1、新型高效螺杆泵应用及节能分析摘 要：常规螺杆泵举升方式存在地面驱动装置传动效率低、减速器损坏维修费用高、传动装置存在安全隐患等问题，针对这种问题试验应用了直流电动机直驱螺杆泵技术， 介绍了直驱式螺杆泵的原理、结构和特点。分析目前螺杆泵方面的节能潜力。由于直流电动机直拖螺杆泵地面驱动装置电动机转子的磁场为永磁原理，不需要从电网吸收无功功率，所以功率因数接近 1，与普通地面驱动装置相比平均节电率 26.5%，直驱装置运行平稳、可以实现电动机的无级调速，易于操作，管理方便，减少了地面驱动生产维护费用，具有着明显的节能效果。 关键词：螺杆泵应用 节能 近几年随着螺杆泵及相关配套技术的逐步完善，在油田上
2、得到了大量的推广应用。目前普遍应用的螺杆泵举升方式存在地面驱动装置传动效率低、减速器损坏维修费用高、传动装置存在安全隐患等问题，针对这种情况我们试验应用了直流电动机直拖螺杆泵地面驱动技术。该地面驱动装置在节能方面有着明显效果，现场操作起来简单方便，电动机在驱动程序的控制下工作，可以自动实现软启动、软停机、电磁制动等功能。同时，安全性能也大大提高，直驱式螺杆泵驱动装置取消了地面驱动装置的机械减速器和皮带，减少了传动装置，降低了地面故障率。 直驱式螺杆泵驱动装置的应用，进一步提高驱动系统的可靠性及满足螺杆泵在不同的工况下对驱动系统要求，完善了螺杆泵井配套工艺技术，对螺杆泵的普及和发展具有重要意义。
3、 一、直驱式螺杆泵的原理及特点 1.原理 直驱式螺杆泵驱动装置与机械式相比，取消了原螺杆泵的减速机构，减少了传动环节，传动效率较高，由电动机直接驱动光杆，电动机为永磁同步电机，由变频调速装置控制，电机运行功率因数为 1，整套驱动系统高效节能，平均节电率达到 25%。 直拖螺杆泵地面驱动系统主要由光杆方卡、机械密封、驱动电动机、承重轴承箱和封井器等部分组成。光杆穿过电动机的空心轴，通过方卡子与电动机空心轴联接。电动机的转子上铸有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器，作用是准确地检测出转子的位置，并把位置信号发送给智能运算、逻辑控制部分，将直流电压依次加到电动机的各相
4、上，电动机定子上产生的磁场与转子永磁磁场相互作用而使转子转动。 2.技术特点及优势 永磁无刷直流电动机用电子换向装置替代了普通直流电动机的机械换向器，解决了普通直流电动机的换向产生火花等问题，它具有结构简单、运行可靠、维护方便的优点，非常适合螺杆泵的负载特性。 2.1 功率因数高。电动机转子的磁场是永磁的，不需要从电网吸收无功功率，所以功率因数接近 1，节能效果显著。 2.2 调速性能好。实现了电动机的无级调速，转速可由 0min-1 到200min-1 之间任意调整，比变频调速方式更方便、稳定。 2.3 运转稳定性好。直驱装置的重心与光杆重合，对中性好，与电动机侧置式装置相比，高速运转的稳定
5、性更好。 2.4 电动机启动转矩大。启动转矩可为额定转矩的 34 倍，可保证螺杆泵的顺利启动。 2.5 可靠的防反转系统。它由电磁牵制，过压释放和能耗制动三级组成。刹车为能耗制动方式，停机时光杆的弹性恢复力使光杆反转，从而带动电动机反转，刹车电阻及时投入，消耗电动机反转能量，从而达到抑制电动机反转的目的，使系统运行更安全可靠。 二、节能效果分析 新型直驱式螺杆泵与传统机械式螺杆泵相比是高效节能的。 1.电机本身效率低，单井耗能大。输出功率一定时，需要的输入功率就高，耗能就大。几千瓦的感应电机效率一般在 0.7 左右，而直流同步电机效率可达 0.8-0.9。 2.功率因数低，线路损耗大，这是交流
6、电机的固有缺点。直流电动机直拖螺杆泵地面驱动装置电动机转子的磁场是永磁的，不需要从电网吸收无功功率，功率因数接近 1，平均综合节电率达到 26.5%。 3.机械减速器部分有损耗。感应电机本身转速较高，对于螺杆泵需要低转速、大力矩驱动时，只能加装机械或皮带减速器。一般机械减速器的效率在 0.85-0.95。直流电动机直拖螺杆泵地面驱动系统简化了原机械式螺杆泵地面上的驱动部分，无需减速箱和皮带传动装置，可以实现电动机的无级调速，易于操作，减少了地面驱动生产维护费用。 传统机械式螺杆泵电机效率按 75%，皮带效率 92%，齿轮减速按 92%计算，驱动系统效率仅为 63.5%（75%92%92%） 。
7、直驱式螺杆泵驱动系统，转子为永磁式，单用 cos=1 控制方式，几乎无励磁损耗，额定效率可达 91%，在 1/3 负载率时效率也能达到 88%以上。同异步电动机相比较，电机效率提高约 10%。按永磁电机效率 88%，无刷直流控制器效率 95%计算，直驱式螺杆泵驱动系统效率为 83.6%（88%95%） ，而传统机械式仅为 63.5%，提高了 20%。 三、直驱式螺杆泵的应用及效果 截止目前厂共更换螺杆泵直驱装置 63 口井，其中由抽油机改为螺杆泵使用 12 口井，螺杆泵普通驱动更换为直驱驱动装置 51 口井。通过统计试验数据表明，消耗功率由 7.32 kW 下降到 5.13 kW，下降了 2.
8、19 kW，平均吨液百米耗电由 1.02 kWh 下降到 0.75 kWh，下降了 0.27 kWh，平均综合节电率达 26.5%，节能效果明显。 对两种更换方式进行了分别对比，通过对由抽油机改为螺杆泵 12 口井更换前后进行能耗数据对比来看，消耗功率由 7.93 kW 下降到 5.50 kW，下降了 2.43 kW，吨液百米耗电由 1.17 kWh 下降到 0.72kWh，下降了 0.45 kWh，平均综合节电率达 38.5%，应用螺杆泵直驱装置与抽油机举升方式相比节能效果很显著。 对普通螺杆泵更换直驱前后能耗数据对比，消耗功率由 6.39 kW 下降到 4.03 kW，下降了 2.36kW
9、，平均吨液百米耗电由 0.97 kWh 下降到 0.76kWh，下降了 0.21 kWh，平均综合节电率达 21.6%，螺杆泵直驱装置与普通驱动相比也有很好的节能效果。对普通螺杆泵驱动装置更换为直驱装置后，针对不同级别的泵型进行详细分类对比分析，根据统计数据分析，小泵型、低产液井比大泵型、高产液井节电效果好，节电率相对较高。 G36 一 Pl 井更换前后生产及能耗情况：更换前以 70 转/分生产，泵深 898 米，泵型 1200，日产液量 1177 方，含水 99%，电流 67 安，经测试年耗电 24.5 万千瓦时。经过对直驱式螺杆泵的现场运行考验，显示出了其具有突出的优势。它将先进的无级调速
10、驱动系统与螺杆泵完美结合，使油井运行更安全化、智能化，把螺杆泵采油工艺技术提高到一个新水平。 四、结论 1.新型直驱式螺杆泵将先进的无级调速驱动系统与螺杆泵完美结合，使油井运行更安全化、智能化，把螺杆泵采油工艺技术提高到一个新水平。 2.新型直驱式螺杆泵比常规螺杆泵相比，系统效率提高 12.5%，节能效果达到 32%，所以新型直驱式螺杆泵节能性能更为突出，效果十分显著，节能效果将会非常明显。在实现增产降耗，节约生产成本，提高经济效益方面具有良好的推广应用前景。 参考文献 1韩修挺.螺杆泵采油原理及应用M.北京：工程大学出版社，2007：19-38. 2张学元.油气工业中细菌的腐蚀与防护J.石油与天然气化工，1999：52-56. 3郭庆鼎，赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用M.北京：中国电力出版社，2009：121-153. 4秦曾煌.电工学M.北京：高等教育出版社，1981：51-66. 5严煦世.给水工程M.北京：中国建筑工业出版社，1999：306-320.
