游梁式抽油機傳動技術(shù)改進

孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責任公司第七采油廠）

游梁式抽油機傳動技術(shù)改進

孫曉麗 張丹丹 劉洪軍 曹鼎洪 侯志欣 （大慶油田有限責任公司第七采油廠）

游梁式抽油機一般采用皮帶傳動，針對皮帶傳動過程中易打滑、易磨損、機械傳動效率低等問題，提出了液力耦合器傳動技術(shù)、永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)與電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)，取代或取消了皮帶傳動機構(gòu)，降低了抽油機的運行能耗，提高了系統(tǒng)效率，同時為低產(chǎn)油井參數(shù)調(diào)整提供了技術(shù)支持。

游梁式抽油機；皮帶傳動；液力耦合器；直驅(qū)驅(qū)動

普通游梁式抽油機運行時，由電動機提供動力，經(jīng)皮帶輪、皮帶與減速箱構(gòu)成的減速機構(gòu)與四連桿機構(gòu)等，帶動抽油管柱上下往復(fù)運動。常規(guī)的傳動方式采用皮帶傳動，而皮帶在運行過程中易出現(xiàn)以下問題：因天氣等原因造成打滑、丟轉(zhuǎn)、燒皮帶現(xiàn)象，降低了抽油機機械傳動效率；皮帶會給減速箱施加一個單邊拉力，使減速箱軸承及支撐件等出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，降低零部件壽命，增加檢修及維護工作量；皮帶本身易于磨損，需經(jīng)常更換，影響油井正常生產(chǎn)的同時，增加了工人勞動強度與維護成本。同時，采用皮帶傳動機構(gòu)，在設(shè)計上必須充分考慮抽油機的高負載啟動問題，抽油機匹配的電動機裝機功率偏大，正常運行時電動機負載下降，出現(xiàn)載荷過低現(xiàn)象，造成能耗的浪費。針對上述問題，介紹三種取代或取消皮帶傳動機構(gòu)的抽油機傳動技術(shù)，提高機械傳動效率，避免因調(diào)節(jié)參數(shù)、更換皮帶造成油井停產(chǎn)，影響產(chǎn)量和增加日常維護成本，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1 技術(shù)組成與工作原理

1.1 液力耦合器傳動技術(shù)

抽油機液力耦合器傳動技術(shù)是由控制箱、底座、高啟動力矩調(diào)速電動機、液力耦合器、專用傳動軸及減速器等部件組成，調(diào)速電動機機軸與液力耦合器主動軸相連接（輸入端），液力耦合器輸出端通過專用傳動軸和減速器與抽油機減速器相連[1]。

該技術(shù)通過控制箱控制調(diào)速，電動機帶動液力耦合器渦輪旋轉(zhuǎn)，將動力傳遞給傳動軸，傳動軸再通過減速器的變向作用將動力傳遞給抽油機減速箱，從而驅(qū)動抽油機四連桿機構(gòu)做功，具體部件連接情況見圖1。電動機在不裝液力耦合器的啟動過程中，由于電動機與負載直接連接，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩需大于負載的啟動轉(zhuǎn)矩，才能使負載順利啟動，電動機加裝液力耦合器后，電動機與液力耦合器泵輪相聯(lián)，負載與液力耦合器的渦輪相聯(lián)，通過液體介質(zhì)，實現(xiàn)相互間的軟聯(lián)接[2]。電動機啟動瞬間，啟動轉(zhuǎn)矩為零，從而使電動機空載啟動。啟動后，電動機逐漸提速，液力耦合器在電動機的帶動下，攪動液體介質(zhì)提速，到達一定轉(zhuǎn)速后，液力耦合器才帶著負載緩慢提速，直至一起達到額定轉(zhuǎn)速，此時抽油機完成啟動。

圖1 抽油機液力耦合器傳動技術(shù)結(jié)構(gòu)

1.2 永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)

抽油機永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)是由抽油機半直驅(qū)同步電動機控制箱、抽油機半直驅(qū)同步電動機、連

接及支撐系統(tǒng)組成。永磁半直驅(qū)電動機設(shè)計采用的是低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機，不存在滑差，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，不因負載加大而丟轉(zhuǎn)，因電動機啟動力矩大，平衡塊在任何位置都可以啟動、停機。永磁半直驅(qū)電動機控制箱是根據(jù)電動機的工作特點設(shè)計的一體化變頻控制箱，旋鈕控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，操控面板直接顯示電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

永磁半直驅(qū)電動機直接安裝在減速箱上，無皮帶、齒輪等傳動機構(gòu)，安裝情況見圖2。工作時，通過控制箱控制電動機啟停，在控制箱變頻控制作用下，可以實現(xiàn)軟啟動。

圖2 抽油機半直驅(qū)電動機安裝示意圖

1.3 電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)

電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)是由抽油機直驅(qū)電動機控制箱、抽油機直驅(qū)復(fù)合電動機及連接系統(tǒng)組成。電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)采用的是低速大轉(zhuǎn)矩永磁復(fù)合電動機，優(yōu)化了電磁及工藝設(shè)計，運行效率較高，電動機直接連接曲柄裝置，取代原有的游梁式抽油機的減速箱、皮帶傳動及電動機拖動系統(tǒng)，提高了抽油機的系統(tǒng)效率；同時采用變頻調(diào)速控制箱，利用變頻調(diào)速方法，設(shè)計控制系統(tǒng)實現(xiàn)抽油機節(jié)能降耗[3]。

2 技術(shù)特點分析與應(yīng)用

2.1 液力耦合器傳動技術(shù)

液力耦合器傳動技術(shù)具備如下特點：

1）可以使電動機在輕載狀態(tài)下啟動，負載在電動機達到峰值轉(zhuǎn)矩后啟動，增大了電動機的加速力矩，提高了電動機啟動負載能力，保證了在降低電動機裝機功率的情況下，抽油機也能順利啟動。

2）液力耦合器具有過載保護功能，當抽油機負載超過一定限度時，液力耦合器易熔塞中的易熔合金熔化，輸出與輸入被切斷，使電動機、抽油機不受損壞，降低設(shè)備故障率。

3）取代了傳統(tǒng)的皮帶傳動，從根本上避免了傳統(tǒng)皮帶打滑、丟轉(zhuǎn)、燒皮帶等現(xiàn)象，減少了停井時間，提高了抽油機系統(tǒng)效率，節(jié)約了原料和人工成本。

在敖南油田進行現(xiàn)場試驗3口井，試驗井平均電動機裝機功率18.5 kW，與試驗前相比，平均有功功率下降0.42 kW，無功功率下降8.6 kvar，功率因數(shù)為0.52，日節(jié)電 10.08 kWh，綜合節(jié)電率11.38%[4]。

2.2 永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)

永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)具備如下特點：

1）可以通過調(diào)整電動機頻率來調(diào)節(jié)抽油機沖速，最低沖速可以達到0.1 min-1，根本上解決間抽油井和貧油油井參數(shù)下調(diào)困難的問題。

2）采用高效稀土永磁半直驅(qū)同步電動機，運行效率較高，低負載率時的效率明顯高于異步電動機。

3）電動機直接安裝在減速箱上，節(jié)省了減速裝置產(chǎn)生的傳動損耗，無需更換、調(diào)節(jié)皮帶，解決了皮帶運行過程中出現(xiàn)的一系列問題。

4）控制系統(tǒng)具備過載、過壓、漏電等保護功能，可顯示電壓、電流等參數(shù)，采用按鈕、旋鈕控制啟停、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，操作簡便。

通過對遼河油田試驗井進行現(xiàn)場測試，有功節(jié)電率24.72%，無功節(jié)電率68.12%，綜合節(jié)電率26.54%，測試井系統(tǒng)效率提高16%，取得了顯著的節(jié)電效果。

2.3 電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)

電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)具備如下特點：

1）電動機直接連接曲柄裝置，徹底解決了減速箱漏油、換油、維修和養(yǎng)護的麻煩，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了在壽命周期內(nèi)，免維護運行。

2）避免了更換皮帶所帶來的生產(chǎn)成本、產(chǎn)量損失和安全事故。

3）采用低速大扭矩永磁復(fù)合電動機，優(yōu)化了電磁及工藝設(shè)計，電動機運行安靜平穩(wěn)，噪音低，自然冷卻條件下，直驅(qū)電動機的繞組溫升不超過40 K，保證電動機長壽穩(wěn)定運行，運行效率較高。

4）調(diào)節(jié)沖速時，在控制箱面板上操作十分便捷，只需調(diào)整旋鈕，同時沖速在數(shù)字屏上顯示。通過進行能效試驗，得出有功節(jié)電率14.22%，無功節(jié)電率92.8%，綜合節(jié)電率21.53%。

通過對比單井改造前后試驗效果，百米噸液耗電節(jié)電率19.03%，系統(tǒng)效率提高2.63%。

3 結(jié)論與認識

1）液力耦合傳動技術(shù)、永磁直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)與電動機直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)取代了傳統(tǒng)的皮帶傳動，降低了抽油系統(tǒng)的傳動損耗，同時解決了皮帶運行過程中打滑、丟轉(zhuǎn)與易磨損等一系列問題。

2）永磁半直驅(qū)驅(qū)動技術(shù)解決了低產(chǎn)井地面參數(shù)下調(diào)困難的問題，且低負載時運行效率明顯高于異步電動機，更適用于間抽油井和貧油油井。

3）電動機直驅(qū)游梁式抽油機克服了傳統(tǒng)游梁式抽油機的傳動鏈長、系統(tǒng)效率低、能耗高與油井工況適配性差等缺點，同時操作系統(tǒng)可實現(xiàn)液面全程控制、遠程操作、遠程監(jiān)控，并配備回饋單元，使過平衡產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)。

[1]徐東，譚寧川，姜成華.抽油機耦合器傳動系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].石油機械，2005，33（3）：34-35.

[2]岳雷，李學廣，李秀英，等.改變抽油機啟動方式的節(jié)能新技術(shù)[J].石油石化節(jié)能，2003，19（10）：33-34.

[3]馮治國，王立洋，唐楊.永磁同步電機直驅(qū)抽油機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代機械，2015（3）：66-68.

[4]侯志欣，冉衛(wèi)東.抽油機液力耦合器傳動技術(shù)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2010（2）：53-55.

（編輯 鞏亞清）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.11.008

孫曉麗，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學，從事采油工程相關(guān)工作，E-mail：jiandingbuyi@163.com，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊，163517。

2016-05-06