永磁電泵技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用

耿森 范子濤 任和

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和石油開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，海洋石油行業(yè)正面臨著提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗和環(huán)境影響的挑戰(zhàn)。在此背景下，永磁電泵作為一種創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。其卓越的性能和優(yōu)勢(shì)使其成為海洋石油領(lǐng)域的一種理想選擇。以渤海油田B26井的實(shí)際案例為例進(jìn)行深入研究。通過(guò)對(duì)渤海油田B26井的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行案例分析，深入了解永磁電泵在海油石油領(lǐng)域的實(shí)際效果和優(yōu)勢(shì)，為海油石油行業(yè)中對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗和環(huán)境影響的追求提供有益的參考和借鑒。

1 永磁電泵技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 結(jié)構(gòu)組成

永磁電泵由永磁電機(jī)、保護(hù)器、分離器、離心泵組成。永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子用永磁體取代導(dǎo)條，無(wú)需勵(lì)磁，顯著降低無(wú)功損耗，系統(tǒng)效率較感應(yīng)電機(jī)提高20%以上。

1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）永磁電機(jī)采用永磁體，無(wú)需勵(lì)磁，系統(tǒng)效率較感應(yīng)電機(jī)提高20%以上。永磁同步電機(jī)平均生產(chǎn)效率約90% ，感應(yīng)電機(jī)平均生產(chǎn)效率約60%，而且永磁電機(jī)高效區(qū)寬，如圖1所示。

圖1 永磁電機(jī)對(duì)比常規(guī)電機(jī)特性曲線圖

在功率相同的條件下，永磁電機(jī)的長(zhǎng)度約是感應(yīng)電機(jī)的50%，單節(jié)114電機(jī)功率達(dá)261kW。 因此在更小的尺寸條件下，電泵在作業(yè)時(shí)有更好的通過(guò)性，并有更多的工藝選擇。

根據(jù)8℃熱劣化規(guī)則：A級(jí)絕緣材料使用的溫度超過(guò)105℃時(shí)，溫度提高8℃，其壽命會(huì)縮短一半。而永磁電機(jī)發(fā)熱小，其運(yùn)轉(zhuǎn)溫度較感應(yīng)電機(jī)低10℃以上，在小排量油井、稠油井等油井中無(wú)需導(dǎo)流罩散熱等散熱工藝，因此永磁電機(jī)有更廣泛的適用范圍 。

永磁電機(jī)變頻啟動(dòng)扭矩為運(yùn)行扭矩的2倍，感應(yīng)電機(jī)變頻啟動(dòng)扭動(dòng)為運(yùn)行扭矩的1.2倍，提高60%以上。更大的啟動(dòng)扭矩、更低的啟動(dòng)電流，對(duì)稠油、出砂等復(fù)雜井況有更好的適用性。

永磁同步電機(jī)，運(yùn)行頻率20～120Hz，轉(zhuǎn)速范圍寬，考慮到離心泵等系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，推薦轉(zhuǎn)速2000～3600r/min，更寬的排量范圍、更成熟的泵型、更高的泵效。

2 工藝設(shè)計(jì)

B26井設(shè)計(jì)泵掛吸入口深度1176m MD/1022m TVD，根據(jù)最新的產(chǎn)量預(yù)測(cè)該井前3年預(yù)測(cè)的產(chǎn)量270～300m3/d，前5年預(yù)測(cè)的產(chǎn)量270～300m3/d，管柱結(jié)構(gòu)為7"尾管內(nèi)的普合管柱，采用三段式電纜穿越器；推薦方案：538系列137級(jí)BE2700泵+513系列吸入口+387系列保護(hù)器（兩節(jié)）+450系列永磁電機(jī)216.6HP（參數(shù)：216.6HP/1900V/59A@100Hz）。

計(jì)算選泵過(guò)程由下列數(shù)值確定：流壓3MPa；第3年產(chǎn)量達(dá)到300m3/d；根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行揚(yáng)程修正，修正系數(shù)選75%；電機(jī)效率為85%；選用137級(jí)BD2700泵型（見(jiàn)表1）。

表1 電潛泵參數(shù)

第1年生產(chǎn)預(yù)測(cè)參數(shù)為：Liquid rate：270m3/d，SIBHP：8.9MPa，DD：5.0MPa，WC：92%，GOR：110m3/m3；在產(chǎn)量為270m3/d的工況下，電潛泵的運(yùn)行頻率為74.6Hz，電機(jī)的負(fù)載為34.12%，電機(jī)電流30A。

第3年生產(chǎn)預(yù)測(cè)參數(shù)為：Liquid rate：300m3/d，SIBHP：8.9MPa，DD：5.5MPa，WC：93%，GOR：110m3/m3；在產(chǎn)量為300m3/d的工況下，電潛泵的運(yùn)行頻率為80Hz，電機(jī)的負(fù)載為39%，電機(jī)電流32.2A（見(jiàn)圖2）。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 基本井況

B26井為渤海油田壓裂礫石充填油井，2014年2月28日投產(chǎn)，生產(chǎn)層段為L(zhǎng)54-L86，射孔厚度43.5m，分3段防砂合采管柱生產(chǎn)。全井最大井斜43.49°，補(bǔ)心海拔46.1m。生產(chǎn)段砂體孔隙度19%～30%，滲透率86-2947mD。

3.2 作業(yè)程序

（1）起出原井機(jī)組

核算井下管柱解封前后弱點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度及井架極限載荷，作為解封上提噸位依據(jù)。起原井油管立于鉆臺(tái)，請(qǐng)仔細(xì)檢查油管是否完好，檢查油管外觀有無(wú)腐蝕、漏點(diǎn)情況，檢查油管內(nèi)部有無(wú)堵塞情況，及時(shí)反饋，并做好記錄

（2）刮管洗井（備用）

渤海油田大多數(shù)井為7″尾管井，為保證大尺寸機(jī)組成功下入，下泵作業(yè)前要進(jìn)行一趟刮管洗井作業(yè)。

（3）管柱下入

每下10柱或200m在電纜收放機(jī)處進(jìn)行絕緣直阻測(cè)量。下放過(guò)程中，保持電纜收放機(jī)上電纜接地裝置連接牢固，有效接地。收放機(jī)操作人員穿戴絕緣PPE，設(shè)警示帶，無(wú)關(guān)人員不得入內(nèi)。

（4）井下電纜穿越器安裝

在電纜收放機(jī)測(cè)量絕緣直阻，將井下電纜穿越器安裝在封隔器上。在井下電纜穿越器上端電纜端部安裝專(zhuān)用接地裝置，下電纜穿越器下端電纜連接。用剪線鉗從封隔器下端合適位置截?cái)鄤?dòng)力電纜的2根芯線，先將這2根芯線與井下穿越器下端電纜的2根芯線進(jìn)行連接。用剪線鉗截?cái)鄤?dòng)力電纜的第3根電纜芯線，并將這個(gè)芯線與井下穿越器下端電纜的第3根芯線進(jìn)行連接。電纜穿越器上端電纜的連接時(shí)，

先將封隔器井下電纜穿越器上端電纜的2根芯線從接地裝置中取出，并與封隔器上方動(dòng)力電纜的2根芯線進(jìn)行對(duì)接（電纜收放機(jī)上的電纜始終連接接地裝置，并且保持有效接地）；然后將封隔器電纜穿越器上端電纜的第3根芯線從接地裝置中取出，并與動(dòng)力電纜第3根芯線的進(jìn)行對(duì)接。

（5）井口電纜穿越器和采油樹(shù)安裝

電纜收放機(jī)電纜端部進(jìn)行絕緣直阻測(cè)量后，在電纜穿越器主體上端安裝具有接地功能的作業(yè)帽。將電纜穿越器主體穿入油管掛，旋緊固定連接螺紋，用絕緣鋼鋸在合適位置鋸斷動(dòng)力電纜的2根芯線，去除這2根芯線的絕緣層約20mm；然后將裸露的導(dǎo)體插入并固定在專(zhuān)用接地裝置的2個(gè)接線孔內(nèi)，并將接地夾夾在電纜鎧皮上；最后再用絕緣鋼鋸截?cái)嗟?根電纜芯線，并與電纜穿越器下端電纜的一根芯線進(jìn)行連接。取下動(dòng)力電纜的接地裝置，將剩余2根電纜與電纜穿越器電纜進(jìn)行連接。去除電纜穿越器主體上端的作業(yè)帽，驗(yàn)（放）電確認(rèn)無(wú)電后，測(cè)量電纜穿越器主體上端處三相絕緣和直阻；測(cè)量完畢在電纜穿越器主體上端安裝絕緣保護(hù)蓋（不安裝帶接地功能的作業(yè)帽）。將油管掛坐入油管頭四通內(nèi)，按照平臺(tái)現(xiàn)有程序拆立管防噴器、安裝采油樹(shù)。在電纜穿越器上接頭電纜尾端，安裝接地裝置，并保持電纜芯線通過(guò)接地裝置與電纜鎧皮良好接觸。去除電纜穿越器主體上端的絕緣保護(hù)蓋；用高壓驗(yàn)電棒對(duì)穿越器主體上端芯線進(jìn)行驗(yàn)（放）電，確認(rèn)無(wú)高壓電后，再用萬(wàn)用表進(jìn)行低壓驗(yàn)（放）電，并確認(rèn)無(wú)電后將電纜穿越器上接頭與主體進(jìn)行連接。將穿越器上接頭電纜連接至油井安全隔離箱或井口接線箱。

（6）交井，地面設(shè)備連接與調(diào)試

安裝地面安全隔離箱或安全隔離功能模塊，用地面專(zhuān)用電纜將安全隔離箱與井口接線箱進(jìn)行連接，用地面專(zhuān)用電纜將井口接線箱與變壓器或變頻器進(jìn)行連接。通電查看、調(diào)試安全隔離箱或安全隔離模塊功能是否正常。按照機(jī)組參數(shù)進(jìn)行變頻器、變壓器設(shè)置與調(diào)試。

（7）啟泵

60Hz啟泵（永磁電機(jī)是4極電機(jī)），啟動(dòng)后根據(jù)井口出液情況及憋壓值，確認(rèn)泵的轉(zhuǎn)向是否正確、管柱是否漏失，泵轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)需要調(diào)相序確保電機(jī)為正轉(zhuǎn)。啟泵后，注意對(duì)參數(shù)進(jìn)行觀察和記錄，投產(chǎn)后校訂變頻器設(shè)置。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）作業(yè)前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)內(nèi)容宣貫或培訓(xùn)，使其熟悉操作流程和要求。

（2）電機(jī)、保護(hù)器注油應(yīng)從電泵機(jī)組的下部向上注，注油速度在8～12r/min之間，注油重復(fù)3次，間隔3min，以電機(jī)和保護(hù)器溢出油不見(jiàn)氣泡為止。

（3）管柱下入時(shí)，每下10柱或200m時(shí)，用兆歐表在電纜收放機(jī)上電纜端部進(jìn)行絕緣電阻和三相直流電阻測(cè)量，電機(jī)額定電壓小于1000V時(shí)用500V檔位測(cè)絕緣；電機(jī)額定電壓大于等于1000V時(shí)用2500V檔位測(cè)絕緣。

（4）下井過(guò)程中電纜對(duì)地絕緣值應(yīng)不低于500MΩ，下井完成后機(jī)組對(duì)地絕緣應(yīng)不低于100MΩ；機(jī)組三相直流電阻不平衡率應(yīng)小于等于2%。

（5）對(duì)作業(yè)設(shè)備、工具定期維護(hù)保養(yǎng)、檢驗(yàn)，保證其合格、有效。

（6）井口電纜穿越主體安裝操作期間，禁止正擠、環(huán)空補(bǔ)液等操作。

（7）必須穿戴好絕緣PPE（高壓絕緣鞋和高壓絕緣手套，絕緣等級(jí)1×104RV）后，先驗(yàn)電（放電），確認(rèn)無(wú)電后再進(jìn)行作業(yè)，除測(cè)量絕緣直阻外，其它電路操作原則上要在電路接地的情況下進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）永磁電泵以其高效節(jié)能和可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)成為海油石油行業(yè)的理想選擇。其高效能量轉(zhuǎn)換率和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，能夠提高能源利用效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，并減少對(duì)環(huán)境的不良影響。

（2）合理的工藝設(shè)計(jì)在永磁電泵應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用。在選型、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面，合理的工藝設(shè)計(jì)能夠確保永磁電泵的性能和可靠性。注意事項(xiàng)包括合適的選型考慮、適當(dāng)?shù)陌惭b方法和定期的運(yùn)行維護(hù)等。

（3）以渤海油田B26井的實(shí)際應(yīng)用為例，展示了永磁電泵在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果。通過(guò)深入研究該案例，得出永磁電泵在提高石油開(kāi)采效率、降低能源消耗和環(huán)境影響方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

（4）本文還強(qiáng)調(diào)了一些作業(yè)程序，如合理的操作確保了永磁電泵的穩(wěn)定運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性。這些程序是保障永磁電泵在海洋石油領(lǐng)域應(yīng)用中效果的關(guān)鍵要素。