抽油機電動機驅動設備的節能改造

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檢測中心；2.山東科技大學電氣與自動化工程學院）

油田企業中電能在總能耗中約占50%，作為油田生產系統中最為重要的抽油機采油系統，其電耗占全部電耗的30%～40%，中石化油田企業范圍內抽油機井平均系統效率約為28%，能耗大、系統效率低下直接影響原油開采成本，雖然各油田在抽油機井上推廣了節能電動機、調速控制裝置等節能措施，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系統的節能降耗增產的需要[1]。

1 永磁傳動器系統構成與工作原理

永磁傳動器主要由永磁轉子、導體轉子兩部分組成，根據氣隙傳遞扭矩技術研制而成，使得負載轉軸和電動機扭矩輸出軸之間不通過機械結構進行連接[2]。永磁轉子直接與負載轉軸相鏈接，導體轉子直接與電動機軸相鏈接，永磁轉子和導體轉子間有一定距離的氣隙，使得負載與電動機之間由過去的機械鏈接變換成磁鏈接，系統結構如圖1 所示。

圖1 永磁傳動器的系統構成

永磁傳動器一端是由稀有金屬氧化物構成的永磁體，傳動器工作時另一端通過導體與磁體之間的相對運動產生感應磁場，兩個磁場相互作用產生轉矩，如圖2 所示。永磁傳動器輸出的轉速始終小于輸入轉速，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，提高了拖動電動機的額定轉差率，同時也使得電動機外特性變軟[3]。

圖2 永磁傳動器工作原理

2 系統性能分析

將永磁傳動器安裝在有桿抽油系統（圖3）中，電動機外特性變軟，為使電動機曲柄軸上載荷扭矩和曲柄軸變化更均勻，利用系統中傳動體的慣性扭矩去平衡抽油機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的生產參數數據等，得到安裝永磁傳動器前后的曲柄凈扭矩曲線。圖5 數據表明，永磁傳動器使曲柄軸扭矩變化更為均勻，可延長部分設備的使用壽命[4]。

表1 改造前后產量及節電效果對比

圖3 永磁傳動器現場應用實物

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 系統節能分析

永磁傳動器會減小最大光桿載荷和曲柄軸凈扭矩，在啟動負載之前永磁傳動器驅動電動機運行在空載，可以提高電網用電效率、降低配用電動機的功率。安裝永磁傳動器并更換電動機前后所測得2口井的數據見表1。

可以看出，使用永磁傳動器可保持抽油系統的沖速與產液量基本不變，降低了配用電動機額定功率，電動機效率提高，負載率增加，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%，系統功率因數顯著提高，綜合節電率達到15.75%、12.99%，節能效果明顯。

4 結論

通過對現場大量的永磁傳動設備測試分析發現，平均有功節電率可達13%，拖動電動機平均降低容量19%以上，拖動裝置效率達到90%以上，低效井系統效率也提高到21%以上。由此可見，本裝置可行性強，節能效果顯著，填補了抽油機綜合節電的技術空白，可廣泛推廣應用于國內各大油田。

[1]李金華,華偉棠,李鐵.游梁式抽油機節能新技術探討[J].石油機械,1999,27(12):42-44.

[2]劉華偉,李濂岸,劉郁聰.永磁傳動技術在抽油機系統中的節能效果分析[J].北京石油化工學院學報,2014(3):26-31.

[3]趙克中.磁力驅動技術與設備[M].北京:化學工業出版社,2004:1-19.

[4]李舉林,徐偉偉,王曉東,等.柔性調速系統在提高抽油機井系統效率中的應用[J].石油石化節能,2015(1):23-26.