永磁电泵技术在渤海油田的应用

耿森 范子涛 任和

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452

随着全球能源需求的不断增长和石油开采技术的不断进步，海洋石油行业正面临着提高生产效率、降低能源消耗和环境影响的挑战。在此背景下，永磁电泵作为一种创新的驱动技术，吸引了越来越多的关注和应用。其卓越的性能和优势使其成为海洋石油领域的一种理想选择。以渤海油田B26井的实际案例为例进行深入研究。通过对渤海油田B26井的实际应用进行案例分析，深入了解永磁电泵在海油石油领域的实际效果和优势，为海油石油行业中对于提高生产效率、降低能源消耗和环境影响的追求提供有益的参考和借鉴。

1 永磁电泵技术简介

1.1 结构组成

永磁电泵由永磁电机、保护器、分离器、离心泵组成。永磁电机转子用永磁体取代导条，无需励磁，显著降低无功损耗，系统效率较感应电机提高20%以上。

1.2 技术优点

（1）永磁电机采用永磁体，无需励磁，系统效率较感应电机提高20%以上。永磁同步电机平均生产效率约90% ，感应电机平均生产效率约60%，而且永磁电机高效区宽，如图1所示。

图1 永磁电机对比常规电机特性曲线图

在功率相同的条件下，永磁电机的长度约是感应电机的50%，单节114电机功率达261kW。 因此在更小的尺寸条件下，电泵在作业时有更好的通过性，并有更多的工艺选择。

根据8℃热劣化规则：A级绝缘材料使用的温度超过105℃时，温度提高8℃，其寿命会缩短一半。而永磁电机发热小，其运转温度较感应电机低10℃以上，在小排量油井、稠油井等油井中无需导流罩散热等散热工艺，因此永磁电机有更广泛的适用范围 。

永磁电机变频启动扭矩为运行扭矩的2倍，感应电机变频启动扭动为运行扭矩的1.2倍，提高60%以上。更大的启动扭矩、更低的启动电流，对稠油、出砂等复杂井况有更好的适用性。

永磁同步电机，运行频率20～120Hz，转速范围宽，考虑到离心泵等系统技术现状，推荐转速2000～3600r/min，更宽的排量范围、更成熟的泵型、更高的泵效。

2 工艺设计

B26井设计泵挂吸入口深度1176m MD/1022m TVD，根据最新的产量预测该井前3年预测的产量270～300m3/d，前5年预测的产量270～300m3/d，管柱结构为7"尾管内的普合管柱，采用三段式电缆穿越器；推荐方案：538系列137级BE2700泵+513系列吸入口+387系列保护器（两节）+450系列永磁电机216.6HP（参数：216.6HP/1900V/59A@100Hz）。

计算选泵过程由下列数值确定：流压3MPa；第3年产量达到300m3/d；根据生产情况进行扬程修正，修正系数选75%；电机效率为85%；选用137级BD2700泵型（见表1）。

表1 电潜泵参数

第1年生产预测参数为：Liquid rate：270m3/d，SIBHP：8.9MPa，DD：5.0MPa，WC：92%，GOR：110m3/m3；在产量为270m3/d的工况下，电潜泵的运行频率为74.6Hz，电机的负载为34.12%，电机电流30A。

第3年生产预测参数为：Liquid rate：300m3/d，SIBHP：8.9MPa，DD：5.5MPa，WC：93%，GOR：110m3/m3；在产量为300m3/d的工况下，电潜泵的运行频率为80Hz，电机的负载为39%，电机电流32.2A（见图2）。

3 现场应用

3.1 基本井况

B26井为渤海油田压裂砾石充填油井，2014年2月28日投产，生产层段为L54-L86，射孔厚度43.5m，分3段防砂合采管柱生产。全井最大井斜43.49°，补心海拔46.1m。生产段砂体孔隙度19%～30%，渗透率86-2947mD。

3.2 作业程序

（1）起出原井机组

核算井下管柱解封前后弱点的抗拉强度及井架极限载荷，作为解封上提吨位依据。起原井油管立于钻台，请仔细检查油管是否完好，检查油管外观有无腐蚀、漏点情况，检查油管内部有无堵塞情况，及时反馈，并做好记录

（2）刮管洗井（备用）

渤海油田大多数井为7″尾管井，为保证大尺寸机组成功下入，下泵作业前要进行一趟刮管洗井作业。

（3）管柱下入

每下10柱或200m在电缆收放机处进行绝缘直阻测量。下放过程中，保持电缆收放机上电缆接地装置连接牢固，有效接地。收放机操作人员穿戴绝缘PPE，设警示带，无关人员不得入内。

（4）井下电缆穿越器安装

在电缆收放机测量绝缘直阻，将井下电缆穿越器安装在封隔器上。在井下电缆穿越器上端电缆端部安装专用接地装置，下电缆穿越器下端电缆连接。用剪线钳从封隔器下端合适位置截断动力电缆的2根芯线，先将这2根芯线与井下穿越器下端电缆的2根芯线进行连接。用剪线钳截断动力电缆的第3根电缆芯线，并将这个芯线与井下穿越器下端电缆的第3根芯线进行连接。电缆穿越器上端电缆的连接时，

先将封隔器井下电缆穿越器上端电缆的2根芯线从接地装置中取出，并与封隔器上方动力电缆的2根芯线进行对接（电缆收放机上的电缆始终连接接地装置，并且保持有效接地）；然后将封隔器电缆穿越器上端电缆的第3根芯线从接地装置中取出，并与动力电缆第3根芯线的进行对接。

（5）井口电缆穿越器和采油树安装

电缆收放机电缆端部进行绝缘直阻测量后，在电缆穿越器主体上端安装具有接地功能的作业帽。将电缆穿越器主体穿入油管挂，旋紧固定连接螺纹，用绝缘钢锯在合适位置锯断动力电缆的2根芯线，去除这2根芯线的绝缘层约20mm；然后将裸露的导体插入并固定在专用接地装置的2个接线孔内，并将接地夹夹在电缆铠皮上；最后再用绝缘钢锯截断第3根电缆芯线，并与电缆穿越器下端电缆的一根芯线进行连接。取下动力电缆的接地装置，将剩余2根电缆与电缆穿越器电缆进行连接。去除电缆穿越器主体上端的作业帽，验（放）电确认无电后，测量电缆穿越器主体上端处三相绝缘和直阻；测量完毕在电缆穿越器主体上端安装绝缘保护盖（不安装带接地功能的作业帽）。将油管挂坐入油管头四通内，按照平台现有程序拆立管防喷器、安装采油树。在电缆穿越器上接头电缆尾端，安装接地装置，并保持电缆芯线通过接地装置与电缆铠皮良好接触。去除电缆穿越器主体上端的绝缘保护盖；用高压验电棒对穿越器主体上端芯线进行验（放）电，确认无高压电后，再用万用表进行低压验（放）电，并确认无电后将电缆穿越器上接头与主体进行连接。将穿越器上接头电缆连接至油井安全隔离箱或井口接线箱。

（6）交井，地面设备连接与调试

安装地面安全隔离箱或安全隔离功能模块，用地面专用电缆将安全隔离箱与井口接线箱进行连接，用地面专用电缆将井口接线箱与变压器或变频器进行连接。通电查看、调试安全隔离箱或安全隔离模块功能是否正常。按照机组参数进行变频器、变压器设置与调试。

（7）启泵

60Hz启泵（永磁电机是4极电机），启动后根据井口出液情况及憋压值，确认泵的转向是否正确、管柱是否漏失，泵转向不对时需要调相序确保电机为正转。启泵后，注意对参数进行观察和记录，投产后校订变频器设置。

3.3 注意事项

（1）作业前对作业人员进行作业内容宣贯或培训，使其熟悉操作流程和要求。

（2）电机、保护器注油应从电泵机组的下部向上注，注油速度在8～12r/min之间，注油重复3次，间隔3min，以电机和保护器溢出油不见气泡为止。

（3）管柱下入时，每下10柱或200m时，用兆欧表在电缆收放机上电缆端部进行绝缘电阻和三相直流电阻测量，电机额定电压小于1000V时用500V档位测绝缘；电机额定电压大于等于1000V时用2500V档位测绝缘。

（4）下井过程中电缆对地绝缘值应不低于500MΩ，下井完成后机组对地绝缘应不低于100MΩ；机组三相直流电阻不平衡率应小于等于2%。

（5）对作业设备、工具定期维护保养、检验，保证其合格、有效。

（6）井口电缆穿越主体安装操作期间，禁止正挤、环空补液等操作。

（7）必须穿戴好绝缘PPE（高压绝缘鞋和高压绝缘手套，绝缘等级1×104RV）后，先验电（放电），确认无电后再进行作业，除测量绝缘直阻外，其它电路操作原则上要在电路接地的情况下进行。

4 结束语

（1）永磁电泵以其高效节能和可靠稳定的特点成为海油石油行业的理想选择。其高效能量转换率和简单结构，能够提高能源利用效率、降低运营成本，并减少对环境的不良影响。

（2）合理的工艺设计在永磁电泵应用中起着关键作用。在选型、安装和运行维护等方面，合理的工艺设计能够确保永磁电泵的性能和可靠性。注意事项包括合适的选型考虑、适当的安装方法和定期的运行维护等。

（3）以渤海油田B26井的实际应用为例，展示了永磁电泵在现场的应用效果。通过深入研究该案例，得出永磁电泵在提高石油开采效率、降低能源消耗和环境影响方面的显著优势。

（4）本文还强调了一些作业程序，如合理的操作确保了永磁电泵的稳定运行和长期可靠性。这些程序是保障永磁电泵在海洋石油领域应用中效果的关键要素。