電機直驅螺桿泵技術的應用前景

林雪松(黑龍江省大慶市東北石油大學，黑龍江 大慶 163000)

電機直驅螺桿泵技術的應用前景

林雪松(黑龍江省大慶市東北石油大學，黑龍江 大慶 163000)

在2006年開始對電機直驅螺桿泵地面系統進行研究與試驗，取得了一定的技術成果。為了更好地使該系統運轉安全可靠、高效節能、利于維護、方便管理、減少工人的勞動強度、節約成本，今年選擇三個廠家進行研究與試驗。通過現場試驗和效果觀察，該系統（500型以下螺桿泵地面直驅系統）克服了啟動力矩小,機械密封承壓低等問題。能夠順利軟起；達到高效節能的目的。現場基本達到免維護，節約了成本，具有很好的經濟效益和社會效益。

直驅；螺桿泵；應用前景

1 國外螺桿泵采油技術的新進展

由于轉子上人工橡膠的使用,使得修井成本降低了50%。復合材料定子的抗磨性和抗腐蝕性都有所提高,這就保證了其下井時間延長。這種復合材料的螺桿泵的技術正在進行大范圍的室內實驗與現場實驗。下一步的發展將會是全復合材料的定子和轉子。單螺桿液動機-單螺桿泵裝置、多頭螺桿泵：美國泵服務有限公司(American Pump Services,Inc.)研制了螺桿襯套副為4∶5頭的井下采油多頭單螺桿泵。與單頭單螺桿泵相比,多頭螺桿泵大大地減小了泵的幾何尺寸,提高了泵的排量和壓頭,降低了泵的轉速,減輕了泵的振動。新型大流量高粘度螺桿泵、無桿螺桿泵系統、金屬定子螺桿泵、多瓣螺桿泵、新型定子襯套副材料/轉子的表面處理.在腐蝕和磨蝕性環境下,表面硼化處理的轉子比表面鍍鉻的轉子壽命長得多。試驗已證明,在磨蝕性條件下,表面硼化處理的轉子壽命是表面鍍鉻轉子的5倍。表面具有碳化鎢層的轉子也比傳統鍍鉻的轉子好得多。目前國內螺桿泵轉子的表面處理主要是鍍鉻。

2 電機直驅螺桿泵地面系統結構與原理

兩年來，我廠共應用了4個廠家11口井；通過歸類，在原理上有兩種，一種是直流力矩電機系統，10口井；一種是交流力矩電機系統，1口井；現在分別介紹：

2.1 直流電機直驅地面系統的結構

直流直驅螺桿泵地面系統由智能控制器和直流永磁力矩無刷電機組成；其中智能控制器由整流濾波、功率單元、智能控制和鍵盤顯示四個部分組成。

2.2 直流電機直驅地面系統的原理

將交流電源變成平滑穩定的直流電源，提供給直流電機，直流電機緩慢轉動到設定的轉速，帶動井下泵舉升油液。

2.3 交流電機地面系統的結構

交流直驅螺桿泵地面系統由智能控制器和交流永磁力矩電機組成；其中智能控制器由整流濾波、逆變單元、系統控制、鍵盤顯示四個部分組成；

2.4 交流電機地面系統的原理

將三相交流電源變成直流電，通過逆變器后，又變成交流電，并將交流電加到交流電機的各項上，使交流電機不斷的旋轉，帶動井下泵舉升油液。

2.5 電機直驅系統防反轉原理

當系統停機（或停電以及系統故障）時，系統內能耗電阻接通，阻值又一定,反轉速度越快，發電制動力矩越大，從而抑制了電機反轉速度，使抽油桿回到初始狀態。

3 電機直驅系統應用效果

3.1 電機直驅系統應用情況

截止到目前，電機直驅螺桿泵系統500型以下在我廠共應用11口井。2006年試驗山東生產的3口井，運轉時間最長的566天。目前已經起出。

3.2 節能情況

（1）單井測試狀況

通過測試，4個廠家平均有功功率2.8 KW，平均功率因數0.987，平均噸液百米耗電0.71 KWh。

（2）各廠家耗能狀況

平均噸液百米耗電：東達3口井0.50KWh，采研1口井0.77 KWh，山東3口井平均0.79 KWh，力神1口井1.05 KWh。從圖上看東達噸液百米耗電較低，其次是采研生產的。

直流與交流兩種系統的耗能狀況，直流系統3個廠家7口井，平均噸液百米耗電0.67 KWh，交流系統1個廠家1口井噸液百米耗電1.05KWh，直流系統比交流系統的噸液百米耗電低0.38KWh。由于交流系統只有1口井，節能效果需要進一步論證。

（3）直驅系統與普通驅動裝置在同井況下耗能對比

電機直驅與普通驅動裝置在同井況下對比平均單井有功功率由4.17KW下降至2.86KW，下降1.31KW，節電率達到31.41%；噸液百米耗電下降25個百分點，節電效果明顯。

4 直驅系統結構及形式

4.1 直驅系統整體結構及形式

4.2 控制柜

采研生產的電控柜外形美觀，結構尺寸合理。

4.3 管理方面

由于沒有皮帶、減速箱兩部分，電控箱還可以顯示電流、電壓、轉速，東達的還能顯示扭矩、功率，基本滿足了正常生產需要，管理非常方便；密封方式采用機械密封，無滲漏；

承載軸承三家在電機外部，油液潤滑，利于維護、無噪音，壽命長。山東在電機內部，油脂潤滑，如果損壞，電機整體需要更換，增加成本，不利于維護。目前現場基本達到免維護。

4.4 直驅系統運轉狀況

現場應用的8口井，都能順利的軟起軟停，替代普通機械式驅動裝置正常運轉。存在不足：一是采研、力神的直驅系統界面顯示的轉速與實際轉速不同，相差10-15轉/分；二是山東的直驅系統1口井運轉中有偷停現象；三是力神0-60轉/分低轉速時井口震動。目前，東達的未發現問題。

4.5 調參方面

東達生產的電控箱調參方便，旋轉按鈕即可調參，利于崗位工人操作。

4.6 節電效果

從節能效果看，東達公司生產的直驅系統噸液百米耗電最低，其次為采研生產的直流直驅系統。

4.7 價格

兩種直驅系統的價格試驗階段都為6萬元，推廣后可下降為平均5.5萬元左右，小泵型在5.2-5.5萬元之間，大泵型在5.5-5.8萬元之間。

4.8 壽命

從結構原理上分析：交流系統永磁電機的轉子是在硅鋼片的槽中用鋁鑄成的鼠籠式繞組，磁鋼采用面貼式結構，永磁材料為燒結釹鐵硼；而直流系統電機的轉子是在硅鋼片的槽中嵌入稀土永磁磁鋼，一旦受到高溫等因素的影響，可能退磁。交流系統的使用壽命長一些。實際壽命應該進一步考察。

林雪松，男，黑龍江省齊齊哈爾市人，本科畢業于東北石油大學石油工程專業，現就讀于東北石油大學油氣田開發專業。