《油田用抽油机技术改进方案》
本文是抽油机本科论文范文和技术改进方面硕士论文开题报告范文.
摘 要：为适应油田中后期开采,提高油田开采率,降低能耗,提升机械采油设备的功率和产量,本文对常用的油田采油设备及游梁式抽油机的技术改进进行了分析探讨,排除了机械改进的方案,提出了永磁同步电机应用于有杆式采油机的方案论述.
关键词：油田;抽油机改进;永磁电机
本文以辽河油田为例对抽油机的技术改进进行一点探讨.辽河油田是一个已开采五十余年的中后期油田,地质结构复杂,油藏和油品类型多,埋藏深且原油成分复杂,电解质多.且是我国最大的稠油出产油田,原油多数位于深油层.而且,我国大多数的的稠油成分中胶质成分比较多,沥青比较少,粘度偏大,开采成本较高.因而我国已发现的稠油油田中,包括辽河油田,克拉玛依油田,胜利油田,有很大一部分出于经济以及技术原因没有被开采.
现今国际原油市场形势较为低迷,油田对抽油机械的需求量和技术要求也逐年升高,迫切需求相关科研型企业能研制出较为经济节能并适用于现阶段我国油田开采的现状的采油设备.
机械采油主要分为无杆泵采油和有杆泵采油两种,其中无杆泵主要有螺杆泵和电动潜油离心泵.
有杆泵采油在中东和中亚地区,多数采用的采油设备是游梁式抽油机.该类型抽油机是最为常见的有杆泵采油设备,一直在油田开采中占据主导地位,主要适用于深井泵,在各类型油田的采油应用非常广泛,可适应多种油田的原油状况.其特点是流量平稳、压力脉动小、噪声低、效率属高、寿命长、工作可靠;而其突出的优点是输送介质时不形成涡流、可输送高粘度介质.
游梁式抽油机的基本原理即在电机的带动下,在配重块和减速机的配合下,通过抽油机-抽油杆-抽油泵,电动机的高速旋转运动通过减速机转变为需要的速度,通过曲柄连杆机构带动抽油泵的活塞做往复运动,把井底原油输送上来.游梁式抽油机分为前置型、异相形和倍增冲程型等八种类型.因游梁式抽油机的市场应用广泛,本文不再对其结构做具体介绍,仅以前置型为例简要概述.前置型游梁式抽油机的减速箱在支架的前面,缩短了游梁的长度,使得抽油机的规格尺寸大为减小,并且由于支点前移,使上、下冲程不等,从而降低了上冲程的运行速度、加速度、动载荷以及减速箱的最大扭矩和需要的电功率.但体积过大,平衡调节难度大,故障率占比高达28%.
此外,为了节约能源及改善抽油机的受力状态,国际市场还出现了多种类型的新型产品,比如旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁及无梁式抽油机等.
显而易见,近年来游梁式抽油机的弊端越来越凸显.比如,机械传动的能量损失过大,效率平均约20%.且该类型的抽油机惯性载荷非常大,在最高和最低点的加速度非常大,对齿轮和减速机等零部件的冲击力过大,容易发生磨齿,断杆,卡井等问题.另外一个突出缺点是,能耗费用大,在采油成本方面占比高达1/5以上.
为适应市场发展需要,解决上述问题.现阶段可从采油生产管理,抽油泵的能效,减速机和电动机选择等方面着手改进.
在游梁式抽油机降低能耗的问题上,大致有改变结构,改变力矩等几种机械方面的改进方式,然而抽油机的机械结构设计往往要被动适应油田的油井结构.若对油井进行改造,则成本和工程量都过高,而且影响其他油田设备,如掺液装置,储油罐,取样器,多通阀,测温测压等的产品安装分布甚至设计参数,此方法显然是在资金成本和隐性成本上来看是难以实现的.
因而,综合多方面情况,在游梁式抽油机类别的采油机械优化设计上,可考虑选用一种效率高,耗电量低,且可以实现低速大扭矩的电机.
游梁式抽油机原来大多采用三相异步电机,三相异步电动机由于要设计较高的功率因素,就必需把定转子间的气隙做的很小,同时气隙的均匀性对电机的安全运行和振动噪声也至关重要,对此异步电动机对零部件的形位公差和装配同心度的要求就相对严格,对轴承游隙选择的自由度也比较少,较大机座的异步电机通常使用油浴润滑方式的轴承,必需在规定的工作时间内加注润滑油,油腔漏油或加注不及时都会加速轴承失效,在三相异步电动机维修中,轴承的维护占了很大的比例.
近些年,由于石油产品的需求量大增,国内出现了效率更高的永磁同步电机,大多搭配螺杆泵使用,无减速箱,直驱钻头,一次性投资低,安全高效,维护简单,且配有智能化数据存储分析,至今已在大庆,胜利,辽河,长庆等油田得到试装和批量应用.经过5年多的发展,整个体系已趋于完善.螺杆泵厂家国外有耐驰,德国雷士,国内有山东威马,天津泰特等.同时生产油田用永磁同步电机及控制内柜的,国内目前只有桂林星辰科技,单独生产电机或驱动器的,就比较杂了.但到目前为止,还没有哪家公司可以同时生产整套的直驱式螺杆泵抽油机（主要包括永磁同步电机,控制柜,及螺杆泵）.
经了解,永磁同步电机采用耐热、高磁性能钕铁硼永磁材料,磁能积很高,特别是能制成超薄型的永磁体.不需要励磁挠阻,磁场部分没有发热源,不需要冷却处理,耐高温且体积减少了约25%.且因为永磁同步电机没有电流励磁,定子绕组呈现阻性负载,电机的功率因数近于1,提高了电机的效率.同时功率因数的提高,提高了电网品质因数,减小了输变电线路的损耗,输变电容量也可降低,节省了电网投资,环保低碳.
在需要大起动转矩的设备（如油田抽油电机）中,可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的Y系列电机,节省了设备投入费用,提高了系统的运行效能.并且查阅电机选用手册分析可得,Y系列电机在60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30%,力能指标下降40%;而永磁同步电机的效率和功率因数下降甚微,当电机只有20%负荷时,其力能指标仍为满负荷的80%以上.并且具有高力矩惯量比和高能量密度.此外由于永磁同步电机的特点,可免除减速機的维护费用,直接负载运行,节省成本并降低安全隐患.
因此,为了改善机采系统能耗现状,提升系统运行效率,对机采系统进行防偏磨治理,消除设备运行的摩擦阻力,可使用永磁同步电机替换原有电机.
此外可应用电气设备实现电力辅助控制,降低机械载荷,降低最高点的下落加速度,减少冲击应力对零部件和主要结构的磨损,降低维护成本.
参考文献
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抽油机引用文献:
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