关键词：采油举升方式 抽油机 永磁半直驱同步电动机 节能
1引言
当前油田采油举升方式以游梁式抽油机生产方式为主。其主要耗能节点是抽油机设备耗电，抽油机的传动系统采用传统皮带传动方式，皮带传动方式具有适应性广、传动平稳无噪声、结构简单、操作方便等优点，但也存在电机运行效率低、传动效率低、冲次调整范围小、智能化程度低的缺点。
1.1电机与减速箱传动效率低
电机与减速箱之间采用皮带传送方式，而皮带传动存在多种损失，造成传动效率低；同时如果皮带张紧度不足或雨季皮带打滑，影响传动效率，进而影响机采系统效率，增加能耗。
1.2冲次优化受到限制
目前使用的抽油机电机主要是普通异步电动机，采用皮带传动方式，配套最小直径的电机皮带轮为180mm，对应最低冲次为3.5n/min，无法满足低液量井冲次优化的需求，油井长期供液不足生产，造成能耗大，检泵周期短。
1.3维护成本高，智能化程度低
随着油田开采时间的增加，电机及控制柜老龄化严重，电机维修及更换皮带频繁，造成现场工作量大，成本高；同时根据工信部颁布的《高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录》，目前使用的Y系列电机属高耗能、落后设备，与油田智能化建设的方针不相符。
为深挖节能降耗的潜力点，提高能效水平，开展了抽油机井半直驱同步电动机的研究及应用。
2抽油机永磁半直驱同步电动机应用
2.1技术简介
抽油机永磁半直驱同步电动机是专为油田游梁式抽油机设计的低转速、大扭矩永磁同步电动机，主要由永磁半直驱电动机和控制系统及机械连接部分组成，该电机采取直接驱动减速箱输入轴驱动抽油机运行，取消了一级皮带减速机构，是取消皮带传动方式的新的驱动工艺。
2.2主要技术特点
（1）取消一级皮带传动，消除了皮带传动损耗，提高了系统传动效率。半直驱同步电动机安装于减速箱输入轴，直接驱动减速箱输入轴，取消了传动损耗的皮带减速机构，消除了皮带传动损耗，切实提高了采油系统效率。
（2）在低负载情况下实现高效率、高功率因数。在34%负载率情况下，永磁同步电动机效率达94%、功率因数达0.97，远优于异步电动机。
（3）电动机启动转矩大，平衡块在任何位置时，均可以启动和停机。
2.2.4半直驱电机低速运转，运行平稳，提高了抽油机各部件的稳定性和安全性。
（4）节约皮带费用支出，提高人员安全系数，延长减速箱维护周期。
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（5）半直驱抽油机系统可以通过变频技术可调整冲次，最低冲次可以达到1次/分钟，从而可以彻底解决供液不足井的问题。
（6）体积小，安装方便。半直驱同步电动机机身超薄，厚度为160mm，较普通异步电动机体积小，可以直接安装于减速箱输入轴，同时电动机采用软性连接，结构简单，安装方便。
2.3现场应用
为探索抽油机用永磁半直驱同步电动机的节能效果，首先进行了试验应用。在桥***井应用：该井正常生产时工作制度φ32×4.8×3.6×2300m，功图显示供液不足。于2019年5月19日安装抽油机半直驱电机，工作制度保持不变，产状没有变化，安装前日耗电226kW·h，安装后日耗电186kW·h；日耗电降低40kW·h。日节电量40kW·h，节电率17.7%。
由于该井供液能力差，功图供液不足，根据油井生产参数逐步下调冲次，同时监测功图变化。依次调整为3.55次/分、2.48次/分、1.99次/分。分别对应日耗电为160kW·h、132kW·h、109kW·h。
逐渐下调该井的冲次3次，从3.55次/分钟至1.99次/分钟，节电率由29.2%提高到51.8%，节电效果十分显著。根据功图跟踪监测情况来看，第1次调整后，泵的充满程度得到改善，继续下调冲次到1.99次/分后功图饱满，地面生产参数与井下供液能力相匹配。
根据实验结果，现场进行投用10台，效果良好。
3现场效果评价
3.1安全系数高，可操作性强。改造后的装置取消了皮带机构，增加了现场的安全性，并且节约更换皮带的费用，降低了操作人员的劳动轻度。
3.2传动效率高，劳动效率高。采用高效稀土永磁直驱电机，额定状态效率高于异步电动机3-10%，低负载率时效率远超异步电动机，所以综合节电率更高。
3.3维修简便、维护量少。无需更换、调节皮带。电机每半年注油一次即可，每次注油量为150g。并且操作简单，故障点少。
3.4减小减速机偏磨问题。皮带减速机构对抽油机减速机最大的危害是皮带会给减速机施加一个单边拉力，使得减速机轴承及支撑件出现偏磨现象，降低零部件寿命，增加检修及维护工作量。
3.5运行平稳，延长使用寿命。直驱抽油机系统不存在易产生大幅振动的高速装置及皮带，所以振动小。可有效提高抽油机各零部件的寿命，减少维护量。
3.6实现任意位置启停机。电动机启动扭矩大，平衡块在任何位置时，可以随意启动和停机。
3.7取得较好的节能效果及经济效益。节约皮带材料费，减少作业费；根据现场试验及应用情况统计，平均节电量为21.9%，节电效果显著。
4结论与认识
4.1通过优选改造永磁同步电机，满足了游梁式抽油机的安装匹配要求，解决了低产井地面参数下调困难的问题，且传动链减少，系统效率提高，达到了节能降耗，安全高效的目的。
4.2抽油机井半直驱技术具有明显的降低能耗，减少人工及材料成本的特点，既满足低产低能井生产需求，同时也是智能化油田的发展要求，具有良好的推广应用前景。
论文作者:胡新茹
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/22
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