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  • 永磁電機大幅提升人工舉升系統生產效率

    時間:2022-08-15 10:28 來源:未知 作者:songxinyuan
    目前世界大多數國家都處在能源結構持續調整和轉型改革過程中,綠色低碳是發展大趨勢,石油和天然氣公司在油氣勘探和生產技術領域不斷創新。在過去的十年中,隨著電機技術的進步,永磁電機已證明有助于簡化生產操作,提高生產效率并顯著節省能源。

    傳統的螺桿泵驅動頭由感應電機驅動,該電機以高轉速運行,并具有兩個主要部件——定子和轉子。定子是一個外部的、不動的腔室,它通過交流電產生磁力,“誘導”轉子旋轉。定子呈圓柱形,由一圈電磁鐵、開槽鋼和鐵層組成。銅線纏繞在圓柱體內部,形成磁極。轉子由一組圍繞圓柱布置的電磁鐵組成,由于定子產生的磁場而旋轉。這些電機通常與皮帶和滑輪傳動系統相結合,傳輸效率低下,會造成巨大的能量損失,導致電能的浪費。

    永磁電機是基于產生連續磁場的稀土永磁體制造,稀土礦物包括 17 種具有不同尋常的熒光、導電和磁性的金屬元素,通過與鐵等更常見的金屬合金少量混合產生永磁作用。其中釹 (Nd) 是這些稀土元素之一,是眾所周知的市場上最強的永磁體之一,并已被用于便攜式電子產品、混合動力汽車、揚聲器系統和風力渦輪電機。由于其磁性,釹已被納入電動機設計中,以提高運行時的能量和傳輸效率。該電機設計同樣包括轉子和定子,轉子可以是一個實心件,其特點是在轉子表面包裹著一小部分永久磁化的釹,從而無需大量電流以在轉子和定子之間產生磁場。由于轉子中的磁性材料更強,因此消除了打滑現象,使傳動效率達到94%以上,而且設備更安全,在其整個使用壽命期間具有更低的噪音和更少的碳產生。

    基于功率因數、效率、電流等參數對永磁電機的性能評估表明,在負載百分比曲線上永磁電機明顯大于感應電機,當以較低的速度運行時,感應電機需要雙倍的運行速度才能達到永磁電機的效率; 感應電機需要更高的電流,從而導致能耗增加。從應用的角度來看,與感應電機相比,永磁電機具有以下優勢:對于低速應用,例如后期的稠油井,永磁電機可以以低至 10 rpm 的轉速運行,并具有恒定的額定扭矩輸出,但感應電機無法在不影響輸出扭矩的情況下以低轉速運行。此外,重負載的感應電機系統會出現明顯的皮帶磨損和傳動效率損失,因為在重負載期間滑移率最高,從而導致額外的維護和停機時間。對于低產量井,永磁電機可以以超低轉速連續運行,這消除了對生產周期和非生產時間段的需求,避免了高啟動功耗。通過減少皮帶、滑輪和齒輪等運動組件,消除了這些部件故障的可能性及其相關的停機維修時間,而且永磁電機噪音更低。

    使用永磁電機的人工舉升系統在羅馬尼亞的南部和中部的油井應用,原油產量80 m3/d-150 m3/d,在能源消耗方面,三口井的能耗降低了 4% 到 10%,噪音水平測量顯示噪音從 73.20 dB 降低到 39.85 dB,降低了 45%。另外與傳統螺桿泵頻繁更換皮帶的需求相比,永磁電機不需要皮帶或相關維護保養來換油(3 升)和相關的年度人工(2 小時),年平均節省維護量超過70%。2021年南美洲兩家主要油田運營商采購了 150 多臺永磁電機,各大石油公司也正在積極引進推廣該項技術。
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