發(fā)布時間：2021-09-24 06:18

　　石油鉆井鉆具作為油氣開采的主要設(shè)備,在石油鉆井工程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。井下電動鉆具較其他類型的井下動力鉆具突顯出更大的優(yōu)勢,具有良好的應(yīng)用前景。電機是井下電動鉆具的重要部件,井下電動鉆具采用直驅(qū)永磁電機驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖,可以避免引入減速器帶來的可靠性問題。然而,針對井下直驅(qū)電機的低速大轉(zhuǎn)矩技術(shù)需求,傳統(tǒng)的永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩密度難以進一步顯著提高,并且存在永磁體用量過多、體積過大等問題。本文將永磁游標電機用作電動鉆具直驅(qū)電機并對其開展設(shè)計研究。首先,基于磁場調(diào)制的基本原理,結(jié)合永磁游標電機自身的結(jié)構(gòu)特點,分析了游標電機的磁場調(diào)制及運行原理,并且總結(jié)出其用作細長型電動鉆具電機的設(shè)計準則。在電機尺寸受限的情況以及電機的設(shè)計要求下,本文確定了極槽配合為定子槽數(shù)為18槽、永磁體極對數(shù)為15對極、極比為5的表貼式永磁游標電機拓撲結(jié)構(gòu)。其次,分析討論了影響永磁游標電機性能指標的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù),確定各個參數(shù)的優(yōu)化范圍。在保持電機熱負荷不變的情況下,以轉(zhuǎn)矩密度最大化為目標對電機進行優(yōu)化設(shè)計,包括有限元參數(shù)掃描法和遺傳算法兩種優(yōu)化方式。對比分析兩者的優(yōu)化結(jié)果,同時在考慮電機的制造工藝水平的前提下,得出最優(yōu)的... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電動鉆具鉆井示意圖

疆和烏克蘭西部的使用效果很好。動鉆具比其它井下動力鉆具更適合于復(fù)雜巖石地質(zhì)條件，獨聯(lián)體國家在支井以及重鉆井液環(huán)境下使用電動鉆具帶來很好的經(jīng)濟效益[15]。電動鉆用重泥漿、堵漏劑，使得其鉆機月速度高于轉(zhuǎn)盤鉆具和渦流鉆具。阿塞公司使用電動鉆具開采一個叢式井組，其鉆機月速度提高了 67%。共03 m）鉆機月速度比轉(zhuǎn)盤鉆高了 80%。葉弗列莫夫油田打 5203 m 的深.5~2.5 個月，時間成本大大降低[16]。納德瓦爾鉆井管理局在一些直井和000 m 井段投入使用電動鉆具，發(fā)現(xiàn)機械鉆速提升至 2~4 倍，單只鉆頭了 5~9 倍[3]。通過技術(shù)經(jīng)濟研究報告可知：同樣的開采條件下，電動鉆和轉(zhuǎn)盤鉆具相比，機械鉆速和鉆頭進尺平均提升了 16~18%。在成本費尺平均低了 10~15%，平均每口井降低 33~50%[17]。電動鉆具與轉(zhuǎn)盤鉆具機械速度及對比如圖 1-3 所示。

巴什科爾托斯坦（俄羅斯） 2300 1000 100%表 1-2 1997-2005 年電鉆鉆井數(shù)[7]鉆井地區(qū)年代1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005烏克蘭 5.8 5.3 6.0 9.7 7.1 9.2 11.1 11.0 11.0巴什科爾托斯坦 57.6 38.2 40.2 29.0 45.8 40.5 40.2 40.0 45.1土庫曼斯坦 56.0 50.0 55.3 61.0 62.3 64.0 64.5 62.8 54.0如圖 1-4 所示，烏克蘭哈爾科夫的 Plant Potencial 聯(lián)合股份公司所生產(chǎn)的電動鉆具電機是一種潛水式異步電動機。圖 1-5 為電動鉆具總成示意圖，注入電機內(nèi)腔的變壓器油可以有效防止井下液體透過密封填料滲入電動機，補償器的作用是讓腔內(nèi)油壓高于流經(jīng)電動鉆具的液體壓強約 0.2-0.3MPa。表 1-3 給出了電鉆的參數(shù)，是當前世界上該種電動鉆具電機唯一的一家制造商。電動機主 軸

【參考文獻】：
期刊論文
[1]永磁同步電機永磁體分塊對渦流損耗的影響分析[J]. 劉朋鵬,張琪,何彪,黃蘇融,陳世軍.  電機與控制應(yīng)用. 2018(06)
[2]井下動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)[J]. 孫志和.  石油鉆采工藝. 2017(05)
[3]基于改進遺傳算法的表貼式永磁同步電機優(yōu)化設(shè)計[J]. 周漢秦,黃曉艷,方攸同.  微電機. 2017(05)
[4]基于混合遺傳算法的內(nèi)置式永磁同步電機的優(yōu)化設(shè)計[J]. 王艾萌,溫云.  電機與控制應(yīng)用. 2017(03)
[5]井下動力鉆具的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 曹林云,畢磊.  中國石油石化. 2016(23)
[6]永磁游標電機的研究現(xiàn)狀與最新進展[J]. 林鶴云,張洋,陽輝,房淑華,黃允凱.  中國電機工程學報. 2016(18)
[7]容錯式永磁游標電機關(guān)鍵參數(shù)分析及實驗研究[J]. 徐亮,劉國海,趙文祥,吉敬華,張步峰.  中國電機工程學報. 2016(18)
[8]電機使用在鉆井過程中的重要性[J]. 高俊海.  黑龍江科技信息. 2016(07)
[9]高速永磁電機的損耗計算與溫度場分析[J]. 孔曉光,王鳳翔,邢軍強.  電工技術(shù)學報. 2012(09)
[10]基于改進遺傳算法的微型電動車輪轂電機優(yōu)化設(shè)計[J]. 陳齊平,舒紅宇,任凱,陳里敏,陳博,謝安源.  中南大學學報(自然科學版). 2012(08)

博士論文
[1]新型磁場調(diào)制型永磁電機的拓撲結(jié)構(gòu)、建模與設(shè)計[D]. 印欣.浙江大學 2017
[2]新型永磁游標風力發(fā)電機設(shè)計與分析研究[D]. 張洋.東南大學 2016
[3]有桿采油泵低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動機直驅(qū)技術(shù)研究[D]. 王帥.沈陽工業(yè)大學 2016
[4]磁場調(diào)制型永磁齒輪與低速電機的研究[D]. 王利利.浙江大學 2012

碩士論文
[1]低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機設(shè)計與熱計算[D]. 劉旺.沈陽工業(yè)大學 2018
[2]電動汽車輪轂電機用磁場調(diào)制永磁游標電機設(shè)計與研究[D]. 王遠喆.浙江大學 2018
[3]井下電動鉆具的力學性能研究[D]. 王素玲.西南石油大學 2017
[4]軸向磁通磁場調(diào)制永磁電機的設(shè)計與分析[D]. 張芮.華中科技大學 2017
[5]新型井下動力鉆具的模擬分析與設(shè)計[D]. 馬宇.吉林大學 2016
[6]表貼式與內(nèi)嵌式永磁容錯游標電機的設(shè)計與對比分析[D]. 陳鳴.江蘇大學 2016
[7]俄羅斯油氣井井下電動鉆具翻譯實踐報告[D]. 王志鵬.中國石油大學(華東) 2016
[8]抽油機直驅(qū)用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機及其控制系統(tǒng)研究[D]. 王帥.沈陽工業(yè)大學 2010
[9]無齒輪石油鉆探泥漿泵用永磁同步電動機研究[D]. 孫亮.沈陽工業(yè)大學 2009
[10]基于遺傳算法的中小型同步電機優(yōu)化設(shè)計[D]. 于力.湖南大學 2007



本文編號：3407257