游梁式抽油機(jī)用直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

曾文淵 （大慶油田第三采油廠第二油礦采油一隊(duì)，黑龍江 大慶 163000）

現(xiàn)階段，我國(guó)油田作業(yè)中所使用的抽油機(jī)設(shè)備，大多數(shù)還是傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)類(lèi)型。鑒于生產(chǎn)設(shè)備存在的廣泛性，完全替換需要大量的成本，而通過(guò)改造的方式可以實(shí)現(xiàn)功能，并具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)采用的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的來(lái)源，電機(jī)有兩種類(lèi)型，即異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)，其原理是經(jīng)多級(jí)減速箱并經(jīng)連桿和游梁做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率很低，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要經(jīng)多級(jí)減速箱和連桿機(jī)構(gòu)輸出，整體的系統(tǒng)效率為30%左右；同時(shí)，這種抽油機(jī)一旦發(fā)生損壞，它的維修工作很困難，在使用中能源的消耗量很大，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化油井作業(yè)的需求。

同時(shí)，研究證明，決定電機(jī)體積大小的主要因素是轉(zhuǎn)矩而不是功率，傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)在設(shè)計(jì)上存在明顯的缺陷，轉(zhuǎn)矩不足是最大的問(wèn)題。常見(jiàn)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度通常是20-50knm/m3，高轉(zhuǎn)矩密度通常需要特殊的冷卻措施。直接使用永磁同步電動(dòng)機(jī)代替感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、帶輪、齒輪箱驅(qū)動(dòng)束抽運(yùn)梁抽油機(jī)，電機(jī)的體積將超過(guò)相同的扭矩規(guī)格的機(jī)械減速機(jī)齒輪箱。

1 直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

直驅(qū)式永磁復(fù)合電機(jī)結(jié)構(gòu)充分利用空間的兩端的外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)閥瓣的形狀定子和外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)固定在一起，兩個(gè)閥瓣形狀的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子筒的外轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)向外，形成一個(gè)三維封閉的空間同樣體積的復(fù)式結(jié)構(gòu)，還不到的外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型結(jié)構(gòu)和閥瓣結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更大的扭矩。

直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1.1 高轉(zhuǎn)矩密度，體積約為同規(guī)格的永磁同步電動(dòng)機(jī)的2/3一1/2。

1.2 不需要任何降溫措施，發(fā)熱小，效率高，節(jié)能效果顯著。

1.3 沒(méi)有減速齒輪障礙，無(wú)需潤(rùn)滑，具有過(guò)載打滑功能，平均使用成本低。

1.4 功率因數(shù)高，和是相等的，永磁同步電機(jī)。

1.5 無(wú)位置傳感器控制器驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)控制和低速高扭矩輸出。

目前，國(guó)內(nèi)油田作業(yè)中采用的設(shè)備型號(hào)通常為CYJ8-3-37H和CYJ10-3-37HB兩類(lèi)抽油機(jī)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)加減速器組成。采用Y-225M-6型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)是:額定功率30KW，額定轉(zhuǎn)速980r/min，額定轉(zhuǎn)矩292Nm，額定效率85%-90%，功率的因數(shù)不大于0.8；減速器采用的是JLH850-37型，主要技術(shù)參數(shù)是為：額定轉(zhuǎn)矩3000Nm，減速比31.4，中心高560毫米，額定效率90%-95%，皮帶輪效率90%-95%。

2 直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)與常規(guī)舉升設(shè)備對(duì)比

直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)改造的抽油機(jī)使用溶液范圍一般小于60t/d，其結(jié)構(gòu)性能為永磁復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)和變頻器替換減速箱，內(nèi)部具有電動(dòng)機(jī)控制箱，采用直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，曲柄平衡，在保養(yǎng)方面十分簡(jiǎn)單，無(wú)需更換皮帶和減速箱潤(rùn)滑油，故障率很低。

以下通過(guò)三類(lèi)常規(guī)性抽油機(jī)設(shè)備與直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，嘗試分析出其在各方面的細(xì)節(jié)的優(yōu)勢(shì)。

2.1 與下偏杠鈴抽油機(jī)的對(duì)比

相比之下，下偏杠鈴的使用溶液范圍比較寬，一般在40-100t/d，性能結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在游梁尾部加下偏杠鈴，改變力矩，減速方式主要利用的是減速箱與皮帶相結(jié)合的方式，平衡單靠曲柄無(wú)法完成，需要尾部杠鈴復(fù)合平衡。使用過(guò)程中比較容易出現(xiàn)故障，維護(hù)的方面很多。

2.2 復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)不存在游梁結(jié)構(gòu)，使用的溶液范圍很廣，0-140t/d之間均可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在易損件方面性能良好，但需要專(zhuān)業(yè)的人員進(jìn)行維護(hù)，企業(yè)的維護(hù)成本開(kāi)支很大。

2.3 塔架式數(shù)控抽油機(jī)

塔架式速控抽油機(jī)和復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)有很多想死的地方，在使用溶液范圍和結(jié)構(gòu)性能上幾乎是一致的，但是在驅(qū)動(dòng)方式上，依然采用的是永磁同步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減速箱和鏈輪進(jìn)行減速。維護(hù)方面需要專(zhuān)業(yè)的人員，但較為便捷的是，可維護(hù)的范圍很小，使用企業(yè)可以根據(jù)需要進(jìn)行培訓(xùn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合分析可知，直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)。首先，直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)可以降低抽油機(jī)井能耗。與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)有顯著的節(jié)電效果，用電量不足傳統(tǒng)抽油機(jī)的五分之一；并且大幅度地提高了系統(tǒng)效率，降低了單位產(chǎn)油耗電量，是降低單井能耗的有效方法。其次，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。由于直驅(qū)式永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)的參數(shù)調(diào)整非常方便，在沖程、沖速方面均可通過(guò)變頻柜控制，從而降低了整機(jī)的的成本，降低了故障率。

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