抽油機(jī)電動機(jī)驅(qū)動設(shè)備的節(jié)能改造

肖志勇 焦裕璽 王曉東 劉向東 李煒

（1.中石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心；2.山東科技大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院）

油田企業(yè)中電能在總能耗中約占50%，作為油田生產(chǎn)系統(tǒng)中最為重要的抽油機(jī)采油系統(tǒng)，其電耗占全部電耗的30%～40%，中石化油田企業(yè)范圍內(nèi)抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率約為28%，能耗大、系統(tǒng)效率低下直接影響原油開采成本，雖然各油田在抽油機(jī)井上推廣了節(jié)能電動機(jī)、調(diào)速控制裝置等節(jié)能措施，但都只能在一定程度上解決部分問題，不能完全滿足抽油機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能降耗增產(chǎn)的需要[1]。

1 永磁傳動器系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

永磁傳動器主要由永磁轉(zhuǎn)子、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子兩部分組成，根據(jù)氣隙傳遞扭矩技術(shù)研制而成，使得負(fù)載轉(zhuǎn)軸和電動機(jī)扭矩輸出軸之間不通過機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接[2]。永磁轉(zhuǎn)子直接與負(fù)載轉(zhuǎn)軸相鏈接，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子直接與電動機(jī)軸相鏈接，永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子間有一定距離的氣隙，使得負(fù)載與電動機(jī)之間由過去的機(jī)械鏈接變換成磁鏈接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 永磁傳動器的系統(tǒng)構(gòu)成

永磁傳動器一端是由稀有金屬氧化物構(gòu)成的永磁體，傳動器工作時另一端通過導(dǎo)體與磁體之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)磁場，兩個磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，如圖2 所示。永磁傳動器輸出的轉(zhuǎn)速始終小于輸入轉(zhuǎn)速，即存在滑差，永磁傳動器的滑差通常為1%～4%，由于滑差的存在，提高了拖動電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，同時也使得電動機(jī)外特性變軟[3]。

圖2 永磁傳動器工作原理

2 系統(tǒng)性能分析

將永磁傳動器安裝在有桿抽油系統(tǒng)（圖3）中，電動機(jī)外特性變軟，為使電動機(jī)曲柄軸上載荷扭矩和曲柄軸變化更均勻，利用系統(tǒng)中傳動體的慣性扭矩去平衡抽油機(jī)上劇烈的載荷扭矩變化。

圖4 是安裝永磁傳動器前后測得的實(shí)際示功圖，從圖中可以看出，永磁傳動器改變了光桿示功圖的形狀，使最小載荷變大，最大載荷變小，減小了光桿載荷波動，有效降低了對變速箱、電動機(jī)的巨大沖擊力。

利用安裝永磁傳動器前后測得的示功圖及抽油系統(tǒng)的生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)等，得到安裝永磁傳動器前后的曲柄凈扭矩曲線。圖5 數(shù)據(jù)表明，永磁傳動器使曲柄軸扭矩變化更為均勻，可延長部分設(shè)備的使用壽命[4]。

表1 改造前后產(chǎn)量及節(jié)電效果對比

圖3 永磁傳動器現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)物

圖4 安裝永磁傳動器前后的示功圖

圖5 安裝永磁傳動器前后的曲柄軸凈扭矩曲線

3 系統(tǒng)節(jié)能分析

永磁傳動器會減小最大光桿載荷和曲柄軸凈扭矩，在啟動負(fù)載之前永磁傳動器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行在空載，可以提高電網(wǎng)用電效率、降低配用電動機(jī)的功率。安裝永磁傳動器并更換電動機(jī)前后所測得2口井的數(shù)據(jù)見表1。

可以看出，使用永磁傳動器可保持抽油系統(tǒng)的沖速與產(chǎn)液量基本不變，降低了配用電動機(jī)額定功率，電動機(jī)效率提高，負(fù)載率增加，2 口井的有功功率分別減少14.95%、12.30%，無功功率分別減少29.27%、26.29%，系統(tǒng)功率因數(shù)顯著提高，綜合節(jié)電率達(dá)到15.75%、12.99%，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)論

通過對現(xiàn)場大量的永磁傳動設(shè)備測試分析發(fā)現(xiàn)，平均有功節(jié)電率可達(dá)13%，拖動電動機(jī)平均降低容量19%以上，拖動裝置效率達(dá)到90%以上，低效井系統(tǒng)效率也提高到21%以上。由此可見，本裝置可行性強(qiáng)，節(jié)能效果顯著，填補(bǔ)了抽油機(jī)綜合節(jié)電的技術(shù)空白，可廣泛推廣應(yīng)用于國內(nèi)各大油田。

[1]李金華,華偉棠,李鐵.游梁式抽油機(jī)節(jié)能新技術(shù)探討[J].石油機(jī)械,1999,27(12):42-44.

[2]劉華偉,李濂岸,劉郁聰.永磁傳動技術(shù)在抽油機(jī)系統(tǒng)中的節(jié)能效果分析[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報,2014(3):26-31.

[3]趙克中.磁力驅(qū)動技術(shù)與設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:1-19.

[4]李舉林,徐偉偉,王曉東,等.柔性調(diào)速系統(tǒng)在提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率中的應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能,2015(1):23-26.