直驱式螺杆泵在陆上作业区的应用

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【摘要】通过对陆上作业区螺杆泵的现状分析，发现机械式螺杆泵比直驱式螺杆泵多消耗将近25%的电力。通过简述直驱式螺杆泵的原理、结构和特点，统计分析了陆上作业区具有对比评价基础的油井情况，通过具体特例分析查找大能耗原因，发现存在的问题，进一步分析目前螺杆泵方面的节能潜力。然后结合相关部门采取措施，争取让全区螺杆泵处在最佳状态运行，为陆上作业区夺油上产、节能降耗工作做出贡献。

【关键词】直驱式螺杆泵 特点 应用效果 节能潜力

1 前言

陆上作业区自成立以来，自上而下都非常重视节能工作，一直把节能指标作为硬性指标，年底纳入考核。在此前提下，经过我对全区用电情况的统计分析，发现机械式螺杆泵比直驱式螺杆泵多消耗将近25%的电力，所以决定从此方面入手，查找大能耗的原因，发现存在的问题并进一步分析节能潜力，然后采取一系列的措施，争取让全区螺杆泵处于最佳状态运行，为陆上作业区节能降耗工作做出贡献。

2 陆上作业区螺杆泵现状

2.1 使用情况

目前陆上油田作业区共有油井1284口，其中螺杆泵井119口，运行87口，其中直驱式螺杆泵井有67口，机械式螺杆泵井52口。

2.2 能源消耗情况

以2012年7月为例，抽油机和螺杆泵当月消耗电力595.99万千瓦时，占当月消耗总电量1134.63万千瓦时的52.5%。

3 目前存在的问题：

3.1 机械式螺杆泵问题

一是震动大，易造成仪表损坏，存在一定的安全隐患；

二是驱动器漏油严重，易造成污染并损坏驱动器；

三是容易断杆；

四是停机时泵杆弹性恢复产生的高速反转容易脱扣；

五是异响、噪声大；

六是更换皮带不方便，护罩有时磨皮带轮。

4 直驱式螺杆泵的原理及特点

4.1 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%。

4.2 直驱式螺杆泵结构

4.2.1由四大部分组成

（1）电机部分。采用专用直驱式永磁同步力矩电机；空心轴设计，直接驱动光杆。

（2）控制器部分。实现最低转速到最高转速平滑调速；备有GPRS通讯接口，可实现远端监控，网络管理。

（3）软刹车部分。采用电气控制，无机械部件，可靠性高。可释放光杆弹性能量，避免光杆脱扣。

（4）机械密封部分。旋转部分采用机械密封，密封状态稳定。浮动的结构端面，抗振性好，长寿命、环保、免维护。

4.3 主要特点

（1）结构为立式，轴为空心式，便于泵杆穿出，电机底部设有大于20吨重的动载荷的推力轴承。

（2）电机转子为永磁式，由于使用cosΦ=1控制方式，几乎无励磁损耗，额定效率达91%。

（3）螺杆泵在停机时泵杆的弹性储能会快速释放，其电气刹车与传统机械式相比可靠性更高，特性好。

（4）免维护，增加采油工作时间。

（5）能有效防止泵杆断裂等机械事故，（运行更安全。

（6）重心稳，不易损坏井口设备。

（7）高效节能、环保无污染。

（8）油井调参容易。

（9）控制器具有高可靠性、噪声低。

5 直驱式螺杆泵的应用效果

依据冀东油田（监）字第2009015号测试报告，该直驱式螺杆泵驱动器节能改造工程取每口井平均单耗为1.0kW・h/100m・t。运行时间取330天。

1套机械式螺杆泵每年能耗23.95万千瓦时，1套直驱螺杆泵每年能耗17.96万千瓦时，年节能量5.99万千瓦时，按一度电0.8元算，一台直驱式螺杆泵一年可节约电费4.792万元。1台直驱式螺杆泵驱动器投资10 万，仅考虑节能带来的效益，回收期为2.09年。节能法规定投资回收期一般不大于5年是合理投资。

6 特例分析

首先说明节能是一个相对比较的概念，理论上的定义，在抽油机运行参数完全相同的情况下，测试节态和原态，进行比较。

6.1 节能试验效果

为了对比评价直驱式螺杆泵的节能效果，特意选取了35口油井进行对比测试比较，原态为安装机械式螺杆泵的情况，在不改变生产参数的情况下，更换为直驱式螺杆泵。

6.2 特例分析

下面以G36-P1、G104-5P35例进行具体分析：

G36-P1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117.7方，含水99%，电流67安，经测试年耗电24.5万千瓦时。

更换后仍以70转/分生产，泵深898米，泵型1200，日产液量118.5方，含水99%，电流降为48安，经测试年耗电18.4万千瓦时。比更换前电流降低19安，年节省电量6.1万千瓦时，节电率25%，按电费0.8元/千瓦时计算，年节省费用4.88万元。

G104-5P35井更换前后生产及能耗情况：

更换前以140转/分生产，泵深809米，泵型1200，日产液量222.1方，含水98%，电流42安，经测试年耗电23.2万千瓦时。

更换后仍以140转/分生产，泵深809米，泵型1200，日产液量222方，含水98%，电流降为24安，经测试年耗电17.3万千瓦时。比更换前电流降低18安，年节省电量5.9万千瓦时，节电率25.4%，按电费0.8元/千瓦时计算，年节省费用4.72万元。

7 陆上作业区螺杆泵节能潜力分析

依据冀东油田（监）字第2009015号测试报告，该抽油机节能改造工程取每口井平均单耗为2.0千瓦时/100米・吨，运行时间取330天。

1套游梁抽油机每年能耗47.8万千瓦时，1套直驱螺杆泵每年能耗17.96万千瓦时，年节能量29.84万千瓦时，按一度电0.8元算，一台直驱式螺杆泵一年可节约电费23.872万元。

陆上作业区还有52台机械式螺杆泵，不考虑其他因素，仅从理论上分析，若择机全部换成直驱式螺杆泵，平均大约可日节电0.94万千瓦时，每年可共节电311.48万千瓦时，节省费用249.184万元。按每台直线式抽油机10万元成本算，52台共计成本520万元，2.09年可收回成本。

另外保养一台机械式螺杆泵1个月需要300元，1年需要3600元；而保养一台直驱式螺杆泵1个月需要100元，1年需要1200元，每年可节省费用2400元。52台1年可节省保养费用12.48万元。

若电机至少用10年的话，后8年将节省费用1993万元，当有其他采油方式需要转变为螺杆泵生产时，若直接使用直驱式螺杆泵，再通过日常管理加强维护保养，用的时间越长，省的费用就越多。由此可见这方面拥有巨大的节能潜力。

8 结论

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。下一步将从直驱式螺杆泵实际运行中发现的问题入手，结合相关人员对其进行优化，采取一系列的维护保养措施，使其保持最佳运行状态。