電機(jī)直驅(qū)螺桿泵技術(shù)的應(yīng)用前景

林雪松(黑龍江省大慶市東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163000)

電機(jī)直驅(qū)螺桿泵技術(shù)的應(yīng)用前景

林雪松(黑龍江省大慶市東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163000)

在2006年開始對(duì)電機(jī)直驅(qū)螺桿泵地面系統(tǒng)進(jìn)行研究與試驗(yàn)，取得了一定的技術(shù)成果。為了更好地使該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠、高效節(jié)能、利于維護(hù)、方便管理、減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約成本，今年選擇三個(gè)廠家進(jìn)行研究與試驗(yàn)。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和效果觀察，該系統(tǒng)（500型以下螺桿泵地面直驅(qū)系統(tǒng)）克服了啟動(dòng)力矩小,機(jī)械密封承壓低等問題。能夠順利軟起；達(dá)到高效節(jié)能的目的。現(xiàn)場(chǎng)基本達(dá)到免維護(hù)，節(jié)約了成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

直驅(qū)；螺桿泵；應(yīng)用前景

1 國(guó)外螺桿泵采油技術(shù)的新進(jìn)展

由于轉(zhuǎn)子上人工橡膠的使用,使得修井成本降低了50%。復(fù)合材料定子的抗磨性和抗腐蝕性都有所提高,這就保證了其下井時(shí)間延長(zhǎng)。這種復(fù)合材料的螺桿泵的技術(shù)正在進(jìn)行大范圍的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。下一步的發(fā)展將會(huì)是全復(fù)合材料的定子和轉(zhuǎn)子。單螺桿液動(dòng)機(jī)-單螺桿泵裝置、多頭螺桿泵：美國(guó)泵服務(wù)有限公司(American Pump Services,Inc.)研制了螺桿襯套副為4∶5頭的井下采油多頭單螺桿泵。與單頭單螺桿泵相比,多頭螺桿泵大大地減小了泵的幾何尺寸,提高了泵的排量和壓頭,降低了泵的轉(zhuǎn)速,減輕了泵的振動(dòng)。新型大流量高粘度螺桿泵、無桿螺桿泵系統(tǒng)、金屬定子螺桿泵、多瓣螺桿泵、新型定子襯套副材料/轉(zhuǎn)子的表面處理.在腐蝕和磨蝕性環(huán)境下,表面硼化處理的轉(zhuǎn)子比表面鍍鉻的轉(zhuǎn)子壽命長(zhǎng)得多。試驗(yàn)已證明,在磨蝕性條件下,表面硼化處理的轉(zhuǎn)子壽命是表面鍍鉻轉(zhuǎn)子的5倍。表面具有碳化鎢層的轉(zhuǎn)子也比傳統(tǒng)鍍鉻的轉(zhuǎn)子好得多。目前國(guó)內(nèi)螺桿泵轉(zhuǎn)子的表面處理主要是鍍鉻。

2 電機(jī)直驅(qū)螺桿泵地面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

兩年來，我廠共應(yīng)用了4個(gè)廠家11口井；通過歸類，在原理上有兩種，一種是直流力矩電機(jī)系統(tǒng)，10口井；一種是交流力矩電機(jī)系統(tǒng)，1口井；現(xiàn)在分別介紹：

2.1 直流電機(jī)直驅(qū)地面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

直流直驅(qū)螺桿泵地面系統(tǒng)由智能控制器和直流永磁力矩?zé)o刷電機(jī)組成；其中智能控制器由整流濾波、功率單元、智能控制和鍵盤顯示四個(gè)部分組成。

2.2 直流電機(jī)直驅(qū)地面系統(tǒng)的原理

將交流電源變成平滑穩(wěn)定的直流電源，提供給直流電機(jī)，直流電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)井下泵舉升油液。

2.3 交流電機(jī)地面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

交流直驅(qū)螺桿泵地面系統(tǒng)由智能控制器和交流永磁力矩電機(jī)組成；其中智能控制器由整流濾波、逆變單元、系統(tǒng)控制、鍵盤顯示四個(gè)部分組成；

2.4 交流電機(jī)地面系統(tǒng)的原理

將三相交流電源變成直流電，通過逆變器后，又變成交流電，并將交流電加到交流電機(jī)的各項(xiàng)上，使交流電機(jī)不斷的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)井下泵舉升油液。

2.5 電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)防反轉(zhuǎn)原理

當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)（或停電以及系統(tǒng)故障）時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能耗電阻接通，阻值又一定,反轉(zhuǎn)速度越快，發(fā)電制動(dòng)力矩越大，從而抑制了電機(jī)反轉(zhuǎn)速度，使抽油桿回到初始狀態(tài)。

3 電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用效果

3.1 電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用情況

截止到目前，電機(jī)直驅(qū)螺桿泵系統(tǒng)500型以下在我廠共應(yīng)用11口井。2006年試驗(yàn)山東生產(chǎn)的3口井，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)的566天。目前已經(jīng)起出。

3.2 節(jié)能情況

（1）單井測(cè)試狀況

通過測(cè)試，4個(gè)廠家平均有功功率2.8 KW，平均功率因數(shù)0.987，平均噸液百米耗電0.71 KWh。

（2）各廠家耗能狀況

平均噸液百米耗電：東達(dá)3口井0.50KWh，采研1口井0.77 KWh，山東3口井平均0.79 KWh，力神1口井1.05 KWh。從圖上看東達(dá)噸液百米耗電較低，其次是采研生產(chǎn)的。

直流與交流兩種系統(tǒng)的耗能狀況，直流系統(tǒng)3個(gè)廠家7口井，平均噸液百米耗電0.67 KWh，交流系統(tǒng)1個(gè)廠家1口井噸液百米耗電1.05KWh，直流系統(tǒng)比交流系統(tǒng)的噸液百米耗電低0.38KWh。由于交流系統(tǒng)只有1口井，節(jié)能效果需要進(jìn)一步論證。

（3）直驅(qū)系統(tǒng)與普通驅(qū)動(dòng)裝置在同井況下耗能對(duì)比

電機(jī)直驅(qū)與普通驅(qū)動(dòng)裝置在同井況下對(duì)比平均單井有功功率由4.17KW下降至2.86KW，下降1.31KW，節(jié)電率達(dá)到31.41%；噸液百米耗電下降25個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)電效果明顯。

4 直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及形式

4.1 直驅(qū)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及形式

4.2 控制柜

采研生產(chǎn)的電控柜外形美觀，結(jié)構(gòu)尺寸合理。

4.3 管理方面

由于沒有皮帶、減速箱兩部分，電控箱還可以顯示電流、電壓、轉(zhuǎn)速，東達(dá)的還能顯示扭矩、功率，基本滿足了正常生產(chǎn)需要，管理非常方便；密封方式采用機(jī)械密封，無滲漏；

承載軸承三家在電機(jī)外部，油液潤(rùn)滑，利于維護(hù)、無噪音，壽命長(zhǎng)。山東在電機(jī)內(nèi)部，油脂潤(rùn)滑，如果損壞，電機(jī)整體需要更換，增加成本，不利于維護(hù)。目前現(xiàn)場(chǎng)基本達(dá)到免維護(hù)。

4.4 直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的8口井，都能順利的軟起軟停，替代普通機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。存在不足：一是采研、力神的直驅(qū)系統(tǒng)界面顯示的轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速不同，相差10-15轉(zhuǎn)/分；二是山東的直驅(qū)系統(tǒng)1口井運(yùn)轉(zhuǎn)中有偷停現(xiàn)象；三是力神0-60轉(zhuǎn)/分低轉(zhuǎn)速時(shí)井口震動(dòng)。目前，東達(dá)的未發(fā)現(xiàn)問題。

4.5 調(diào)參方面

東達(dá)生產(chǎn)的電控箱調(diào)參方便，旋轉(zhuǎn)按鈕即可調(diào)參，利于崗位工人操作。

4.6 節(jié)電效果

從節(jié)能效果看，東達(dá)公司生產(chǎn)的直驅(qū)系統(tǒng)噸液百米耗電最低，其次為采研生產(chǎn)的直流直驅(qū)系統(tǒng)。

4.7 價(jià)格

兩種直驅(qū)系統(tǒng)的價(jià)格試驗(yàn)階段都為6萬元，推廣后可下降為平均5.5萬元左右，小泵型在5.2-5.5萬元之間，大泵型在5.5-5.8萬元之間。

4.8 壽命

從結(jié)構(gòu)原理上分析：交流系統(tǒng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子是在硅鋼片的槽中用鋁鑄成的鼠籠式繞組，磁鋼采用面貼式結(jié)構(gòu)，永磁材料為燒結(jié)釹鐵硼；而直流系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是在硅鋼片的槽中嵌入稀土永磁磁鋼，一旦受到高溫等因素的影響，可能退磁。交流系統(tǒng)的使用壽命長(zhǎng)一些。實(shí)際壽命應(yīng)該進(jìn)一步考察。

林雪松，男，黑龍江省齊齊哈爾市人，本科畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)就讀于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)。