电机直驱螺杆泵技术的应用前景

林雪松(黑龙江省大庆市东北石油大学，黑龙江 大庆 163000)

电机直驱螺杆泵技术的应用前景

林雪松(黑龙江省大庆市东北石油大学，黑龙江 大庆 163000)

在2006年开始对电机直驱螺杆泵地面系统进行研究与试验，取得了一定的技术成果。为了更好地使该系统运转安全可靠、高效节能、利于维护、方便管理、减少工人的劳动强度、节约成本，今年选择三个厂家进行研究与试验。通过现场试验和效果观察，该系统（500型以下螺杆泵地面直驱系统）克服了启动力矩小,机械密封承压低等问题。能够顺利软起；达到高效节能的目的。现场基本达到免维护，节约了成本，具有很好的经济效益和社会效益。

直驱；螺杆泵；应用前景

1 国外螺杆泵采油技术的新进展

由于转子上人工橡胶的使用,使得修井成本降低了50%。复合材料定子的抗磨性和抗腐蚀性都有所提高,这就保证了其下井时间延长。这种复合材料的螺杆泵的技术正在进行大范围的室内实验与现场实验。下一步的发展将会是全复合材料的定子和转子。单螺杆液动机-单螺杆泵装置、多头螺杆泵：美国泵服务有限公司(American Pump Services,Inc.)研制了螺杆衬套副为4∶5头的井下采油多头单螺杆泵。与单头单螺杆泵相比,多头螺杆泵大大地减小了泵的几何尺寸,提高了泵的排量和压头,降低了泵的转速,减轻了泵的振动。新型大流量高粘度螺杆泵、无杆螺杆泵系统、金属定子螺杆泵、多瓣螺杆泵、新型定子衬套副材料/转子的表面处理.在腐蚀和磨蚀性环境下,表面硼化处理的转子比表面镀铬的转子寿命长得多。试验已证明,在磨蚀性条件下,表面硼化处理的转子寿命是表面镀铬转子的5倍。表面具有碳化钨层的转子也比传统镀铬的转子好得多。目前国内螺杆泵转子的表面处理主要是镀铬。

2 电机直驱螺杆泵地面系统结构与原理

两年来，我厂共应用了4个厂家11口井；通过归类，在原理上有两种，一种是直流力矩电机系统，10口井；一种是交流力矩电机系统，1口井；现在分别介绍：

2.1 直流电机直驱地面系统的结构

直流直驱螺杆泵地面系统由智能控制器和直流永磁力矩无刷电机组成；其中智能控制器由整流滤波、功率单元、智能控制和键盘显示四个部分组成。

2.2 直流电机直驱地面系统的原理

将交流电源变成平滑稳定的直流电源，提供给直流电机，直流电机缓慢转动到设定的转速，带动井下泵举升油液。

2.3 交流电机地面系统的结构

交流直驱螺杆泵地面系统由智能控制器和交流永磁力矩电机组成；其中智能控制器由整流滤波、逆变单元、系统控制、键盘显示四个部分组成；

2.4 交流电机地面系统的原理

将三相交流电源变成直流电，通过逆变器后，又变成交流电，并将交流电加到交流电机的各项上，使交流电机不断的旋转，带动井下泵举升油液。

2.5 电机直驱系统防反转原理

当系统停机（或停电以及系统故障）时，系统内能耗电阻接通，阻值又一定,反转速度越快，发电制动力矩越大，从而抑制了电机反转速度，使抽油杆回到初始状态。

3 电机直驱系统应用效果

3.1 电机直驱系统应用情况

截止到目前，电机直驱螺杆泵系统500型以下在我厂共应用11口井。2006年试验山东生产的3口井，运转时间最长的566天。目前已经起出。

3.2 节能情况

（1）单井测试状况

通过测试，4个厂家平均有功功率2.8 KW，平均功率因数0.987，平均吨液百米耗电0.71 KWh。

（2）各厂家耗能状况

平均吨液百米耗电：东达3口井0.50KWh，采研1口井0.77 KWh，山东3口井平均0.79 KWh，力神1口井1.05 KWh。从图上看东达吨液百米耗电较低，其次是采研生产的。

直流与交流两种系统的耗能状况，直流系统3个厂家7口井，平均吨液百米耗电0.67 KWh，交流系统1个厂家1口井吨液百米耗电1.05KWh，直流系统比交流系统的吨液百米耗电低0.38KWh。由于交流系统只有1口井，节能效果需要进一步论证。

（3）直驱系统与普通驱动装置在同井况下耗能对比

电机直驱与普通驱动装置在同井况下对比平均单井有功功率由4.17KW下降至2.86KW，下降1.31KW，节电率达到31.41%；吨液百米耗电下降25个百分点，节电效果明显。

4 直驱系统结构及形式

4.1 直驱系统整体结构及形式

4.2 控制柜

采研生产的电控柜外形美观，结构尺寸合理。

4.3 管理方面

由于没有皮带、减速箱两部分，电控箱还可以显示电流、电压、转速，东达的还能显示扭矩、功率，基本满足了正常生产需要，管理非常方便；密封方式采用机械密封，无渗漏；

承载轴承三家在电机外部，油液润滑，利于维护、无噪音，寿命长。山东在电机内部，油脂润滑，如果损坏，电机整体需要更换，增加成本，不利于维护。目前现场基本达到免维护。

4.4 直驱系统运转状况

现场应用的8口井，都能顺利的软起软停，替代普通机械式驱动装置正常运转。存在不足：一是采研、力神的直驱系统界面显示的转速与实际转速不同，相差10-15转/分；二是山东的直驱系统1口井运转中有偷停现象；三是力神0-60转/分低转速时井口震动。目前，东达的未发现问题。

4.5 调参方面

东达生产的电控箱调参方便，旋转按钮即可调参，利于岗位工人操作。

4.6 节电效果

从节能效果看，东达公司生产的直驱系统吨液百米耗电最低，其次为采研生产的直流直驱系统。

4.7 价格

两种直驱系统的价格试验阶段都为6万元，推广后可下降为平均5.5万元左右，小泵型在5.2-5.5万元之间，大泵型在5.5-5.8万元之间。

4.8 寿命

从结构原理上分析：交流系统永磁电机的转子是在硅钢片的槽中用铝铸成的鼠笼式绕组，磁钢采用面贴式结构，永磁材料为烧结钕铁硼；而直流系统电机的转子是在硅钢片的槽中嵌入稀土永磁磁钢，一旦受到高温等因素的影响，可能退磁。交流系统的使用寿命长一些。实际寿命应该进一步考察。

林雪松，男，黑龙江省齐齐哈尔市人，本科毕业于东北石油大学石油工程专业，现就读于东北石油大学油气田开发专业。