于颜铭
（黑龙江省大庆市采油二厂第四作业区采油六区四队）
摘要：为了有效的解决传统机械式螺杆泵容易断杆、停机时泵杆弹性恢复产生的高速反转容易脱扣，易飞轮等故障，在三元区安装新型直驱式螺杆泵。这种直驱式螺杆泵不仅可以达到高效节能的效果，并且可以有效防止泵杆断裂等机械事故，降低工人劳动强度，有很好的发展前景。
关键词：直驱式螺杆泵；三元驱；安全
在三元驱的生产过程中，由于地层中注入聚合物、表活剂和碱，使得采出液的粘度增加，极易造成杆、管结垢，地面系统表现为电流升高快、变化频繁，载荷增大，扭矩增加，传统机械式螺杆泵停机时易产生的高速反转发生易脱扣，易飞轮等故障，为了有效的解决这些问题，三元区引进了新型直驱式螺杆泵，这种直驱式螺杆泵是在传统机械式螺杆泵基础上，去掉了皮带传动的机械部分，采用立式空心轴电机直接驱动螺杆泵光杆。直驱式螺杆泵驱动系统可以达到高效节能的效果，并且可以有效防止泵杆断裂等机械事故，降低工人劳动强度，有很好的发展前景。
一、目前传统机械式螺杆泵存在的问题
（1）传统机械式螺杆泵驱动泵杆的力矩无法控制，由于所配电机为异步恒频恒压控制，再加上所配电机容量较大（最小为15KW），而平均有功功率为6KW左右，当井下发生异常或地面出口管线阻塞等时，而泵杆的速度总是保持不变，无法降速，即无法限制泵杆的扭矩，这样就会造成扭断泵杆、井下螺杆泵定子脱落、减速器内齿轮断裂、烧坏电机等故障。
（2）螺杆泵停机后或卡泵时，贮存在杆柱中的弹性变形能会快速释放，使杆柱快速反转。（如图1）
在油管及外输管线内的液体与套管内井液压差作用下，螺杆泵会变成液压马达，使转子及连接的杆柱快速反转。油套压差越大，杆柱反转速度越快，持续时间越长，直到油套压差恢复平衡为止。螺杆泵的反转不仅会使杆柱脱扣、光杆甩弯，地面驱动装置零部件损坏，而且会危及设备的安全，还会危及现场维护操作人员的安全，成为生产事故的隐患。
（3）高速异步电机、皮带、减速器机械噪声较大，安全系数低，需要经常检查皮带的松紧情况，减速箱的振动情况及是否有异常声响，维护工作量大。
（4）油井调参需要改变皮带轮大小，要选择备用的带轮和皮带，然后停机，再由人工操作，拆装带轮和皮带，调整完毕后起机运转。如果应用的井数增多，则现场维护和管理的工作量必然增加，而且增加躺井几率。
二、新型直驱式螺杆泵驱动系统组成
（1）螺杆泵专用电机。该电机为三相无刷直流永磁电机，通过匹配专用控制器实现平滑调速，在额定电压下，转速在0～220转/分范围内连续可调。结构为立式，轴为空心式，便于泵杆穿出，电机底部设有大于20吨重的动载荷的推力轴承，这样电机能承受小于10吨重的井下整个螺杆泵体和光杆。
（2）系统控制器。采用三相直流无刷控制方式，实现对永磁无刷电机速度和力矩精确控制，可以对电机、泵和杆的智能保护。
（3）软刹车部分。新型直驱式螺杆泵的刹车采用电气控制，在控制箱内设有能耗电阻和独立的刹车控制器。（如图2）
三、新型直驱式螺杆泵驱动系统解决了以下七方面问题
（1）系统安装了无刷直流控制器，采用三相直流无刷控制方式，可以有效防止泵杆断裂等机械事故。无刷直流控制器可以准确控制永磁电机的力矩，当杆泵的力矩增大，超出设定力矩时，控制器会减速，按最大限制力矩控制模式控制。而且，当地下短时发生沙堵，控制器能够做到允许电机输出超过额定扭矩1.5～2倍，时间约为1～2分钟，出现无油和轻载（定子脱落、断杆）等情况时，控制器也能识别。对于一些故障能够进行显示，便于处理。
（2）软刹车技术实现可靠停机，防止倒转，可有效避免抽油杆脱扣及机械损坏甚至人身伤害事故。软刹车技术属于抑制型控制方式，在控制箱内设有能耗电阻和独立的刹车控制器。停机操作时（或系统失电），泵杆弹性释放，会拖动永磁电机反转，接通刹车电阻。泵杆反转的加速度越大，电阻吸收的能量就越多，即发电制动力就越大，最终使泵杆回到初始状态。同时螺杆泵下次启动时，初始启动力矩很小，便于启动，修井作业也不会出现反转问题。
（3）免维护，增加采油工作时间。直驱式由于在结构上较传统机械式省去了机械减速箱和皮带传动装置，使机械维护量大大降低，降低了工人劳动强度。同时降低了维护时间，相应就增加了采油工作时间。
（4）有效降低盘根渗漏油问题。新型直驱式电机为低速直接驱动，对螺杆泵杆的驱动为四周均匀驱动方式，不产生侧摆力，大大减轻了盘根的渗漏油问题，实际运行也明显比较出，新型直驱式驱动系统比传统机械驱动系统盘根渗漏大大降低。
（5）油井调参容易。螺杆泵控制器与变频器相类似，不需要另外安装变频器，调参操作简便直观，方便现场管理。工人可以通过控制器的人机界面，调整螺杆泵的运行速度，直观监视螺杆泵的运行状态，输出转速连续可调。这比传统式改变皮带轮的大小或电机绕组调
速头的有级调速方式相比性能更为优越。
（6）噪声低。新型直驱式螺杆泵由于电机运行速度很低，它的机械噪声很小，与传统机械式高速异步电机、皮带、减速器机械噪声相比下降约15分贝，特别适合居民区和路边的油井。
表1系统效率对比表
*
（7）与传统螺杆泵相比更具技能效果。下表为安装的几口直驱螺杆泵系统效率前后对比表，从表中数据可以看出在前后产液平均增加5.7t，电机功率增加2KW的同时，日节电量平均250.14 KW.h。（表1为传统螺杆泵更换直驱螺杆泵前后系统效率对比表）
四、存在问题
（1）变频器为全英文设置，采油工操作起来比较困难。
（2）机箱设计是缺少散热风扇，容易造成温度过高，导致过热停机。
五、结语
通过理论和实际使用情况分析，直驱式螺杆泵驱动系统安全可靠，并且可以有效防止泵杆断裂等机械事故，增加采油工作时间，故障显示明确，降低工人劳动强度，有很好的发展前景。
参考文献：
[1] 佘庆东 螺杆泵驱动装置 ［J］；国外油田工程；2005年12期
论文作者:于颜铭
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期
论文发表时间:2015/11/2
标签：螺杆泵论文; 电机论文; 控制器论文; 力矩论文; 机械论文; 永磁论文; 系统论文; 《电力设备》2015年3期论文;