УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для магнитной обработки жидкости, предназначенным для предотвращения асфальтеносмолопарафинистых отложений (АСПО) и неорганических солей на насосно-компрессорных трубах (НКТ) и оборудовании нефтяных скважин.

Известно устройство для обработки жидкости в магнитном поле, содержащее цилиндрический корпус и расположенные внутри него магнитные элементы на диамагнитном штоке, изолированные друг от друга диамагнитными втулками (см. а. с. СССР 1130537, кл. С 02 F 1/48, от 1983 г.).

Однако известное устройство имеет сложную конструкцию, которая позволяет размещать его только под скважинным насосом, поэтому в таком устройстве невозможно исключить негативные последствия турбулизации потока жидкости.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является устройство для магнитной обработки скважинной жидкости в насосно-компрессорных трубах, содержащее корпус, выполненный в виде трубопровода, внутри которого размещен аксиально с образованием рабочего канала ферромагнитный стержень. Магнитная система устройства выполнена в виде блоков, состоящих из постоянных магнитов, закрепленных попарно на ферромагнитном стержне и направленных разноименными полюсами друг к другу (см. а.с. СССР 1296513, кл. С 02 F 1/48, от 1985 г.). Постоянные магниты в каждом блоке закреплены на стержне таким образом, что в пределах первого блока полюсность каждой последующей пары магнитов повернута на угол относительно предыдущей пары по часовой стрелке, а поворот полюсности пар магнитов, образующих второй блок, осуществляется против часовой стрелки.

Характер изменения направления магнитного потока по длине устройства приводит к изменению взаимодействия частиц потока жидкости с магнитным полем. Как следствие - частицы жидкости становятся центрами кристаллизации парафина.

Гидродинамический режим течения жидкости в рабочем канале известного устройства определяется внешней формой магнитной системы и его можно считать постоянным по длине аппарата.

Однако известное устройство имеет недостаточную эффективность магнитной обработки жидкости. Это объясняется, во-первых, низким коэффициентом заполнения сечения рабочего канала магнитным полем и большими потерями напряженности магнитных полей вследствие замыкания этих полей как через ферромагнитный стержень, так и непосредственно магнитными элементами на ферромагнитный корпус. Во-вторых, конструктивное выполнение устройства (ферромагнитный стержень с закрепленной на нем магнитной системой размещен в рабочем канале) позволяет проводить монтаж такого устройства только под скважинным насосом, что ограничивает область его применения. Установка устройства в скважине под насос еще в большей степени снижает эффективность магнитной обработки жидкости, проведенной до поступления в насос вследствие турбулизации потока жидкости в клапанных устройствах скважинного насоса. Величина потерь магнитной обработки жидкости возрастает в скважинах с более высоким дебитом, так как в них увеличивается турбулентность потока.

Результаты промысловых испытаний свидетельствует о том, что этот негативный процесс достигает предела в скважинах, оборудованных винтовыми насосами, когда вследствие чрезмерной турбулизации и перемешивания потока положительный эффект магнитной обработки жидкости сводится к нулю.

К тому же, конструктивное исполнение устройства, в частности форма, габариты и расположение магнитных элементов, не позволяет положительно воздействовать на гидродинамический режим потока жидкости в рабочем канале устройства.

И наконец, в-третьих, конструктивное исполнение устройства (форма, габариты и размещение магнитных элементов) отрицательно действует на гидродинамику потока жидкости в рабочем канале, снижая эффективность магнитной обработки.

Предлагаемым изобретением решается задача формирования оптимального гидродинамического потока жидкости в пучностях напряженности магнитного поля в рабочем канале устройства при одновременном упрощении устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для магнитной обработки жидкости, включающем корпус, выполненный в виде трубопровода, размещенный аксиально внутри корпуса с образованием рабочего канала ферромагнитный стержень и магнитную систему, выполненную в виде блоков постоянных магнитов, закрепленных на ферромагнитном стержне, постоянные магниты каждого блока закреплены на ферромагнитном стержне с образованием кольца и ориентированы одноименными полюсами к поверхности ферромагнитного стержня, снаружи каждый блок постоянных магнитов охвачен монолитным кожухом из немагнитного материала, выполненным в форме веретена, причем постоянные магниты размещены в части кожуха, имеющей максимальный диаметр, а заостренный торец кожуха ориентирован навстречу потоку жидкости в рабочем канале, при этом со стороны каждого торца блока постоянных магнитов на ферромагнитном стержне установлены цилиндрические немагнитные монолитные втулки, выполненные с винтовыми каналами на внешней боковой поверхности.

В качестве ферромагнитного стержня может быть взята насосная штанга, а в качестве корпуса - отрезок насосно-компрессорной трубы.

Устройство размещено над насосом.

Благодаря тому, что постоянные магниты в блоке закреплены на ферромагнитном стержне с образованием кольца и поскольку все магниты ориентированы одноименными полюсами к поверхности ферромагнитного стержня, обеспечивается равномерное распределение магнитного поля по всему поперечному сечению рабочего канала при высокой напряженности магнитного поля, т.е. создаются условия для эффективной магнитной обработки скважинной жидкости.

Благодаря тому, что магниты в блоке охвачены снаружи монолитным кожухом из немагнитного материала, выполненным в форме веретена, при этом магниты размещены в части кожуха, имеющей максимальный диаметр, а острый торец кожуха ориентирован навстречу потоку жидкости, обеспечивается формирование такого гидродинамического режима течения жидкости в рабочем канале, при котором:
- происходит плавное ускорение потока жидкости в местах локализации градиента напряженности магнитного поля;
- достигается оптимальная скорость потока жидкости в пучностях магнитного поля;
- обеспечивается снижение скорости потока жидкости в области рабочего канала, где градиент напряженности магнитного поля меняет знак на противоположный.

Возникающие при этом перепады давления в потоке жидкости создают оптимальную турбулентность, повышающую эффективность магнитной обработки жидкости.

Размещение со стороны каждого торца блока постоянных магнитов на ферромагнитном стержне цилиндрических немагнитных монолитных втулок с винтовыми каналами на внешней боковой поверхности, создает плавное вращательное движение и перемешивание слоев жидкости в интервале воздействия магнитного поля каждого блока постоянных магнитов, что обеспечивает равномерную и более эффективную магнитную обработку жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез заявляемого устройства, на фиг.2 - характер изменения напряженности (Н) магнитного поля одного из блоков, на фиг.3 - характер изменения скорости (V) потока жидкости в зоне расположения этого блока постоянных магнитов.

Устройство для магнитной обработки жидкости содержит корпус 1, выполненный в виде ферромагнитного трубопровода, например отрезка НКТ. Внутри корпуса 1 размещен аксиально с образованием рабочего канала 2 ферромагнитный стержень 3, в качестве которого используется, например, стандартная насосная штанга. На наружной поверхности ферромагнитного стержня 3 размещена магнитная система, выполненная в виде блоков, составленных из постоянных магнитов 4. Постоянные магниты 4 в виде плоских прямоугольных параллелепипедов закреплены по периметру ферромагнитного стержня 3 равномерно, образуя кольцо. Одноименные полюса магнитов 4 направлены к поверхности ферромагнитного стержня 3. Такое расположение магнитов 4 в каждом блоке обеспечивает равномерное распределение магнитного поля по всему поперечному сечению рабочего канала 2, что является необходимым условием эффективного воздействия устройства.

Снаружи каждый блок постоянных магнитов 4 охвачен монолитным кожухом 5 из немагнитного некорродирующего материала (например, полиамидной смолы) и выполнен в форме веретена, острый торец 6 которого ориентирован навстречу потоку жидкости в рабочем канале 2, при этом постоянные магниты 4 расположены в части кожуха 5, имеющей максимальный диаметр.

Со стороны каждого торца блока постоянных магнитов 4 на ферромагнитном стержне 3 закреплены цилиндрические немагнитные монолитные втулки 7, на внешней боковой поверхности которых выполнены винтовые каналы 8. Втулки 7 одновременно выполняют функцию центраторов ферромагнитного стержня 3 (насосной штанги) в корпусе 1 устройства (в НКТ).

Устройство работает следующим образом.

На стандартной насосной штанге (ферромагнитный стержень 3) закрепляют блоки постоянных магнитов 4, помещенные в кожухи 5, между блоками закрепляют втулки 6. Насосную штангу 3 в составе колонны штанг спускают в колонну НКТ таким образом, чтобы устройство было расположено непосредственно над глубинным скважинным насосом. Но при необходимости возможна установка на 20-50 м ниже зоны ожидаемого отложения АСПО на скважинном оборудовании.

При работе насоса и прохождении нефти по рабочему каналу 2 нефть обрабатывается знакопеременным аксиальным и радиальным магнитными полями, в результате чего осуществляется активизация нефти, предотвращающая отложения АСПО на поверхности нефтепромыслового оборудования.

Нефть, подаваемая в колонну НКТ насосом, поступает в устройство для магнитной обработки. Обтекая втулки 7 по винтовым поверхностям каналов 8, поток нефти приобретает плавное вращательное движение, перемешивающее слои жидкости. Последующее обтекание потоком нефти веретенообразного кожуха 5 с размещенными в нем постоянными магнитами 4 создает такой гидродинамический режим течения жидкости, при котором турбулентность потока является оптимальной и способствующей усилению эффекта магнитной обработки жидкости.

Запись напряженности магнитного поля в рабочем канале 2 (фиг.2), а также измерение скорости потока жидкости в рабочем канале 2 (фиг.3) показала, что происходит плавное ускорение потока жидкости в местах формирования градиента напряженности магнитного потока (интервал I); затем достигается максимальная скорость потока жидкости, совпадающая с пучностью магнитного потока (интервал II), после чего резко снижается скорость потока жидкости в той области рабочего канала 2, где градиент напряженности магнитного потока меняет знак на противоположный (интервал III). Возникающие при этом перепады давления в потоке жидкости создают слабую, но оптимальную турбулентность, обеспечивающую рост эффективности магнитной обработки жидкости.

Поток нефти, пройдя магнитную обработку в первом блоке постоянных магнитов 4, обтекает наружную поверхность втулки 7 по винтовым поверхностям каналов 8 и получает дополнительное плавное вращательное движение и перемешивание слоев нефти в интервале следующего блока магнитов.

Проходя по рабочему каналу 2 в зоне следующего блока постоянных магнитов 4, потоку нефти вновь придается оптимальная турбулентность течения, что повышает эффективность магнитной обработки жидкости.

При многократном формировании оптимального гидродинамического потока жидкости в пучностях напряженности магнитного потока в нефти создаются условия для формирования большого числа мелких частиц асфальтеносмолопарафинистых отложений с пониженной адгезией и когезией, что способствует их выносу на поверхность с потоком нефти, резко снижая слипаемость в конгломераты и осаждение на скважинном оборудовании.

Основными достоинствами заявляемого устройства являются:
- высокая эффективность магнитной обработки жидкости;
- простота конструкции, которая позволила совместить градиенты скорости потока жидкости и градиенты магнитного поля с наложением общего вращательного движения потока жидкости, создавая оптимальный гидродинамический поток жидкости в пучностях напряженности магнитного поля, что обеспечивает эффективную магнитную обработку;
- простота монтажа, благодаря использованию стандартного скважинного оборудования (штанги, НКТ);
- продолжительная эксплуатация без каких-либо затрат, финансовых или энергетических;
- низкая стоимость.

По предварительным лабораторным данным оптимизация гидродинамики потока жидкости в магнитном аппарате позволит повысить эффективность его работы почти на 40%.

Изобретение предназначается для предотвращения отложений и неорганических солей на скважинном оборудовании. В ферромагнитной трубе размещен аксиально с образованием рабочего канала ферромагнитный стержень, на котором размещены постоянные магниты в виде блоков. В блоке магниты закреплены на стержне с образованием кольца, одноименные полюса магнитов направлены к поверхности ферромагнитного стержня. Снаружи магниты в блоке охвачены монолитным кожухом в виде веретена из немагнитного материала. Острый торец кожуха направлен навстречу потоку жидкости, а магниты расположены в части кожуха с максимальным диаметром. По торцам блока магнитов на ферромагнитном стержне закреплены цилиндрические немагнитные втулки с винтовыми каналами. Турбулентность потока жидкости в пучностях напряженности магнитного поля после прохождения винтообразных каналов и после обтекания поверхности является оптимальной, что обеспечивает высокую эффективность магнитной обработки жидкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус, выполненный в виде трубопровода, размещенный аксиально внутри корпуса с образованием рабочего канала ферромагнитный стержень и магнитную систему, выполненную в виде блоков постоянных магнитов, закрепленных на ферромагнитном стержне, отличающееся тем, что постоянные магниты каждого блока закреплены на ферромагнитном стержне с образованием кольца и ориентированы одноименными полюсами к поверхности ферромагнитного стержня, снаружи каждый блок постоянных магнитов охвачен монолитным кожухом из немагнитного материала, выполненным в форме веретена, причем постоянные магниты размещены в части кожуха, имеющей максимальный диаметр, а заостренный торец кожуха ориентирован навстречу потоку жидкости в рабочем канале, при этом со стороны каждого торца блока постоянных магнитов на ферромагнитном стержне установлены цилиндрические немагнитные монолитные втулки, выполненные с винтовыми каналами на внешней боковой поверхности. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ферромагнитного стержня взята насосная штанга, а в качестве корпуса - отрезок насосно-компрессорной трубы. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно размещено над насосом.