低速永磁潜油电机设计的研究论文.docx

低速永磁潜油电机设计的研究论文低速永磁潜油电机设计的研究论文1.1背景和意义我国石油储备量比较丰富,但因开采困难,大量石油资源无法立即得到充分利用。在我国所需石油中,仅有40%来自我国石油开采,60%依赖进口[1]。稠油难以开采,在世界油气资源中,稠油占有较大比例。我国稠油储备量丰富,分布广泛,其中以胜利、新疆、辽河与河南四大稠油开采地为主[2]。例如胜利油区的王庄油田和单家寺油田,其超稠油储量约为1.1×108t。埋藏深,黏度高,储集层薄,常规的稠油开采方式例如露天开采、出砂冷采、蒸汽驱、蒸汽吞吐等无法使用。先进的SAGD(蒸汽辅助重力泄油)技术也不具备开采此类油藏的能力[3]。而且经过注蒸汽或注水开发的稠油油藏,会面临高含水,低油气比,出砂严重等问题[4]。螺杆泵适用于稠油开采,并且在稠油热采后期也可应用。螺杆泵采油成本低,易于管理,现在得到了国内外众多稠油油田的推广应用。不仅如此,螺杆泵采油还适用于高含气量、高含砂量原油油井及斜井、水平井的开采和海上采油。我国的螺杆泵采油技术还处于初级阶段,开展螺杆泵采油技术的研究,对于转变稠油开采方式,降低开采成本,提高我国石油经济效益,具有重要意义。由抽油杆驱动井下螺杆泵的运行方式存在诸多不稳定性,例如抽油杆接箍易松脱和螺纹损坏,在定向井与水平井中存在抽油杆与油管偏摩问题等。潜油电机加减速器驱动螺杆泵的运行方式不存在上述杆式抽油系统的弊病,可获得较高的油井产量与泵效[5]。但减速器的存在增大了井下系统的复杂性,降低了螺杆泵采油系统的效率,也缩短了泵检周期。所以,研制低速高效的直驱永磁潜油电机是很有意义的。..........1.2低速永磁潜油电机发展现状永磁潜油电机较异步潜油电机具有诸多优势,永磁潜油电机具有较宽的调速范围,较高的功率因数,较高的效率,尤其在低速运行区域,永磁潜油电机的效率远远高于异步潜油电机。同时永磁电机功率密度较高,对于相同系列的潜油电机(电机外径相同),永磁电机的轴向长度较异步电机轴向长度减小40%左右,并且易于控制。低速永磁潜油电机不仅具有以上优点,在驱动螺杆泵时,可省去对减速器的应用,提高采油系统的稳定性和效率。因此近些年低速永磁潜油电机得到了国内外多个机构与学者的研究,并取得了一定研究成果[6-7]。国外永磁潜油电机的研发生产主要集中在俄罗斯[8],俄罗斯的RITEKJSC,Borets,Novomet是面向全球供应永磁潜油电机的三家公司,作为RITEK JSC的子公司,RITEK-ITC公司于2001年开发出世界第一台永磁潜油电机,其调速范围为1500-3600r/min,可直接驱动潜油离心泵,在驱动螺杆泵时,须使用齿轮减速器。这台电机在同转速情况下的功率密度是异步潜油电机的两倍,因而电机长度较短,易于安装。同年,RITEK-ITC公司开发了调速范围在100-500r/min的低速永磁潜油电机,可直接驱动螺杆泵采油,并得到了应用。2002年,俄罗斯LOKOIL石油公司开始装备RITEK-ITC公司生产的永磁潜油电机进行采油作业,截至2007年1月,装备油井数达到了620口(螺杆泵系统油井124口,离心泵系统496口)。2006年,俄罗斯Borets公司开始了永磁潜油电机的研发,并开发出10极永磁潜油电机,电机转子结构如图1.1。可用于对潜油螺杆泵的直驱。电机采用了内置径向式转子结构。Borets的永磁潜油电机已被俄罗斯秋明英国石油控股公司、美国阿帕奇石油公司、俄罗斯天然气工业石油公司等采用,截至目前,已有超过2500台Borets的永磁潜油电机得到应用。.........第2章低速永磁潜油电机结构特点与电磁关系2.1低速永磁潜油电机基本结构低速永磁潜油电机工作于井下,通过保护器、连接器与螺杆泵同轴连接,实现对螺杆泵的直接驱动。地面的控制柜通过接线盒由电缆连接到潜油电机,实现对潜油电机的控制和驱动。低速永磁潜油电机直驱螺杆泵采油系统示意图如下图2.1所示。潜油电机的外部尺寸与内部构造受其工作环境影响,为细长结构,如图2.2所示。同时,永磁低速潜油电机的功率一般在10kW以上,其低速运行的要求进一步加剧了其电机长度,为了避免发生扫膛,永磁潜油电机同一机壳内的定子与转子被等分为多段,定子两段之间为由铜片叠成的隔磁段,相应的转子侧为扶正轴承,从而对定转子实现支撑,如图2.3所示。潜油电机为密闭式,机壳内充满电机油,由定转子气隙及专用油路通道,通过转子转动实现电机油循环流动,从而起到散热、润滑、绝缘的作用[13-15]。低速直驱潜油电机的主要结构包含以下四部分:(1) 定子:潜油电机的机壳材料是具有弹性的合金钢,精加工为一个细长的筒状结构,定子硅钢片和隔磁段所采用的硅铜片按照相应规律叠压至机壳内,机壳对定子铁心起到支撑作用,在机壳两端分别安装上