Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

От качественных магнитов – к энергоэффективным вентильным электродвигателям ООО «ЭПУ-ИТЦ»

Для производства вентильных электродвигателей (ВЭД) ООО «ЭПУ-ИТЦ» ежегодно требуется порядка 40 т постоянных самарий-кобальтовых магнитов, а с учетом роста производства эта цифра вскоре вырастет до 80-90 т. Вместе с тем отечественная промышленность готова предложить не более 12 т магнитов данного типа в год. Это обуславливает необходимость закупки постоянных магнитов в Китае, где сосредоточена половина мировых запасов требуемого для их производства сырья и почти 90% мирового производства самих магнитов.

С целью налаживания поставок магнитов специалисты ООО «ЭПУ-ИТЦ» тщательно изучили китайский рынок, определили жесткие требования к продукции и организовали уникальную систему входного контроля. Это позволило обеспечить высокое качество поставляемых магнитов и, соответственно, повысить энергоэффективность и надежность работы ВЭД.

31.10.2017 Инженерная практика №09/2017
Катаев Александр Андреевич Главный контролер ООО «ЭПУ-ИТЦ»
Хузин Азат Ринатович Главный инженер ООО «ЭПУ-ИТЦ»

В 1998 году в рамках действовавшего в то время корпоративного проекта ПАО «ЛУКОЙЛ» был изготовлен первый в мире работоспособный образец ВЭД для привода УЭЦН, а в 2001 году на производственных площадях ЗАО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис» началось серийное производство ВЭД.

Позже производить ВЭД начали и другие компании: в 2005 году – ООО «ПК «Борец», в 2007 году – АО «Новомет-Пермь, в 2013 году – компания «Шлюмберже» (Schlumberger) и в 2016 году – ООО «Алмаз».

В 2013 году международная ассоциация производителей нефти и газа (OGP) и Международная организация по стандартизации (ISO) включили в новый стандарт УЭЦН (International standard ISO/DIS 15551-1 Electric submersible pump systems for artificial lift) погружные ВЭД, разработанные в рамках корпоративного проекта ПАО «ЛУКОЙЛ».

Благодаря своим характеристикам ВЭД уже давно вошли в ряд востребованного нефтедобывающего оборудования как на внутреннем российском рынке, так и за рубежом. ВЭД отличаются повышенным ресурсом работы и потребляют на 15-20% меньше электроэнергии по сравнению с асинхронными двигателями. Несмотря на то, что стоимость ВЭД выше, чем асинхронного двигателя, эти расходы окупаются менее чем через полтора года эксплуатации.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЭД

На обмотку статора ВЭД по специальному алгоритму подается напряжение, и под действием электрического тока вокруг проводников обмотки статора возникает электромагнитное поле. В свою очередь, постоянные магниты, расположенные в роторе, также создают собственное магнитное поле. Взаимодействие этих двух полей и приводит ротор в движение (рис. 1).

Рис. 1. Магнитная схема ВЭД
Рис. 1. Магнитная схема ВЭД

Применение постоянных магнитов в ВЭД вместо медных стержней, используемых в конструкции асинхронного ПЭД, позволяет не расходовать электроэнергию на создание электродвижущей силы в роторе. За счет того, что напряжение здесь подается только на обмотку статора, ВЭД отличается более высоким КПД и меньшим энергопотреблением по сравнению с асинхронным двигателем такой же мощности. Также конструкция ВЭД предусматривает возможность регулировать частоту вращения двигателя, адаптируя ее под меняющиеся условия эксплуатации нефтяного пласта. Наконец, секция ротора ВЭД короче, чем у асинхронного ПЭД, что позволяет изготавливать двигатели меньших габаритов.

Рис. 2. Отличия магнитной системы ВЭД от асинхронного ПЭД
Рис. 2. Отличия магнитной системы ВЭД от асинхронного ПЭД
Рис. 3. Производство и внедрение ВЭД в 2002-2017 гг.
Рис. 3. Производство и внедрение ВЭД в 2002-2017 гг.

ПРОИЗВОДСТВО И ВНЕДРЕНИЕ ВЭД

До 2010 года на базе ООО «ЭПУ-ИТЦ» выпускалось не более 320 ВЭД в год, затем объем производства начал расти. В 2015 году руководство ПАО «ЛУКОЙЛ» приняло решение о замене асинхронных ПЭД на ВЭД, что вызвало еще один виток роста их производства (рис. 3).

Также в сентябре 2016 года в г. Когалыме был запущен новый завод по производству ВЭД, и по итогам года было выпущено 1700 ВЭД. Всего на заводе планируется производить до 5000 двигателей в год.

ОСОБЕННОСТИ Sm-Co МАГНИТОВ

Для использования в ВЭД были выбраны редкоземельные магниты, причем сначала мы применяли сплав неодим-железо-бор (Nd-Fe-B), затем полностью перешли на сплав самарий-кобальт (Sm-Co). Это было связано с тем, что магниты Nd-Fe-B хоть и превосходят Sm-Co по остаточной индукции, коэрцитивной силе и энергоемкости, но значительно уступают им по коррозионной стойкости и диапазону рабочих температур (табл. 1). Самарий-кобальтовые магниты способны работать при температурах от –60°С до +350°С и не нуждаются в защитном антикоррозийном покрытии. С переходом на сплав самарий-кобальт отказов электродвигателей, связанных с выходом из строя магнитов не отмечено.

Таблица 1. Сравнение свойств постоянных магнитов Nd-Fe-B и Sm-Co
Таблица 1. Сравнение свойств постоянных магнитов Nd-Fe-B и Sm-Co

Проблемы, возникающие при использовании самарий-кобальтовых магнитов для производства ВЭД, связаны с технологическими и территориальными аспектами добычи сырья. Магниты Sm-Co относятся к числу редкоземельных, содержание Sm-Co в земной коре не превышает 0,02%, а залежи встречаются в форме нерастворимых в воде тугоплавких оксидов в «рассыпанном» состоянии.Почти половина мировых запасов Sm-Co сосредоточена в Китае, Россия находится на втором месте с долей 16,7%. При этом в структуре мировой добычи Китай лидирует с долей 88%, на Россию приходится менее 2% добычи (рис. 4). Несколько лет назад в Китае были введены ограничения по квотам на добычу редкоземельных металлов, что дало толчок началу разработки ранее законсервированных залежей в Австралии, Вьетнаме и США.

Рис. 4. Структура мировых запасов и добычи Sm-Co магнитов
Рис. 4. Структура мировых запасов и добычи Sm-Co магнитов

Для производства ВЭД ООО «ЭПУ-ИТЦ» требуется более 40 т постоянных магнитов в год, а после выхода завода в г. Когалыме на полную мощность потребность вырастет до 80-90 т. При этом российская промышленность способна предложить лишь 12 т магнитов в год, производимых в основном силами ООО «Спецмагнит» и ООО «ПОЗ-Прогресс». В будущем эта ситуация может измениться за счет реализации утвержденной в 2012 году Государственной программы «Технология редких и редкоземельных металлов», главная задача которой заключается в разработке месторождений таких металлов и реализации новых технологий их применения, в том числе в ВПК. В рамках Программы, в частности, планируется восстановление объема добычи лопарита на Левозерском месторождении Кольского полуострова, который с момента распада СССР сократился более чем в 10 раз, а также разработка крупнейшего в мире Томторского месторождения редкоземельных руд, расположенного в Се-верной Якутии, с созданием необходимой сопутствующей инфраструктуры.

РАБОТА С КИТАЙСКИМИ ПОСТАВЩИКАМИ

В настоящее время недостаток предложения постоянных магнитов на внутреннем рынке обуславливает необходимость их импорта из Китая. На начальном этапе организации поставок часто возникали проблемы с качеством китайских магнитов, связанные с разными методиками их проверки. Поэтому руководство ООО «ЭПУ-ИТЦ» приняло решение тщательно изучить китайский рынок, установить контакты с китайскими предприятиями и наладить собственный входной контроль качества магнитов.

Таблица 2. Магнитные параметры, предъявляемые к постоянным магнитам китайских производителей
Таблица 2. Магнитные параметры, предъявляемые к постоянным магнитам китайских производителей
Таблица 3. Технические и температурные требования, предъявляемые к постоянным магнитам китайских производителей
Таблица 3. Технические и температурные требования, предъявляемые к постоянным магнитам китайских производителей

Мы посетили семь китайских предприятий по производству постоянных магнитов, различных по технологии и масштабам производства, выработали жесткие требования к магнитам для ВЭД и ознакомили с ними представителей китайских предприятий (табл. 2, 3). Также мы создали уникальную лабораторию магнитных измерений, предназначенную для входного контроля параметров поставляемых магнитов. В частности, оснащение лаборатории гистерезисграфом позволяет измерять поверхностную индукцию, регистрировать кривую размагничивания, а с помощью магнетайзера появилась возможность восстанавливать характеристики магнитов после размагничивания (рис. 5).

Рис. 5. Оборудование лаборатории магнитных измерений в ООО «ЭПУ-ИТЦ»
Рис. 5. Оборудование лаборатории магнитных измерений в ООО «ЭПУ-ИТЦ»

Кроме того, создан специальный стенд, на котором проводятся испытания технологических секций ВЭД с постоянными магнитами, что позволяет гарантировать будущим потребителям качество их работы (табл. 4).

Таблица 4. Методы контроля магнитов в лаборатории ООО «ЭПУ-ИТЦ»
Таблица 4. Методы контроля магнитов в лаборатории ООО «ЭПУ-ИТЦ»

В результате проведенных мероприятий нам удалось добиться высокого качества поставляемых из Китая магнитов и наладить их бесперебойные поставки, а значит – повысить энергоэффективность и надежность работы ВЭД производства ООО «ЭПУ-ИТЦ».

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Александр Андреевич, Вы отметили, что ВЭД потребляет на 15-20% меньше электроэнергии по сравнению с асинхронным ПЭД. Эта цифра расчетная или она подтверждена замерами в скважинах?
Александр Катаев: Эта цифра и расчетная, и подтвержденная практическими данными.
Вопрос: Как проводятся стендовые испытания технологических секций ВЭД – с нагрузкой или вхолостую?
А.К.: Секции испытываются без нагрузки, на скорости вращения 1000 об./мин.
Вопрос: Какова максимальная и минимальная мощность ВЭД 117-го габарита?
А.К.: Она составляет 150 и 20 КВт соответственно.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Производственная деятельность ООО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис»
Устранение негативного влияния сульфида железа при эксплуатации ГНО
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №09/2018

Инженерная практика

Выпуск №09/2018

Арматура устьевая, фонтанная и трубопроводная.Промысловые трубопроводы
Развитие нормативной и аналитической базы в области испытания и применения арматурных изделийРазработка, производство и испытания новых видов арматурных изделийПроизводство и нанесение антикоррозионных покрытийВнутритрубная диагностика трубопроводов, внедрение камер запуска очистных устройств новых типовМеханизированная добыча, энергообеспечение, метеорологическое обеспечениеПрименение AR-технологий при проектировании и эксплуатации месторожденийПовышение технологической и энергетической эффективности систем ППД
Ближайшее совещание
Механизированная добыча
Осложненный фонд – 2018
Производственно-техническая конференция

Эксплуатация осложненного фонда скважин ‘2018

13-15 ноября 2018 г., г. Сургут
Анализ опыта и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений в области работы с фондом скважин, эксплуатация которых осложнена различными факторами (коррозия, солеотложения, мехпримеси, АСПО и гидраты, высокая вязкость продукции, высокий газовый фактор, технические ограничения и др.), работа с часто ремонтируемым фондом скважин, организационные решения. Планируются выезды на производственные площадки предприятий.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – ноябрь 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

19 – 23 ноября 2018 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.