СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СТРУЙНОЙ МАГНИТНОЙ ДЕКОМПРЕССИОННОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ РАСТВОРОВ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к способу активации (обработки) различных растворов с целью получения требуемых свойств этих растворов и устройству для его реализации и предназначено для использования в основном в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ обработки парафиносодержащей нефти вибрационным воздействием, реализуемый моноконструкциями в виде сеток, помещаемыми в нефть и совершающими колебательные движения (А.с. 571657, А.с. 612101). Результатом обработки данным способом является снижение эффективной вязкости нефти. Эффективность применения способа не достаточно высока в связи с большими массами вибрирующих устройств, не позволяющими получить высокие амплитуды колебаний и требующими достаточно мощные приводные механизмы.

Известен способ обработки растворов, осуществляемый турбулентными струями собственно раствора, создаваемыми различного рода насадками (С.В. Логвиненко. Техника и технология цементирования скважин. М., Недра, 1978, 245 с. ). Реализация этого способа способствует уменьшению размеров дисперсной фазы и повышению однородности раствора.

Известен способ обработки растворов квазипостоянным магнитным полем, осуществляемый устройствами, охватываемыми потоком раствора (Лазоренко Л.И. Влияние режимов магнитной обработки воды на качество бетона, полученного на ее основе / Электронная обработка материалов, 1-1985 г., 87 с.; Ф.Г. Унгер, А. Н. Андреева и др. Магнитные технологии в нефтедобыче / Электронные и электромеханические системы и устройства // Сборник докладов XV научно-технической конференции. - Томск: НПО "Полюс", 1997. с.179-183). Применение этого способа позволяет в случае обработки нефти снизить количество осадков в трубопроводах и резервуарах, а в случае обработки цементных растворов повысить прочность цементного камня и снизить расход цемента. Эффективность данного способа зависит от величины напряженности магнитного поля, приложенного к раствору. В известных устройствах эта величина достигает значений до 10⁴ А/м. Больших значений достигнуть не удается, так как величина напряженности пропорционально связана с размерами поперечного сечения потока раствора.

Известны способы обработки растворов компрессионным или депрессионным воздействиями (Попов А. С. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М. : Недра, 1990. ). Использование данных способов отдельно для обработки нефти в скважине позволяет снизить эффективную вязкость и соответственно повысить дебит добычи. Достаточно трудным для указанных способов обработки растворов является создание устройств, обеспечивающих регулируемое интенсивное и многократное повторение этих воздействий.

Известен способ акустического воздействия на нефть в призабойной зоне пласта и аппаратура для его реализации (В.В. Дрягин, В.И. Опошнян, В.А. Глухих. Аппаратура акустического воздействия ААВ-320 для очистки призабойной зоны пласта // НТВ Каротажник. Тверь: ГЕРС, 1998, вып.46, с.74-76). Одним из последствий применения данного способа является снижение эффективной вязкости нефти, что способствует увеличению продуктивности нефтяных скважин. Интенсивность указанного способа определяется частотным диапазоном и амплитудами колебаний рабочего органа. Используемый в способе диапазон частот от 20 до 30 кГц не позволяет получить заметный объемный эффект.

Степень активации растворов, исходя из вышеизложенного, зависит от интенсивности каждого из упомянутых воздействующих факторов. В ряде случаев объединяют некоторых из вышеуказанных воздействующих факторов в одном способе. Однако примеров реализации способа, в котором объединяют все описанные воздействующие факторы активации растворов, не имеется.

Целью изобретения является создание способа многокомпонентного воздействия на растворы, повышающего степень активации растворов.

Поставленная цель достигается тем, что в растворах формируют малые объемные порции, которые многократно подвергают воздействию создающими их модулями активации турбулентными струями и магнитным полем, отличающийся тем, что указанные порции одновременно подвергают дополнительному действию высокими сдвиговыми скоростями, чередующимися депрессиями и компрессиями и акустическим полем.

Наличие дополнительных воздействий на порции раствора, образованных высокими сдвиговыми скоростями, чередующимися компрессией и депрессией и акустическим полем, существенно повышает степень активации раствора, сопровождающуюся изменением реологических свойств растворов, таких как эффективная вязкость и напряжение сдвига.

Предлагаемый способ активации реализуется модулем активации растворов, устройство которого показано на фиг. 1 и 2. Модуль содержит герметичный корпус 1, электромагнитный вибропривод, подвижный рабочий орган-активатор 2, магнитопровод 3 с катушкой 6 электромагнита вибропривода, расположенный внутри корпуса, причем активатор, являющийся якорем электромагнита и закрепленный на корпусе пружинами 4 и опорой 7, имеет сквозную трапецеидальную подковообразную полость 5 и совершает колебательные движения с амплитудой не менее расстояния от активатора до стенки корпуса при выключенном модуле, а катушка 6 электромагнита через ввод электропитания 8 запитывается однополярными импульсами напряжения, имеющими частоту, равную частоте собственных колебаний активатора в растворе. Выполнение пружины с жесткостью, обеспечивающей равенство собственной частоты колебаний активатора и частоты питающего напряжения, позволило получить максимальные амплитуды колебаний активатора и тем самым обеспечить повышенную производительность модуля.

При работе модуля активации активатор 2 совершает колебательные движения. За одно колебание активатор формирует малую объемную порцию раствора, которая, проходя через отверстие полости 5, создает турбулентную струю раствора, направленную от модуля. Двигаясь по стенкам полости 5, отдельные слои порции раствора приобретают высокие сдвиговые скорости. Протекая под активатором 2 при минимальном расстоянии от активатора до стенки корпуса 1, раствор попадает в зону высоких значений напряженности квазипостоянного магнитного поля, создаваемого в зазоре между магнитопроводом 3 электромагнита и активатором 2. Каждая порция раствора, находящаяся под активатором 2 и в полости 5, при движении активатора к стенке корпуса 1 сжимается (компрессия), а при движении активатора в обратном направлении испытывает разряжение (депрессия), и наконец колеблющийся в растворе активатор 2 излучает акустические волны, распространяющиеся по объему раствора. Раствор, находящийся рядом с модулем, протекая под активатором через трапецеидальное отверстие (фиг.3), образует замкнутый поток, тем самым обеспечивается многократное попадание порций раствора под действие активизирующих факторов. Многокомпонентное воздействие всех вышеуказанных факторов активации растворов, создаваемое в одном устройстве, существенно повышает степень активации. Используя для активации растворов несколько небольших модулей активации, удалось в каждом из них получить значительно большие амплитуды колебаний активаторов 2, что обеспечивает высокую степень активации раствора при уменьшении массогабаритных показателей самого устройства и увеличении производительности. Распределением модулей активации по объему раствора обеспечивается увеличение общей производительности и однородности обрабатываемого раствора.

Пример реализации предлагаемого способа активации парафиносодержащей нефти с помощью модулей активации иллюстрируется на фиг.4.

Несколько модулей 9 в зависимости от объема обработки погружают в нефть, находящуюся в емкости 10. На обмотку 6 электромагнита вибропривода каждого модуля подают однополярные импульсы напряжения. При напряжении, отличном от нуля, по обмотке 6 протекает ток, активатор 2, являющийся якорем электромагнита, из исходного состояния под действием электромагнитной силы начинает притягиваться к полюсам магнитопровода 3, двигаясь к стенке корпуса 1 модуля, при этом пружина 4 изгибается, а порция нефти, находящаяся под активатором 2 и в полости 5, сжимается и часть ее через выходное отверстие полости 5 выталкивается в направлении от активатора 2, образуя турбулентную струю 11. На порции нефти, двигающиеся и соприкасающиеся со стенками полости 5 активатора 2, действуют высокие сдвиговые скорости. Нефть, находящаяся между полюсами магнитопровода 3 и активатором 2, подвергается действию квазипостоянного магнитного поля, напряженность которого существенно возрастает при приближении активатора к стенке корпуса 1. В момент времени, когда импульс напряжения отсутствует, ток по катушке 6 не протекает и активатор 2 под действием силы упругости пружины 4 начинает двигаться в направлении от корпуса 1 модуля активации. При этом под активатором 2 и в полости 5 создается разряжение (депрессия), действующее на оставшуюся часть порции нефти, а очередная порция нефти с боков по периметру активатора начинает поступать под активатор. При постоянной подаче импульсов напряжения на катушку 6 модуля все процессы повторяются, оказывая активирующее воздействие на нефть. Колеблющийся активатор 2 каждого модуля является источником акустических волн, распространяющихся по нефти и оказывающих активирующее воздействие. Кроме этого, вблизи работающего активатора 2 создается замкнутый поток нефти, который малыми объемными порциями, соответствующими одному колебательному движению активатора, многократно подвергается действию многокомпонентной совокупности факторов активации. В результате применения предлагаемого способа для активации парафиносодержащей нефти удалось снизить ее эффективную вязкость в 2-3 раза, уменьшить парафиноотложения в трубопроводе до 50%.

Частота, импульсов напряжения питания равняется собственной частоте колебаний активатора 2 в нефти, что сопровождается высокими амплитудами колебаний активатора, создающих повышенную степень активации нефти. Указанное равенство частот обеспечивают выполнением пружин с необходимой жесткостью, определяемой по выражению:
k = 4π²f²∑ m,
где f - частота питающего напряжения;
∑ m масса колеблющихся элементов системы.

Способ дополнительно обеспечивает сокращение энергозатрат на процесс активации растворов, так как при реализации резонансного режима получение максимальных амплитуд колебания активатора модуля активации становится возможным при малых токах. Так, при реализации способа модуль активации имел активную мощность потребления 90 Вт при расходе до 2,5 л/с.

Изобретение относится к способу активации (обработки) различных растворов с целью получения требуемых свойств этих растворов и предназначен в основном для нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. Способ заключается в том, что в растворе формируют малые объемные порции, которые многократно подвергают многокомпонентному воздействию создающими их модулями активации, распределенными по объему раствора. Многокомпонентное воздействие образует объединенные неделимой совокупностью активизирующие факторы: турбулентная струя, сдвиговая скорость слоев раствора, квазипостоянное магнитное поле, чередующаяся декомпрессия и акустическое поле. Технический результат состоит в повышении степени активации растворов. 4 ил.

Способ активации растворов, в которых формируют малые объемные порции, которые многократно подвергают воздействию создающими их модулями активации, турбулентными струями и магнитным полем, отличающийся тем, что указанные порции одновременно подвергают действию высоких сдвиговых скоростей, чередующихся депрессии и компрессии и акустическим полем.