直線電動機抽油機在油田中的應用

羅艷玲（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

目前，油田主要舉升工藝仍以游梁式抽油機為主。抽油機舉升工藝無論是否采用游梁設計，拖動電動機多采用旋轉電動機，因此，必須通過多環節的動力傳遞才能實現井下泵的往復舉升。由此導致電動機功率配置增大，同樣在此過程中，能量與效率損失大，系統效率與系統能耗損失嚴重。喇嘛甸油田應用直線電動機，通過直線往復運動的動力設計，簡化了減速傳動機構，提高了各環節傳遞的系統效率。

1 基本工作理論分析

1.1 直線電動機抽油機的結構設計

直線電動機抽油機的整個系統由機架、行走機構、直線電動機、鋼絲繩、導輪、平衡重物及驅動控制系統等七部分組成。

直線電動機抽油機為塔架式結構，采用圓筒型三相永磁同步直線電動機，次級(定子)、初級（動子）上端通過鋼絲繩滑輪組及懸繩器直接拖動抽油桿、抽油泵柱塞做往復直線運動來完成井下采油工作。平衡重裝在初級上，一起隨電動機往復運動，直線電動機的啟動、換向調速、停止、制動等均由自動控制箱中電腦自動控制。

1.2 直線電動機抽油機的工作原理

直線電動機是基于旋轉電動機演變而來。將旋轉電動機沿電動機軸徑向展開，因此，產生的磁場由圓周形變為平面且直線形。相應地旋轉電動機的動子和定子成為初級與次級。

直線電動機拖動抽油機，主要動力設備采用永磁同步直線電動機，鋼絲繩上端連接到直線電動機動子上，通過滑輪及懸繩器直接拖動抽油桿，抽油泵柱塞做往復直線運動來完成井下抽油泵的往復工作[1,2]。

在上沖程時，直線電動機的動子在電磁力的作用下，通過架在滾輪上的鋼絲繩以及懸繩器帶動光桿與抽油桿達到上沖程的上死點。在此過程中，平衡重物與電動機一起對抽油桿柱和液柱做功。而在下沖程時，直線電動機和抽油桿一起對平衡重物做功，使能量以位能的形式存儲起來，在上沖程時釋放。

1.3 直線電動機抽油機的特點

1.3.1 主要技術參數

◇最大懸點載荷：10～18kN；

◇沖程：1～10m；

◇沖速：3～10min-1；

◇圓筒型三項永磁同步直線電動機：

◇直線電動機額定推力：22～50kN；

◇直線電動機運行速度：0.3～12m/s。

1.3.2 直線電動機抽油機主要技術特點

直線電動機抽油機與傳統抽油機相比，具有以下特點：

◇結構簡單：直線電動機抽油機采用塔架式結構，沒有傳統游梁式抽油機具有的減速器和四連桿機構，因此，實際操作與運行維護簡便，適應性強。

◇效率高：由于直線電動機具有很高的過載能力，因此無需“大馬拉小車”，電動機效率明顯提升；同時通過往復直線運動的設計，減少了系統傳動環節，因此減少了傳動過程中的效率損失。

◇柔性好：直線電動機在每個運轉過程中勻速運動可達到90%以上，整個過程中運動速度變化小，加速度小，所以運動中沒有極大、極小值出現。因此，載荷變化平穩，振動載荷小。

◇長沖程、低沖速采用模塊化方案設計直線電動機，可以通過改變定子長度的方法來調整最大沖程，通過對運行速度的控制來調節沖速。

2 直線電動機與旋轉電動機的功率設計與對比

對于常規旋轉電動機來說，電動機級別的選擇主要依據：必須滿足拖動負載所需的扭矩（一般折算為電動機功率），計算方法如下：

式中：

M——旋轉電動機的扭矩，N·m；

P——電動機功率，kW；

n——電動機的銘牌轉速，min-1。

例如：對于常規Y280S-837kW的電動機而言，其輸出扭矩最大為：

利用扭矩折算電動機功率的計算方法如下：

式中：

ηm——從電動機到曲柄軸的傳動效率，取0.8～0.85；

ω——曲柄軸的角速度。

對于直線電動機，其設計選擇的依據是要滿足拖動負載所需的推力（同樣將其折算成電動機功率）。

式中：

m1——相數；

KP、KQ——橫向邊緣效應復電磁功率系數；

DFa、DFj——縱向邊緣效應電磁力系數；

其實，罪魁禍首是沉迷，不是網游。沉迷便是興趣過于濃厚，超出了自控力。未成年人自控力不強，容易陷于網游不能自拔，乃至走火入魔釀成悲劇。即使是成年人，如果陷于沉迷，后果同樣不堪設想。

S——滑差率；

G——品質因數。

3 現場應用情況

以喇嘛甸油田4-3429井為例，通過前后測試對比，產液增加13t/d，液面下降61m，按百米噸液耗電計算有功節電率達到34.94%，見到了較好的效果，見表1。

表1 4-3429井直線電動機抽油機前后生產數據對比

在相同工作狀況下，分別測試4-3429游梁式抽油機和直線電動機抽油機的示功圖載荷，測試可知，游梁式抽油機的最大載荷與最小載荷差值為16.74kN，直線電動機抽油機為13.41kN，降低19.89%。示功圖面積減小，交變載荷降低，能耗則大幅降低，見表2。

表2 4-3429井直線電動機抽油機載荷與能耗對比

4 結論

[1]陳憲侃,陳萬薇,孫建華.游梁式抽油機與直線電動機抽油機[J].石油鉆采工藝,2003,25(1).

[2]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)．