摘要：螺杆泵是目前油田开采过程中重要的动力输送设备，而目前采油过程实际工况中泵效率相对较低，直驱螺杆泵在采油工艺中的应用使得采油泵的效率和能力得到了大幅的提升。针对目前采油过程中泵效率低的问题，本文对油井采油螺杆泵驱动特性进行了分析。深入的分析了螺杆泵使用过程中的工作特性，研究了在不同的工作转矩和转速下，对带螺杆泵的直驱电机进行了测试，并考虑了转速和转矩对转速效率的影响。在一定的时间间隔内，直驱电机的效率值随转矩和转速的增加而增大，然后缓慢下降。为提高整体采油作业效率，降低采油成本，提供了技术支撑。
关键词：螺杆泵采油；驱动特性；电动机负载扭矩；系统效率
目前，已广泛的应用于各油田生产中，因此，深入开展对直驱螺杆泵的设备性能及泵效率的研究，在提升了直驱螺杆泵在使用时的效率和性能的同时，还能够使生产成本大幅度的降低。通常情况下才有电动机驱动作为驱动装置对油田螺杆泵进行驱动，并进一步将应力通过皮带传递给减速机，减速机进一步传动杆柱和转子，在实际应用中存在着变速器中间环节机械能损失高的问题。电动机的重心不同于井口的轴线，这使得螺杆泵在工作极柱磨损。采用交流永磁同步电机直接驱动螺杆泵型传动，在低速电机使用过程中，驱动机制的本质已经进一步提升，通过除去齿轮传动和皮带传动之间的传动机构方式，提升电机传动螺杆泵的输出效果，这样能够明显提高工作效率。直接驱动螺杆泵系统包括井下螺杆泵和地面直接驱动装置两部分，要提高直接驱动螺杆泵系统的效率和直接从地面驱动螺杆泵系统的效率以及井下螺杆泵系统的效率，从而直接驱动高、低水平的电机效率将直接影响到井下螺杆泵系统的效率。直接驱动螺杆泵系统的效率，因此对直接驱动螺杆泵进行性能测试，找出直接驱动螺杆泵有效工作范围对直接驱动螺杆泵的有效工作具有重要意义。针对上述问题，本文对油井采油螺杆泵驱动特性进行了分析。深入的分析了螺杆泵使用过程中的工作特性，为提高整体作业的采油效率，降低油田的采油成本，提供了技术支撑。
1直驱螺杆泵电动机性能试验
1.1直驱螺杆泵电动机扭矩效率试验
对直驱电动机在转速不同转速下，负载分别为300Nm、500Nm、700Nm、900Nm、1100Nm、1300Nm效率进行了验证，结果见图1。
从图1得到的曲线分析，当电机的转速控制在50r/min时，直驱电动机效率随着负载扭矩增加呈现出先极具增大后缓慢降低的趋势，当负载扭矩为900Nm时，扭矩效率最大，从图中扭矩效率曲线可以看出，直驱电动机在转速50r/min时，其高效工作区间较短，且效率相对较低。
从曲线可以看出，当直驱电动机的转速分别为100r/min、150r/min时，电机的负载扭矩分布在300Nm～1300Nm之间，且从结果中可以看出随着电动机负载扭矩的增加，电机效率值的趋势为逐渐增大。此外，为了进一步研究直驱电动机工作特性和确定其高效工作区间，对转速200r/min、扭矩1500Nm的扭矩效率试验进行进一步考察。对结果进行分析，当直接驱动电机的转速分别为100r/min和150r/min时，负载扭矩在300-1300Nm范围内。随着电机负载转矩值的增大，扭矩效率值也随之增加，当扭矩增加到800Nm以上时，扭矩效率趋于平衡，为了进一步研究直驱电机的工作特性，在转速为200r/min，转矩为1500Nm时进行了转矩效率试验。当转速为200r/min时，电动机扭矩效率值最大可达88%左右，在该条件下，直驱电动机具有较宽高效工作区间，以及较高的工作条件适应能力。
1.2直驱螺杆泵电动机转速效率试验
直驱电机一方面为井下推进腔泵系统提供扭矩，还提供必要的转速来驱动转子。研究电机转速对直驱电机效率的影响，对提高直驱电机的工作效率具有较大研究价值。本实验进一步研究了转速分别为50r/min、100r/min、150r/min、200r/min电机的扭矩效率变化。为研究转速对直驱电机的影响，对直驱电机进行了六组转速和效率试验，即转矩为500Nm，700Nm，900Nm，1100Nm时的转速和效率曲线。通过试验获得的四组直驱电动机的转速和效率曲线，可以看出当扭矩分别为500Nm，700Nm，900Nm和1100Nm时，直接驱动电机的效率随着转速增加而逐渐增加。从直接驱动电机的扭矩效率表可以看出，当直驱电机的转矩值没有变化，电机运行速度增加时，直接驱动的工作效率逐渐增加。继续增加转速，直驱电动机自动停机进入热保护状态，高转速大扭矩电机的时扭矩效率极具下降，电机的热损耗增大。
2 结论
在不同的工作转矩和转速下，对带螺杆泵的直驱电机进行了测试，并考虑了转速和转矩对转速效率的影响。在一定的时间间隔内，直驱电机的效率值随转矩和转速的增加而增大，然后缓慢下降。本章为选择直驱电机的类型奠定了坚实的试验基础。使用直接驱动螺杆泵提高采油效率。
参考文献
[1]王淑珍.直驱螺杆泵在现场应用中的认识[J].中国石油和化工标准与质量，2013(17):169.
[2]张炳义，刘忠奇，杨帅，等.潜油螺杆泵直驱单元组合超细长永磁电机研究[J].石油机械，2017，42(5):63-67.
[3]姜新通，朱春燕，赵振奎.地面直驱式螺杆泵系统[J].黑龙江科技学院学报，2018，2:125-128.
论文作者:徐志强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第16期
论文发表时间:2019/10/17
标签：效率论文; 转速论文; 螺杆泵论文; 扭矩论文; 电机论文; 电动机论文; 转矩论文; 《工程管理前沿》2019年第16期论文;