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永磁电机可使老油田重获新生

永磁电机可使老油田重获新生

BHGE Magnefficient永磁电机利用GE公司其他业务的经验,通过降低电潜泵系统能耗,最大限度地降低停机风险,提高作业效率与可靠性。

来自 | BHGE
编译 | TOM 二丫

如今油价持续走低,老油田的作业者想要保持盈利,意味着他们需要革新技术,以最低的成本来实现产量最大化。对于那些依靠人工举升方案的油田,如电潜泵(ESP)系统,能否在降低举升成本的同时提高作业效率,是延长油田寿命的关键因素。

达到上述目标的一种方法是降低ESP能耗。传统的ESP系统极易浪费能源,其中电机能耗占到ESP系统总效能损失的30%以上。在全球,部分油田的作业者因为无法逆转这种消耗过多电力的趋势,而受到政府的处罚。相反,在某些地区,能够节省电力的作业者,则会得到政府奖励,降低其所缴纳的能源税。

事半功倍

通用电气公司旗下的贝克休斯(BHGE)开发了Magnefficient永磁电机(PMM),通过降低ESP系统的能耗来应对这些挑战。BHGE最新的技术旨在提高老油田的作业效率,PMM能够以多种方式提高产量并降低能耗。

PMM消除了电磁感应的损耗,降低了高达25%的系统功耗,减少了高达67%的电机功耗。与传统的感应电动机相比,PMM具有更低的空载电阻,可在更低的负载下提供更好的控制。

该电机还具有更高的功率密度,作业者可使用更小的电机实现相同的功率,或者使用相同规格的电机获得更高的功率。相同长度下,PMM具有更高的功率,这有助于消除串联连接的需求,从而提高可靠性,同时实现更快捷的安装并减少非生产时间(NPT)的发生率。这种高功率密度且更短的电机组合,使得PMM可以更深地置于小井眼井与斜井中,更靠近采油区域,从而提高ESP的作业灵活性,并依靠更大的油藏压降提高采收率。

与感应电机相比,在更大的负载范围内,PMM可维持更高、更恒定的功率因数与效率。通过降低高达25%的功率损耗,或选择使用更细的电缆来节省成本,作业者能够获益良多。

可靠性更高

虽然作业效率对于老油田很重要,但在衡量ESP系统的成本效益时,它并不是唯一要考虑的因素。如果每隔几个月就发生故障,需要频繁且昂贵的修理,即使是效率最高的电机,最终也会导致作业成本的激增。

因此,BHGE公司的PMM旨在确保提高效率的同时,也要使可靠性达到最大。PMM经受了同样严格的设计与测试,并与BHGE的感应电机共享许多相同的基本组件,这些感应电机在各种温度与压力下均能可靠运行。

PMM严格的设计流程参照了GE公司其他业务板块的技术与流程,这些业务板块都拥有可靠性记录,包括GE航空公司的转子开发、GE 医疗的磁铁研究与设计协议。该流程利用优化算法来分析电机的效率、功率因数与功率密度,同时确保这些设计元素符合温度限制、转子动力学稳定性以及材料结构能力。

PMM将BHGE在ESP开发方面的卓越经验与其全球基础设施相结合,以确保能够成功部署。这包括全球的地区支持中心、技术专家以及重点地区的HSE协议,以帮助部署与服务ESP系统,同时为作业者提供持续的支持。

案例分析

Magnefficient电机在现场应用中已经取得了可喜的成果,并且将ESP系统的适用性扩展至以前不实用甚至不可行的情况。目前已安装了8个PMM,应用范围从北美的注水井与非常规油气井到拉丁美洲的高温老油田。有些设备已经连续运行超过800天,每台设备的电机效率均达到90%以上,并且没有发生任何故障。

阿根廷的一家油气公司部署了PMM,试图降低老油田的人工举升成本并提高作业效率,该油田拥有数千口边际生产井。这些井中有1000多口依靠ESP人工举升来维持生产,这在冬季是一个挑战。因为在季节性寒冷的天气条件下,法规要求阿根廷的作业者需要向当地电网提供部分天然气用于家庭供暖。这限制了用于油田发电的气体量,迫使作业者关闭一些依靠ESP人工举升的采油井,极大地影响了该油田的经济效益。

更复杂的是,该油田大多数采油井都是小井眼井。这使得依靠传统感应电机的ESP系统无法轻易到达采油区域,并且仍能提供作业所需的200马力。作业者通过串联连接三到五个电机来解决这个问题。然而,井下温度超过170摄氏度(338华氏度),这迫使作业者定期降低电机的功率以避免发生故障。由于ESP作业效率低下,导致每口井的功耗成本较高。

为了解决上述问题并提高作业效率,BHGE提供了一套解决方案,只需部署三套3.75寸PMM的ESP系统。更短的电机意味着系统的组装速度是传统ESP系统的两倍,从而降低了非生产时间以及相关成本。PMM还将ESP系统长度缩短了一半,避免了串联连接电机带来的可靠性问题,同时使ESP系统可部署至更靠近生产区域的地方。

与传统的感应电机相比,PMM将系统整体效率提高了26%以上,并使作业者平均降低了23%的电力成本。

延长油藏寿命

阿根廷的油气公司计划再部署五套PMM设备。油气公司可以将节约出的电力运用于更多的井,从而以最小的花费延长其油藏寿命。

任何拥有边际井的老油田都可以依靠PMM,达到上述案例的应用效果。一些作业者正在密切关注这种低功率人工举升解决方案,考虑如何利用该方法使其油田转为盈利性生产。使用PMM的ESP系统能够获得作业效率与可靠性的增益,因此作业者可以暂缓执行注水泥弃井,维持生产获取额外的储量,从而提高他们的最终效益。

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