摘要：文章首次将特殊结构的永磁直线发电机的应用扩展到石油提炼管加热领域。详细阐述了石油提炼管加热用永磁直线发电机的结构和工作原理。并且基于电磁场有限元分析软件maxwell 2d，对一石油提炼管加热用永磁直线发电机进行有限元分析，得到了该电机静态时和瞬态时的磁场分布图以及电磁力、涡流损耗功率与速度的关系曲线。仿真结果可以用来指导石油提炼管加热用永磁直线发电机的理论研究和本体设计。

关键词：永磁直线发电机；有限元法；石油提炼管；加热

中图分类号：tm313；tm359. 4    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)03-0005-03

  长期以来，稠油、高凝油和凝析气等特殊油气藏以及开采后期的油井的开发存在许多技术问题。在这类油井的实际开采过程中，常发生因油稠、结蜡、负荷过重而导致抽油杆卡死、断脱等不能正常生产的现象，严重影响到产量和采收率。在现有的各种解决方案中，对石油提炼管进行加热不仅可以改善原油的流动性，起到增产的效果，并且能同时解决举升问题，因此是这类油井有效的增产措施[l-3]。现有的加热技术包括储层通电电阻加热，电磁波辐射储层等。但是由于装备复杂，成本高，可靠性差，因而推广应用受到限制h一。文献[1]在大量的理论和研究的基础上提出利用电磁感应加热技术对石油提炼管加热是可行的，但是该技术不仅需要变频装置，而且实现起来也有难度。本文提出利用永磁直线发电机加热石油提炼管，将井筒中的原油进行加热保温，以降低原油黏度，提高原油流动性，从而维持油井正常生产。这种加热装置的主要特点是，永磁体建立磁场，石油管在磁场中作相对运动，感应出涡流，加热油管。这种装置不需要交流电源设各，也不需要变频装置，具有结构简单，成本低等优点。

  石油提炼管加热用永磁直线发电机就其结构而言是一复合次级的圆筒形直线电机，主要由在内部的石油提炼管和包围油管的永磁体组成。图1为一石油提炼管加热用永磁直线发电机的剖面图。如图所示定子由铁管和铜管复合而成，在铁管外面复合一层铜管主要是为了增强涡流效应从而增大发热功率。动子部分由永磁体和背铁铁管组成，为了加强管内的磁场并且同时减弱背铁中的磁场，永磁体排布采用了halbach结构。

    静态时和不同运动速度时的磁场分布图。从图中可以看出，当动子和定子之间有相对运动时，磁自力线在定子中逆着动子运动的方向偏移，并且出现自闭合的磁力线，这表明定子中感应出了涡流。

   随着动子运动速度的增大，磁力线的偏移程度加大。另外，从图2中可以清楚地看出随着相对运动速度的增大，动子端部漏磁明显增大。

   

      永磁直线发电机工作时，动子以一定速度相对定子运动，永磁体阵列建立的恒定磁场也将以相同的速度移动并切割定子。由于导电媒质和磁场之间有相对运动会产生速度电场，因此在直线发电机的定子中将产生速度电场，并产生涡流，涡流在定子中流动最终会转化为热能，从而使油管发热。与此同时在油管中流动的原油也会被加热，黏度变低，保证了原油的正常流动。

    石油提炼管加热用永磁直线发电机的具体结构参数为油管内径为17 mm，外径为26 mm；铜管内径为26 mm，外径为28 mm；气隙内径为28 mm，外径为36 mm，永磁体采用钕铁硼，矫顽力为960 ka/m，乘i磁为1.3 t，永磁体内径为36 mm，外径为52 mm，高度为16 mm．共有7块；背铁铁管内径为52 mm，外径为57 mm。

    石油提炼管加热用永磁直线发电机由于轴向铁芯开断，存在轴向静态端部效应