抽油機半直驅改造技術及經濟性評價

唐淑艷（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

抽油機作為油田一種常用舉升設備，具有一次性投資低、結構簡單、壽命長等優點，在各大油田廣泛使用。以大慶油田為例，目前的抽油機、螺桿泵、電泵占比分別為79.7%、14.2%和6.1%，抽油機占人工舉升方式的主導地位?，F有游梁抽油機主要利用四連桿機構將曲柄轉動轉換為驢頭的上下往復運動，實現原油開采。四連桿機構的前端動力主要來自于電動機經皮帶減速和減速箱減速后獲得。整個傳動過程中，除皮帶以外的傳動件均為剛性，壽命較長。皮帶由于其耐磨性較差，且長期受拉壓作用，壽命較短，需定期更換。總的來說，皮帶傳動具有如下缺陷：功率損耗較大，不利于節能。一般皮帶傳動的效率只有74.2%～95.0%；壽命較短，要定期更換。更換過程中，需要停機、反復調整電動機和減速箱間距，影響時率且增加了工人勞動量[1-3]；電動機額定功率大，不利于節能。抽油機電動機一般采用Y系列異步電動機，其效率低、啟動轉矩小，為滿足啟動時大扭矩需要，往往配備較大規格電動機，極易造成大馬拉小車情況，不利于節能[4-5]；其他缺陷：潮濕環境皮帶易打滑、皮帶傳動噪音大、電動機及其支架占空間較大等問題。

1 抽油機半直驅拖動技術原理

半直驅技術主要是將普通Y系列異步電動機換成低速大扭矩永磁同步電動機，旋轉速度由高速變為低速；將電動機以聯軸器與減速器輸入軸連接，取消掉皮帶減速環節。實際中，所采用的技術方案是：將電動機軸與減速器輸入軸連接，為保持穩定，電動機下方宜設置固定支撐體；為降低噪音，一般將電動機置于護罩內，并將電動機置于減速箱一側（圖1），其基本參數見表1。

圖1 TYC-CYJ-24-271型半直驅裝置圖

表1 半直驅技術基本參數

采用半直驅永磁電動機取代原有異步電動機和皮帶驅動，具有以下優點：驅動部分占地明顯減??；取消皮帶輪，省去皮帶維護及更換工作，避免皮帶預緊力對傳動效率影響；負載率變化對永磁電動機能效幾乎無影響，電動機始終保持高能效運行；借用減速機固定電動機定子，同軸連接轉子，結構簡單可靠，變頻實現低速大扭矩，變頻調速最低0.1次/min；低噪音，故障率、維修成本低。

2 現場試驗

對A井應用型號為TYC-CYJ-24-271的永磁半直驅拖動裝置，進行了更換前后能耗對比現場試驗。測試標準執行GB/T 12497—2006《三相異步電動機經濟運行》、SY/T 5264—2012《油田生產系統能耗測試計算方法》和SYT 6422—2017《石油企節能產品節能效果測定》三項標準，測試儀器參數及準確度見表2，測試結果見表3。

表2 測試儀器參數及準確度

表3 A井試驗效果

由表3可知，試驗井在應用半直驅技術前后有功節電率18.15%、無功節電率84.71%、綜合節電率為26.08%，節電效果良好。

3 經濟性評價

對其他15井次推廣應用，取得了較高經濟效果，見表4。根據試驗結果，15口井平均單井有功節電3.11 kW，日節電74.64 kWh。考慮半直驅和普通異步直驅電動機投資成本，根據平均節電情況進行經濟測算及投資回收期評價。

表4 15口井應用半直驅技術效果對比

1）老井由異步電動機改造為半直驅電動機時，單井增加投資為單臺改造費用，即半直驅電動機及控制箱費用，每套約為8.2萬元。單井平均有功節電3.11 kW，則年節電2.72×104kWh，按照電價0.637 1元/kWh計算，年節約費用1.74萬元。因此，投資回收期為4.71年。

2）新井投產時由采用異步電動機方案改為采用半直驅方案評價。

此時，單井增加投資可以看做為更換方案增加費用，即“半直驅電動機+控制箱費用”與“常規異步電動機+控制箱費用”之差。其中，常規異步電動機+控制箱一次投資費用約為5.5萬元/套，半直驅電動機+控制箱為8.2萬元，則每套增加費用約為2.7萬元。由單井年節約費用1.74萬元，投資回收期為1.55年。

綜上，相比老井改造，對于新井投產時用半直驅代替常規Y系列異步電動機方案的增加投資額更低，其對應投資回收期更短，更有利于該項技術的進一步推廣。

4 結論

1）將普通Y系列異步電動機變為電動機換成低速大扭矩永磁同步電動機，旋轉速度由高速變為低速；將電動機以聯軸器與減速器輸入軸連接，取消掉皮帶減速環節的半直驅技術可有效彌補皮帶傳動缺陷，實現節能效果。

2）與Y系列YCHD280L-8/6電動機相比，TYC-CYJ-27電動機在有功和無功方面均顯示較好的節電效果，半直驅效果顯著。

3）新井投產方案中，用半直驅代替常規Y系列異步電動機設計，其增加費用對應的投資回收期較短，有利于該項技術的進一步推廣。