié)、精度調參，自動間歇抽油。

塔架式數控抽油機的另一個特點則是其獨有的結構特性及機電一體化整體設計，可滿足不同地質、不同條件下的油井開采需求，包括高原高寒地區(qū)、沼澤沙漠地帶及淺灘近海區(qū)位等，尤其適用于低滲透型油井、深井及稠油油藏的開采作業(yè)需求。

塔架式數控抽油機的參數：

◇最大下入深度：949.8m；

◇抽油泵泵徑：Φ70mm；

◇塔架式數控抽油機沖程：7m；

◇電動機功率：22.5 kW。

3 現場應用效果

2011年11月，一礦305隊投產并安裝了5臺塔架式數控抽油機，其型號為CYJSKZ14-7.5-82B,22.5kW電動機,使用變頻控制柜。截至目前，5臺抽油機設備使用狀況良好、運轉正常,沒有出現故障耽誤生產,能滿足生產中的需要。

3.1 長沖程、慢沖速,適合油田生產需要

塔架式數控抽油機最大沖程為7m，最小沖速為0.5min-1，沖程、沖速可以無級調節(jié),挑戰(zhàn)了常規(guī)抽油機最大沖程和最小沖速的極限。生產中,可以通過控制上下沖程頻率實現上沖程較快減少漏失量,下沖程較慢可以增加泵的充滿程度,這5口井的平均泵效是游梁式抽油機的1.1倍。另外，塔架式數控抽油機換向時加速度小,減小了光桿蛇形彎曲及彈性變形,長沖程、低沖速減輕了桿管偏磨,延長了桿、管使用壽命。

3.2 機械傳動效率高,節(jié)能效果顯著

塔架式數控抽油機，用齒輪滑輪傳動代替了傳統的四連桿機構傳動，其結構簡單，機械效率達90%以上。塔架式數控抽油機通過鋼絲繩一端與懸繩器、光桿連接，另一端與配重箱連接，構成了一個平衡結構。將光桿下行時的勢能儲存起來，在光桿上行時釋放出來，平衡可以精調到95%以上，無功損耗大幅降低；加之該機的電控部分采用了變頻技術，電動機在運行過程中,其電壓是隨井下載荷變化而變化，從而也降低了電動機的功率消耗。該5口井平均單井日耗電119.5 kWh，較游梁式抽油機平均每口井日節(jié)電212.3kWh。

3.3 生產維護工作量小,勞動強度降低

作業(yè)時抽油機不用整機移動，人工即可完成導向輪的移位。抽油機配重可自行卸載，無需其他起重設備。生產過程中，塔架式數控抽油機可根據油井工況，隨時對調沖程、沖速、防沖距、碰泵等工作進行調整，這些工作通過無線操作即可完成,方便快捷，省時省力。平衡率調整方便，該設備的平衡率調整通過調整配重箱內配重實現，可以手動降配重箱至最低點，打開配重箱門后通過增加或減少石英砂或鐵塊來實現。該機出現故障時，其變頻控制柜內終端顯示器可以直接顯示、存儲故障停機時間和直接原因，故障判斷與排除比較方便。塔架式抽油機的制動系統采用電磁式電制動技術。當按“停止”按鈕或電路突然斷電時，該機制動系統的控制電路失磁，制動器動作，實現抽油機平穩(wěn)可靠剎車；當油井桿負荷突然增大時，該機可以實行自動保護停機。

3.4 塔架式數控抽油機經濟效益評價

塔架式數控抽油機投產后，平均單井日產液41.5 t，日產油1.66 t，含水96%，動液面421.1m，電流37/34 A，平均泵效53.8%，系統效率44.33%。數控抽油機與其他節(jié)能抽油機相比，其機械傳動效率高，節(jié)能效果顯著，平均單井年節(jié)電達7.75×104kWh，節(jié)約電費約4.45萬元，5口井合計節(jié)約電費22.3萬元（表4）。

4 結論

1）同傳統抽油機相比，塔架式數控抽油機具有節(jié)能降耗、提高系統效率的優(yōu)勢。

2）塔架式數控抽油機由于改變了傳統的舉升方式，達到合理地匹配抽汲參數，節(jié)電38%～42%以上，滿足生產需要。

3）塔架式數控抽油機挑戰(zhàn)了常規(guī)抽油機最大沖程和最小沖速的極限,使用遙控器進行參數調節(jié),參數調整方便,改善了供排關系。

4）塔架式數控抽油機的機架高，小隊工人維修電動機困難，系統效率不容易測試，有風險。

[1]姜民政,王建萍.直線電動機驅動抽油機的研究[J].石油礦場機械,2006(1):46-52.