复式永磁电动机抽油机设计及现场试验

抽油机作为目前主要的机械采油设备,在油田得到了广泛应用,但由于游梁式抽油机必须通过减速和传动机构才能实现抽油杆的上下往复运动,因此传动效率较低,从而影响油井系统效率的提高。复式永磁电动机抽油机在整体结构上取消了普通游梁式抽油机的所有机械传动部分,采用电动机直接驱动的方式,并在智能变频控制器的控制下实现抽油杆的上下往复运动,是一种结构简单、能耗较低的新型油田采油设备,对实现节能降耗具有重要意义。     

节能型抽油机在萨北油田的应用与探讨

近年来,大庆油田已进入开发中后期,“低流压、低泵效、低产出”油井越来越多,传统的游梁式抽油机由于能耗大、难维修,已经不能适应油井采油工艺的需要.为了弥补上述不足,大庆油田采油三厂第一油矿应用的复式永磁抽油机、游梁直拖式抽油机均采用永磁(复式、直线)电动机进行直接电动机驱动,摒弃了大部分变速传动环节,将传统的旋转驱动变为直线往复驱动,使抽油机具有更加完善的动力性能、运动性能和平衡性能.现场试验前后测试数据的对比分析表明,应用节能电动机驱动的新型抽油机系统效率提高了25%以上,具有较好的节能效果.     

直线电动机直接驱动的节能型抽油机现场应用与评价

常规游梁式抽油机由于其突出的优点一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位,随着油田相继进入开发中后期,井况变得更加复杂,降本增效的任务更加艰巨,对节能型采油设备的需求更加迫切。针对传统游梁式抽油机系统转换效率低、稳定性差的问题,引进复式永磁电动机抽油机、直线电动机抽油机、直接平衡直线电动机抽油机3种由直线电动机直接驱动的节能型抽油机,简化了机械传动过程,有效地提高了效率,通过3种节能型抽油机的现场应用情况,对比分析出不同抽油机的适用条件。     

复式永磁电机抽油机

复式永磁电机抽油机采用复式永磁电动机作为动力,在整体结构上取消了普通游梁抽油机中电机以外的所有机械传动部分,是一种大冲程、低冲次、高效率及低能耗的新型油田抽油设备.新型复式永磁电机抽油机经过各级专业部门的现场测定表明,该设备在同等工况下,抽液量可提高20%,节约用电量10%～60%.     

新型节能抽油机应用技术评价

常规游梁式抽油机是油田主力举升设备,约占油田三种常用举升设备总井数的70%,但是传统游梁式抽油机在运行过程中存在能耗大、结构复杂难维修的问题,并且在机采井年总耗电中约占57%,是油田的能耗大户,已经不能很好适应举升设备节能需要。因此,试验应用新型节能抽油机,既发挥了这种抽油机检泵周期长、实用可靠的特点,又达到了节能降耗的目的,能够有效地突破节能瓶颈。在萨北油田试验应用复式永磁电动机新型抽油机,效果较好,达到了平稳运行和节能降耗的目的。     

净扭矩呈小波动形态的新型抽油机动力学研究

针对常规游梁式抽油机电动机输入功率过高导致抽油机效率低、能耗过高的问题,研制了一种基于摇块机构的游梁变矩式抽油机。该抽油机传动机构在附加平衡载荷条件下,其曲柄轴净扭矩表现出了非常小的波动形态,电动机效率被提高,从而使抽油机的能耗大大降低。对该新型抽油机传动机构的运动和动力学分析结果表明,新型游梁变矩式抽油机较常规抽油机最大净扭矩大幅降低,最小净扭矩明显提高;其载荷波动系数CLF值趋近于1.0;均方根扭矩值较小,表现了较好的节能效果和很好的长冲程运动和动力性能。     

油田抽油机用永磁同步电动机高效运行研究

永磁同步电动机在油田得到大规模应用,应用情况表明,永磁同步电动机在额定电压下运行具有启动转矩大、效率高、功率因数高、节电效果好等优点,但在应用现场发现大量抽油机用永磁同步电动机运行功率因数偏低,能耗比正常水平偏高等问题。分析了负载率、电压变化对永磁同步电动机功率因数的影响,功率因数变化对永磁同步电动机能耗的影响。提出一套自动适应油田电网供电电压变化,实现抽油机用永磁电动机高效运行的技术方案。     

曳引式抽油机运行曲线的优化设计

针对传统游梁式抽油机存在转换效率低和系统稳定性差的问题,设计了曳引式抽油机。该抽油机采用低速大转矩稀土永磁同步电动机,克服了传统电动机无法直接满足负载的低速大转矩要求的不足,取消了机械减速器,采用先进的变频控制技术供电,能更直接地控制抽油机的运行曲线。根据曳引式抽油机速度和位移关于时间的曲线函数以及时间定义域的优化推导结果,再结合华北油田采油厂的实际应用情况可知,曳引式抽油机按照优化设计之后的速度-时间曲线运行具有最佳的节能效果,并可根据实际油井的工况来改变运行速度曲线,从而收到增产降耗的良好效果。     

游梁式抽油机用直驱式永磁复合电动机技术与现场应用

传统游梁式抽油机主要由普通旋转电动机驱动，使系统整体效率低，同时存在能耗大、难维修等缺陷。直驱式永磁复合电动机具有转矩密度高、发热小、效率高，节能效果显著、平均使用成本低、功率因数高等特点，能够满足机械采油节能降耗的需要，达到降低抽油机井能耗的目的，为后期机械采油节能改造提供了技术支持。     

W型曳引抽油机的节电机理研究与应用

为应对传统游梁式抽油机受到新技术、新工艺、新装备的挑战,研制了一种无游梁塔架式W型曳引抽油机。该抽油机以机架为载体,采用外转子稀土永磁同步电动机为动力,电动机直接驱动安装在其两侧的曳引轮。中原、华北等油田现场应用表明,该抽油机有功节电率达37.2%,实测噪声54dB,低于国家标准,提高系统效率10%,受到油田用户普遍好评,与游梁式抽油机相比具有独特的技术性能,凸现出显著的节能特点,值得大力推广和应用。     

电动机换向智能抽油机应用与分析

为了解决游梁式抽油机效率低、能耗高和调整参数复杂等问题 ,研制开发了电动机换向智能抽油机。这种抽油机采用电动机正反转动 ,驱动同轴连接的摆线针轮减速器 ,带动摩擦轮正反向转动 ,使抽油杆上、下运动来抽汲产液。采用开关磁阻调速电动机拖动 ,由可编程控制器进行准确的位置控制 ,来完成抽油工作的整个过程。调速系统功率因数高 ,超载能力强 ,传动线路短 ,对提高系统效率 ,降低能耗 ,方便地调整参数具有明显优势。经测试 ,电动机换向智能抽油机的地面效率在 80 %左右 ,接近有杆泵地面效率理论最高值 ,井下效率在 4 7%左右 ,系统效率在 4 0 %左右。     

无功换向智能抽油机的研制与应用

针对传统游梁式抽油机效率低、能耗高和调整参数复杂等问题,引进了无功换向智能抽油机。该抽油机为塔架式结构,电动机通过电控系统控制实现正反转动,经减速器、弹性柱销联轴器驱动卷筒正反转动,经卷筒缠绕或释放钢绳胶带实现抽油杆上下往复运动,从而抽汲原油。现场应用表明,该抽油机系统效率为35.78%,接近游梁式抽油机系统效率的最大目标值,较胜利油田分公司抽油井平均系统效率提高了9.18%,收到了理想的使用效果。     

抽油机电动机动态载荷模拟仿真优选技术研究

根据抽油机电动机动态载荷的工况,建立了异步电动机仿真模型,采用PID算法调节电动机扭矩使电动机优化运行,通过异步电动机建模的特例对常用四种电动机的恒功率和恒扭矩动态载荷能耗情况进行仿真分析.仿真结果表明:在含少量倒发电的正常油井工况下,永磁电动机在功率因数上有明显的优势,而开关磁阻和高转差电动机具有更高的效率及性能.该仿真控制模型验证了抽油机动态载荷的电动机性能,为油井电动机的优选与改造提供了依据.     

游梁式抽油机节能新技术探讨

针对游梁式抽油机能耗大,工作效率低的问题,提出游梁式抽油机节能的新方法,即在采用优化抽油机结构的基础上,通过改变电动机的工作特性和增加抽油机转动惯量的办法降低抽油机周期载荷系数。指出影响使用高转差率电动机的游梁式抽油机节能的主要因素是抽油机的冲次、电动机转差率和旋转件的转动惯量。采用高转差率电动机,并增加旋转件的转动惯量,是综合提高游梁式抽油机节能效果的有效途径。     

大庆油田游梁式抽油机电动机的节能分析

在大庆油田游梁式抽油机应用的节能电动机大致分为永磁电动机、高转差电动机、变级多速电动机和伺服电动机.在游梁式抽油机标准井上,在不同负荷情况下,对比测试了这四种电动机的综合节电率,分析了其不同的优缺点,为油田合理选配抽油机电动机提供了参考.     

永磁复合电动机直驱游梁式抽油机节能技术的试验应用

游梁式抽油机是目前最主要的采油设备,具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点,但在实际运行中因为需要更换调节皮带盘根、对轴承减速箱进行保养等,工作量较大;另外,电动机启动转矩大,而运行时平均负荷率不到30％,电动机长期低效运行.永磁复合电动机直驱游梁式抽油机技术减少了原动机、皮带、减速齿轮箱三个旋转驱动环节,提高了传动效率,降低了维护成本;同时,永磁复合电动机具有在低负载条件下高效运行的特点,可以有效解决游梁式抽油机的缺陷.经过标准井测试,有功节电率在10％以上,是普通游梁式抽油机节能改造的一个可选方案.     

电动机直驱抽油机的研制及试验

为提高抽油机系统效率,节约电能,满足油田新的开采需求,研制了电动机直驱抽油机。该抽油机将永磁同步电动机悬挂式安装,电动机输出轴与天轮总成轴通过花键联轴器直接连接,省去了减速器和换向机构;特殊胶带绕过天轮总成和导轮总成,一端连接悬挂器,另一端连接配重箱。永磁同步电动机在通入低频电流后,转子做低速正、反转运动,直接通过特殊胶带带动抽油杆做往复直线运动,举升井内液体。现场试验结果表明,电动机直驱抽油机启动电流小,冲程冲次无级可调,有助于提高泵效,比常规游梁式抽油机节电20%左右。     

离合器技术在抽油机中的应用

在抽油机的正常运转中,会出现抽油机减速箱输入轴运转速度大于电动机的驱动速度,以致抽油机拖动电动机发电.由于电动机在抽油机的拖动下转速不定,其发电的频率和相位都不能达到电网要求,从而会“污染”电网,造成电网供电不稳.同时,电动机长期运行在交替发电的工作状态中,会降低电动机的使用寿命,增大机械磨损,增加电动机运行过程中的能耗.超越离合器应用后,通过其特有的机械特性,可以杜绝抽油机反拖电动机现象,降低负功率及有功消耗,提高功率因数,达到增加地面拖动装置的传动效率,提高抽油机系统效率的目的.     

盘式电机驱动自平衡游梁抽油机设计

针对常规游梁式抽油机的驱动系统效率提升空间有限,能耗整体偏高等问题,提出了盘式电机驱动自平衡游梁式抽油机的结构方案。采用盘式永磁电机直接驱动减速器,不需要皮带传动,从而提高地面系统效率; 利用永磁电机的变频调速特性,并结合游梁尾部设计的自动调平衡装置,形成了一套自平衡式抽油机控制方案。根据直驱抽油机对电机尺寸和效率的要求,对盘式电机结构进行优化设计,电机效率可达93.8%。提出 “粗精结合”的自平衡调节方案,以曲柄平衡调节为主、游梁自动平衡调节为辅,建立了根据功率平衡度自动调节平衡的控制策略,实现了抽油机无极调速。电机测试和抽油机现场试验表明:运行过程中盘式永磁电机性能稳定,带动抽油机整体运行平稳可靠,日耗电量下降19.5%,具有良好的节能效果。     

柔性调速系统在提高抽油机井系统效率中的应用

游梁式抽油机是我国油田主要应用的采油举升设备,在原油开采中占有重要的地位。但由于其载荷特性不匹配等原因使其工作时存在输出功率波动大、能耗过高、系统效率低等缺点。结合永磁传动技术和传感器检测技术,设计了抽油机柔性调速系统,经过现场实践证明,能够有效地提高抽油机系统效率,降低了能源损耗。