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螺杆泵直驱技术推广及应用作者：付亚丽来源：《科学与财富》2019年第04期一、螺杆泵驱动器现状截至目前，全油田共有螺杆泵井146口，常开井126口，在蒙古林、宝力格、哈南、锡林作业区应用，平均单井日产液20.93t，日产油1.85t。
地面驱动设备有传统的机械传动和直驱式两种，目前在用直驱驱动装置99口井。
二、传统的机械传动驱动装置存在的缺陷及问题1、设备老化严重，存在安全隐患螺杆泵井从1992年开始在二连公司试验，在2000-2006年大规模推广，目前各作业区驱动器运行时间长，设备老化严重，故障率高。
目前在用机械传动式螺杆泵驱动器基本都在2006年以前投用，并且没有扭矩释放装置，停机后杆柱反扭矩不能完全释放，在检泵作业、驱动器维修等操作过程中，存在较大安全风险。
2、常规驱动器能耗高螺杆泵井传统驱动器采用常规三相异步电动机提供动力、皮带传动、减速器减速的组合驱动方式，由于电机效率低，又通过皮带传动、齿轮减速，降低了传动效率，增加了能耗。
经统计，二连油田机械传动式螺杆泵平均单井日耗电量在151kW·h左右，而地面驱动设备就损耗掉近30-50%有效功率，损耗电量43.5～70 kW·h，能量损失较大。
3、影响上产提液随着油田的不断开发，油田含水也在逐步上升，为保持稳产，单井提液需求也逐步上升，为此采取换大泵、上调生产参数、加深泵挂深度等措施，进一步增大了螺杆泵井的启动扭矩，早期配套螺杆泵驱动器无法满足持续增长的提液需求。
针对以上问题， 2010年以来分公司推广应用了直驱式螺杆泵驱动装置取得了较好效果，该设备在替代传统驱动器方面具有广阔的应用前景。
三、直驱式螺杆泵驱动器前期应用效果评价1、螺杆泵直驱电机技术原理与现用的传统驱动器相比，去掉了皮带和减速箱传动机构，由低速电机直接驱动同轴光杆旋转，因而效率高、能耗小。
其主要由螺杆泵专用电机和系统控制器组成：通过匹配的专用控制器实现平滑调速，在额定电压条件下，转速在额定转速范围内可任意调整。
螺杆泵电机直驱地面技术的应用情况作者：王首道来源：《中国科技博览》2015年第02期[摘要]我矿自2011以来应用螺杆泵电机直驱系统，目前已安装六个厂家的141套直驱。
通过现场试验和效果观察，相比机械式驱动装置和变频器控制柜，该系统更加安全可靠、高效节能、管理方便、密封无渗漏、噪音低，节电率达到25.66%。
减少工人劳动强度和时间、降低抽油杆断脱几率、节约管理成本，具有较好的经济效益和社会效益。
[关键词]螺杆泵电机直驱节能中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01一、电机直驱系统应用情况1、电机直驱螺杆泵系统应用情况截止2014年9月底，我矿在用螺杆泵直驱共141套，历年各厂家安装数量见表12、直驱系统节能情况2013年，直驱系统与普通驱动装置在同井况下可对比120口井。
120口井普通驱动装置平均额定功率17.21Kw，直驱系统平均额定功率19.33Kw。
节能效果对比见表2：直驱系统与普通驱动装置对比平均有功节电率达到25.66%，节能效果较好。
二、电机直驱螺杆泵地面系统的评价经过5年的试验与应用，电机直驱螺杆泵地面系统有了进一步的完善，现对各家进行比较说明：1、三个厂家在原理方面对比情况见下表32、控制柜三个厂家控制柜的对比情况见表43、管理方面：三个厂家的直驱系统，都没有皮带、减速箱两部分，调参不需要更换皮带轮、皮带，以及定期更换齿轮油等，都具有先进的防反转与软起软停功能，有效的降低杆断、杆脱等现象，避免不安全因素，现场管理非常方便。
系统都具有面板显示各种参数功能，显示参数有电流、电压、转速、扭矩、功率，耗电量等，测试方便，基本满足了正常生产需要。
密封方式采用机械密封，东达生产的在电机上端，如需更换或维修，只需停机锁紧封井器后就可以进行更换和维修操作；承压能力达到2.5MPa，承载轴承独立于电机下部，采用油液润滑，可以随时观察液面，避免轴承烧坏。
螺杆泵地面直驱装置在牛心坨油田的节能应用【摘要】螺杆泵采油是近十多年迅速发展起来的一种新型机采方式，但传统的螺杆泵驱动装置采用皮带传动、减速箱齿轮二级减速的驱动方式，降低了传动效率，增加了系统能耗。
而螺新型的杆泵地面直驱装置去掉了皮带和减速机构，由电机直接驱动负载，大大降低了人工劳动强度，降低了电耗，节能效果明显。
【关键词】螺杆泵变频系统效率节能1 前言螺杆泵采油工艺具有结构简单、安装方便、一次性投资低等特点[1]，与抽油机深井泵采油工艺相比，采油效率高、能耗低、原油举升平稳，而且对于出砂量不大的油井能够实现携砂生产，对于高含水稠油井具有稳油降水的作用，利用螺杆泵采油工艺的这些功能及特点，可以有效解决原油生产上存在的问题，在油田上得到了大量的推广应用。
但传统的螺杆泵驱动装置采用皮带传动、减速箱齿轮二级减速的驱动方式，其传动效率只有83%，增加了系统的能耗，制约着油井系统效率的整体提高。
针对这种状况，2011年引进并应用了螺杆泵地面直驱装置。
2 螺杆泵地面直驱装置介绍2.1 技术原理单螺杆泵地面直驱装置是在永磁电机基础上研发的，采用永磁电磁感应原理，与变频技术相结合，通过改变电流的频率控制转速[2]，光杆通过空心轴立式永磁直驱电机直接驱动，取消了传统的皮带传动、齿轮减速传动装置、防反转制动装置。
所有的功能由变频控制器控制，如：软启、软停，防反转，电机的保护，无级调速等。
系统控制流程见图1所示，传感器准确地检测出螺杆泵转子的井下位置，并将位置信号反传给控制器，控制器与输入的指令相结合，将直流电压逐级加到电动机上，使电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。
螺杆泵地面驱动装置的工作原理：光杆通过电机的空心轴伸出，通过方卡子与电机空心轴联接，将电机扭矩传递到泵杆上。
密封组合将动密封与静密封组合在一起，保证采出液不外漏。
电机的下端与承重段联接，它承担全部泵组的重量。
2.2 技术特点新型螺杆泵地面直驱装置与常柜螺杆泵驱动装置相比具有以下几个特点：（1）可直接将输出转矩传递给螺杆泵，省去了现有螺杆泵抽油机复杂的皮带减速传动装置、齿轮箱减速传动装置和防反转制动机构，缩小了体积，免去了齿轮减速箱漏油的烦恼。
水平井螺杆泵地面工艺技术应用研究水平井螺杆泵地面工艺技术应用研究盛国富，井生文，李云飞，苏瑞峰，闫琳琳，丁键(大庆油田有限责任公司第四采油厂)摘要：大庆油田水平井螺杆泵举升工艺没有一套确实可行的地面管理技术，给水平井和开发和管理带来一定的难度，影响油藏开发效益的提高。
为此，通过建立热洗周期基本模型，实施定期高压（掺水或加药）洗井，确定合理洗井周期和洗井量，优化螺杆泵参数匹配，变频抽空保护控制，螺杆泵监测诊断，地面驱动螺杆泵电动机功率选择方法等一系列管理技术研究，使水平井得以有效开发，取得了较好的效果。
关键词：螺杆泵；工艺技术；水平井；螺杆泵适合高粘度、高含气、高含砂油井生产，在直井中已大规模应用，但水平井螺杆泵的应用还有待于探讨和研究。
2004年1月2日，位于大庆第四采油厂杏北油田杏西过度带的一口水平井应用螺杆泵举升，投产初期，先后进行了8次调参，其中调大6次，调小2次，最大转速在235r/min ，调小转速为45r/min ，液面波动在860m 左右，卡泵5次，产量一直不稳定，给油田管理带来了较大的难度。
针对上述情况，开展水平井螺杆泵地面管理技术应用研究，解决该井存在的问题，为今后水平井得以有效开发提供基本依据。
1洗井技术针对交变载荷大，生产运行中结蜡严重的井（电流突然增大或卡泵），现场用加药车直接将药注入油套环形空间，进行清蜡或热洗。
(1)洗井周期确定聚驱油井的热洗周期时，需分析电流的变化，同时考虑油井的含聚浓度及流压等生产系数，因此要用一种准确的方法来确定热洗周期。
采用多元回归分析法建立合理热洗周期的理论公式。
设y 1表示热洗周期，x 11表示日产液，x 22表示含水，x 33表示含聚浓度,x 44表示流压。
置y=ln y 1,x 1=lnx 11,x 2=lnx 22,x 3=lnx 33 x 4=lnx 44，则y 1关于x 11、x 22、x 33、x 44的非线性回归问题便化为y 关于x 1、x 2、x 3、x 4的线性回归，利用下列公式算出协方差及相关系数，建立回归方程，并给出公式(1)：4433221110.03ln x -0.01ln x -0.49ln x 0.28ln x 0.99ln ++=y 44332211ln x 0.03-ln x 0.004-ln x 0.87 ln x 0.34131.0+=e y (1) 现场一般应用洗井（加药）周期的经验公式为：T= 30e x (2)式中T ——热洗周期，d ；e ——为常数，取2.7828；x ——油井含水，%。
一种新式螺杆泵地面驱动技术研究及应用
摘要：螺杆泵地面常规驱动和直驱驱动装置都有各自的优点，但是缺点也相对较为突出。
基于这两种螺杆泵驱动装置存在的问题，最新研制生产的横置式直驱螺杆泵驱动装置，应用小功率电动机直接驱动高效平面传动机构带动光杆转动，由此实现了常规螺杆泵驱动装置与电动机直驱螺杆泵的优势结合。
关键词：横置直驱驱动装置螺杆泵
一、螺杆泵地面驱动装置的应用现状
螺杆泵作为一种新型的机采举升方式，在国内外应用日益广泛。
它主要由两部分组成：地下部分是定子和抽油杆相连的转子；地面部分是与井口部分相连接的驱动装置。
由于这种采油装置体积小，无泄漏，无污染，绿色环保，安全可靠，耗能少，安装方便，能对稠油、高含气、含砂油进行开采。
目前有螺杆泵地面驱动装置主要分为2大类：常规驱动和直驱驱动，这两类驱动都有各自的优点，但是缺点也相对较为突出。
传统的螺杆泵地面驱动装置（简称常规驱动头）是由电动机通过皮带轮带动双面螺旋齿轮，由输出轴带动抽油杆旋转驱动螺杆泵实现抽吸井下流体。
常规驱动头存在皮带轮间接驱动螺杆泵工作，启动扭矩大，功率损耗大，系统效率低。
其制动采用棘轮刹车机构存在安全隐患，且由于双面螺旋齿传动存在转速受限，影响螺杆泵这种举升方式的广泛应用。
螺杆泵电动机直驱装置，该装置是采用低速空心轴电动机直接带动抽油杆旋转，通常选用12级或24级的同步电动机作为动力源，需要配备变频控制装置来控制电动机。
其特点是结构形式简单，直接驱动，转速范围大，适合于高速，借助于变频易实现软启、软停。
缺点是电动机体积大，成本高，能耗高，扭矩小，电动机维修困难，费用高。
在使用过程中经常出现停井现象，增加作业次数。
二、横置式直驱驱动装置结构及创新点
横置式直驱螺杆泵驱动装置主要由永磁同步电机、平面减速机构、井口密封以及变频控制器组成。
它是应用小功率电动机直接驱动高效平面传动机构带动光杆转动。
由于高效平面传动机构的传动比范围大，且体积小、匹配电动机功率低，制造工艺技术成熟，由此实现了常规螺杆泵驱动装置与电动机直驱螺杆泵的优势结合。
1.研发立式隔爆永磁同步电机，实现直接驱动
横置式直驱螺杆泵驱动装置应用小功率交流永磁电机直接驱动高效平面传动减速装置，进而通过光杆驱动井下螺杆泵旋转，实现原油举升。
交流永磁电机设计思路：一是采用稀土永磁三相同步电动机；二是采用立式安装方式；三是电机使用防爆壳体；四是定子部分能够与三相异步电动机通用；
五是开发专用的非标电机凸缘。
立式隔爆永磁同步电机开发的重点为“同步转子”的研制。
采用稀土永磁电机磁路设计理论，通过优化确定了转子的结构形式，进而解决“同步转子”的问题。
同时，根据试验结果，不断完善电机技术。
最终，达到国家相关的永磁同步电机质量标准。
2.研制高减速比的平面减速机构
常规驱动采用双面圆弧齿轮传动，传动比不高，导致转速调节范围小。
采用平面圆弧齿轮传动取代双面圆弧齿轮传动，可以提高传动比，进而扩大转速调节范围。
同时齿轮均要经过高频淬火延长其使用寿命，减速机。
并开发研制减速机构专用壳体，对其内部机构实施保护。
3.研制耐高压井口机械密封机构
密封方式采用波纹管机械密封，密封效果好、寿命长，直接安装在驱动装置的上端，便于驱动装置的拆装及维护。
为进一步提高波纹管机械密封的承压能力，对其进行了几何尺寸和材质的改进，在优化设计的基础上，通过反复试验，使其承压能力能够达到4.0MPa，确保其安全工作的同时，可以满足现场的生产需要。
4.开发出能耗制动控制系统
该技术结合汽车ABS工作原理，配合专用的PLC控制系统，适用于三相异步电动机。
当线圈断电时，在弹簧力作用下摩擦盘与衔铁、机座（或联结板）产生摩擦力，通过齿轮套将传动轴制动，从而实现系统制动；当线圈通电后，在电磁力的作用下，衔铁被吸向磁轭，使摩擦盘松开（此时弹簧被压缩），从而解除制动。
同时，利用写入专用控制程序的PLC芯片，通过智能控制软件达到有规律的缓慢释放驱动杆弹性扭矩的目的。
三、现场应用效果及经济效益分析
横置式直驱螺杆泵驱动技术目前应用6井次，取得了较好的节电效果和较大的经济效益。
与常规驱动螺杆泵相比，平均单井系统效率提高6.70个百分点，有功节电率达10.34%，平均单井日节电17.04kWh。
年可节电17.04kWh×365d=0.62×104 kWh，
6口井合计年节省电费5.04×104元（电价按每千瓦时0.6819元计算）。
四、结论与认识
1.横置式直驱螺杆泵驱动技术结合了常规驱动技术和直驱驱动技术二者的优势，具有高效节能的技术特点。
2.该技术有效解决了常规驱动技术能耗高问题，在适当降低举升能耗的同时，还可以有效改善直驱驱动技术额定扭矩不足的问题。
3.“电磁制动”防反转技术在螺杆泵地面驱动中是一项新的制动技术，从现场试验效果看，该技术具有广阔的应用前景
参考文献：
[1] 蒋召平. 螺杆泵驱动装置故障诊断技术研究. 大庆石油学院，2008，（03）
[2] 李华. 螺杆泵驱动用永磁同步电动机的设计研究. 哈尔滨理工大学，2011，（06）
[3] 张天利. 电机直驱螺杆泵地面系统技术. 油气田地面工程，2008，（08）。
