在双碳背景下，随着全球能源成本的增加，成熟油气田的运营成本逐步升高，而储层枯竭、高含水和设备维护用能需求持续攀升，更高效的技术对于石油与天然气行业来说非常重要。
(资料图)
Llanos Norte（LLN）和La Cira Infantas（LCI）油田在不同人工举升系统中对永磁电机技术进行了评估和实施，旨在找到一种更高效的电机，并选择与Sierra Col能源公司其使命一致的作为独立运营商，以节省能源消耗并减少碳足迹。
Sierra Col能源公司确定了新型有效的工艺技术，并结合实施永磁电机技术，显著降低了油田人工举升系统的能耗（15%-25%）。
01. 案例背景
2016年，LLN和LCI油田首次在电潜泵设备中采用永磁电机技术，目的是找到一种可以最大限度地提高系统效率并显著节省能耗的技术。该项目于同年11月开始，在LLN油田的两口井中安装了永磁电机电潜泵进行了测试试验。在接下来的两年中，LCI和LLN油田进行了大规模实施，自2020年迄今共安装了250多个装置，并结合测试条件进行了调整，最终实现平均节能15%。
▲永磁电机（由Borets公司提供）
鉴于永磁电机在电潜泵中获得的良好节能效果，地面螺杆泵系统也考虑安装永磁电机。2019年开始试验测试，在LCI油田的两口螺杆泵井中安装永磁电机，平均节能35%。自2021年起，在完井初期即大规模安装永磁电机螺杆泵，迄今已安装12口井，并取得良好成果。有杆泵系统也开始于2020年开始现场试验，截至在LCI油田5口井安装了永磁电机有杆泵，平均节能18%。
▲使用永磁电机技术时间线
02. 应用案例
由于人工举升设备所处的条件，La Cira Infantas （LCI）油田对生产工程师来说是一个具有挑战性的油田，其中有些井的倾角超过30°，有些井由于生产砂的固结而导致产砂量较高，注水井采取反向注水模式，以及某些井的狗腿严重性高于4°/100ft MD等。
鉴于LCI油田一些问题井存在的困难和局限性，以及已知的管杆接触问题影响了85%的有杆提升井，因此决定探索无杆提升系统。因此，最初考虑采用电潜螺杆泵门控循环单元（ESPCP GRU）系统。该系统的特点是具有一个潜水感应电机（相当于电潜泵电机）和一个齿轮箱，该齿轮箱将电机轴的每分钟转数降低到螺杆泵可以运行的每分钟转速。
然而，随着该系统的安装，发现由于轴和针型齿轮系统的设计问题，大多数故障发生在齿轮箱（GRU齿轮箱）上。考虑到这一问题，决定拆除该部件并安装一个电机，使整个井底组件能够提升流体并以泵所需的相同速度旋转。因此，对带有永磁电机的电潜螺杆泵设备的安装进行了测试。
▲潜油螺杆泵永磁电机系统
根据潜油螺杆泵永磁电机设备性能参数显示，与之前的情况相比平均减少了13次干预，相当于每口井每年的干预次数减少了1.3次。
▲潜油螺杆泵永磁电机的设备性能
以下为永磁电机技术在LCI油田的两口螺杆泵井测试情况，该测试持续了两年，分别节能约41%和35%。
▲a为常规螺杆泵系统，b为永磁电机螺杆泵系统
▲永磁电机螺杆泵现场测试成效表
2020年，LCI油田对有杆泵系统进行永磁电机技术测试。这是该国首次使用该系统进行测试，在传统泵送装置中安装了五个永磁电机，使用相同的驱动器，以评估与感应电机相比的节能效果。
▲常规机械抽油机的永磁系统
▲永磁电机有杆泵现场测试成效表
03. 对节能和减少碳足迹的影响
为评估举升系统设备实施永磁电机技术期间的节能影响（kWh），根据国家互联系统的温室气体排放系数，应用等效系数GEI 0.203 Ton CO2eq/MWh，计算减少CO2排放当量。2022年大规模实施永磁电机的CO2减排量如下所示：
▲减少CO2排放当量
根据每年超过4900吨二氧化碳的结果，并考虑到所有系统的大规模实施，为减少碳足迹的影响，预计未来五年将减少二氧化碳排放当量如下：
▲单项设备大规模实施永磁电机技术预计减少二氧化碳排放当量
▲油田整体大规模实施永磁电机技术预计减少二氧化碳排放当量
上述预测表明，应用永磁电机技术对于减少CO2排放是非常有利的，也是人工举升系统有效的节能方案。未来几年，永磁电机技术将在减少碳足迹的项目中发挥不少潜力。
