Модуль погружной центробежной насосной установки

 

Изобретение относится к устройствам для магнитной обработки жидких сред, в частности нефтеводогазовых смесей, и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой промышленности для предотвращения отложений органических и неорганических веществ на внутренних поверхностях насосных установок и промысловых трубопроводов. Модуль содержит корпус, установленный внутри корпуса вал и диспергирующие ступени, состоящие из закрепленной на валу крыльчатки с лопатками и закрепленного внутри корпуса рассекателя потока, который выполнен в виде открытого с обоих концов стакана, внутри которого размещена втулка, через отверстие которой проходит вал. Втулка соединена со стаканом посредством перегородок, каждая из которых выполнена постоянным магнитом, магнитная ось которого ориентирована параллельно продольной оси вала. Технический результат заключается в повышении эффективности магнитной обработки нефтеводогазовой смеси при прохождении ее через погружную насосную установку. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для магнитной обработки жидких сред, в частности нефтеводогазовых смесей, и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой промышленности для предотвращения отложений органических и неорганических веществ на внутренних поверхностях насосных установок и промысловых трубопроводов.

При охлаждении пластового продукта, имеющего высокое содержание пластовых рассолов, в скважине и внутрипромысловых трубопроводах происходит отложение солей жесткости, в том числе нерастворимых, что препятствует нормальной работе оборудования.

Кроме того, пластовая жидкость, особенно из месторождений с глубоким залеганием продуктивных пластов, обычно содержит большое количество фракций тяжелых углеводородов с температурой кипения 350-500^oС, значительную часть которых составляют парафиновые углеводороды. При понижении температуры парафины переходят в твердую фазу, образуя коллоидный раствор в пластовой жидкости, что резко снижает эффективность работы погружной насосной установки, а также осложняет внутрипромыслового сбора и подготовки нефтяного конденсата к транспорту. Процессы парафиноотложения начинаются в стволе скважины и усиливаются на начальном участке внутрипромыслового трубопровода, где происходит интенсивное охлаждение нефтеводогазовой смеси до температуры грунта, а также в конце трубопровода, где температура смеси сильно снижается в следствие теплообмена с окружающей средой.

Магнитная обработка обеспечивает интенсивную кристаллизацию солей в объеме обрабатываемой жидкости, что значительно уменьшает отложения солей на рабочих поверхностях погружного насоса, внутренних стенках колонны насосно-компрессорных труб и т.д., кроме того, воздействие магнитного поля приводит к коагуляции коллоидного раствора парафинов, что тормозит процесс отложения парафинов на поверхностях оборудования.

Известно устройство для магнитной обработки нефтеводогазовых смесей, раскрытое в патенте US 5052491 A1, 01.10.1991, Е 21 В 37/00 и содержащее корпус, внутри которого установлены постоянные магниты.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) является устройство для предупреждения отложения солей в нефтяной скважине, описанное в авторском свидетельстве SU 1530757 A1, 23.12.89, Е 21 В 37/00, содержащее корпус, установленную внутри корпуса ось, закрепленную на оси винтовую перегородку, выполненную с постоянными магнитами.

Основным недостатком указанных аналогов является то, что значительная часть потока жидкости подвергается воздействию магнитного поля, силовые линии которого не ортогональны направлению потока жидкой среды, что существенно снижает эффект от магнитной обработки нефтеводогазовой смеси.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании модуля погружной центробежной насосной установки, обеспечивающего возможность эффективной магнитной обработки потока нефтеводогазовой смеси непосредственно в скважине.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности магнитной обработки нефтеводогазовой смеси при прохождении ее через погружную насосную установку, за счет обеспечения эффективного воздействия магнитного поля на весь объем перекачиваемой жидкости, а также интенсификации процесса обессоливания и депарафинизации нефтеводогазовой смеси после магнитной обработки.

Согласно изобретению модуль погружной центробежной насосной установки содержит корпус, установленный внутри корпуса вал и, по крайней мере, две диспергирующие ступени, состоящие из закрепленной на валу крыльчатки с лопатками и закрепленного внутри корпуса рассекателя потока, который выполнен в виде открытого с обоих концов стакана, внутри которого размещена втулка, через отверстие которой проходит вал. Втулка соединена со стаканом посредством, по меньшей мере, двух перегородок, каждая из которых выполнена с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, магнитная ось которого ориентирована, приближенно, параллельно продольной оси вала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, детали рассекателя потока, за исключением постоянных магнитов, могут быть выполнены из немагнитного материала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, число перегородок рассекателя может быть кратно двум, при этом постоянные магниты, расположенные в соседних перегородках, должны обеспечивать формирование встречно направленных магнитных полей.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, все перегородки рассекателей всех ступеней могут быть снабжены одинаковым количество постоянных магнитов.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, магнитная ось каждого из постоянных магнитов, размещенных в перегородках рассекателя, может совпадать с магнитной осью одного из постоянных магнитов, формирующих магнитное поле, сонаправленное магнитному полю этого постоянного магнита и размещенных в перегородках рассекателя соседней ступени.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, магнитная ось каждого из постоянных магнитов, размещенных в перегородках рассекателя, может быть расположена с угловым сдвигом α относительно магнитной оси одного из постоянных магнитов, формирующих магнитное поле, сонаправленное магнитному полю этого постоянного магнита и размещенных в перегородках рассекателя соседней ступени, а угол α имеет вершину на продольной оси устройства.

При этом величина углового сдвига α может определяться по формуле где α - величина углового сдвига, n - число перегородок в каждой ступени, m - число диспергирующих ступеней.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, основная часть поверхности перегородки может быть расположена под ненулевым углом к продольной оси вала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, основная часть поверхности лопатки крыльчатки может быть расположена под ненулевым углом к продольной оси вала, противоположным по знаку углу расположения основной части поверхности перегородки.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения, постоянный магнит может быть выполнен из материала с точкой Кюри, превышающей температуру пластовой жидкости в скважине.

На фиг. 1 изображен общий вид насосного модуля погружной центробежной насосной установки.

На фиг.2 изображен разрез насосного модуля в месте расположения диспергирующих ступеней (крыльчатка условно не разрезана).

На фиг.3 изображено сечение В-В по фиг.2 (крыльчатка условно не разрезана).

На фиг.4 изображена схема распределения магнитного поля постоянного магнита.

Насосный модуль 1 погружной центробежной насосной установки содержит корпус 2, установленный внутри корпуса вал 12, а также пакет напорных ступеней 3 и пакета из десяти диспергирующих ступеней 4.

Каждая диспергирующая ступень состоит из закрепленной на валу крыльчатки 5 с лопатками и закрепленного внутри корпуса 2 рассекателя потока 6, который выполнен из немагнитного материала, например чугуна-нерезиста, нержавеющей стали или пластика. Рассекатель 6 выполнен в виде открытого с обоих концов стакана 7, внутри которого размещена втулка 8, через отверстие которой проходит вал 3. Втулка 8 соединена со стаканом 7 посредством четырех перегородок 9, угол между которыми составляет 90^o. Большие поверхности перегородок расположены под углом ϕ=45^o к продольной оси вала, а большие поверхности лопаток крыльчатки расположена под углом к продольной оси вала, равным по величине ϕ и противоположным ему по знаку, что позволяет усилить эффект турбулизации потока жидкости.

В каждой перегородке 9 закреплен постоянный магнит 10, представляет собой намагниченный в продольном направлении стержень, выполненный из металлокерамического материала, сохраняющего свою намагниченность при температуре, равной или превышающей температуру пластовой жидкости. Магнитные оси постоянных магнитов 10 ориентированы параллельно продольной оси вала, причем постоянные магниты, расположенные в соседних перегородках, обеспечивают формирование противонаправленных магнитных полей.

Рассекатели 6 установлены внутри корпуса 2 таким образом, что магнитная ось каждого из постоянных магнитов 10, совпадает с магнитной осью одного из постоянных магнитов, формирующих магнитное поле, сонаправленное магнитному полю этого постоянного магнита и размещенных в перегородках рассекателя соседней ступени, однако рассекатели 6 могут быть установлены таким образом, что упомянутые магнитные оси окажутся расположена с угловым сдвигом α=9^o, что несколько усложняет сборку модуля 1, но позволяет повысить эффективность магнитной обработки потока нефтеводогазовой смеси.

Устройство работает следующим образом.

При вращении рабочих колес насосных ступеней модуля 1 нефтеводогазовая смесь через заборную сетку 11 поступает к диспергирующим ступеням 4 где происходит турбулизация потока за счет взаимодействия смеси с рабочими поверхностями крыльчаток 5 и перегородок 9. При прохождении смеси через магнитную систему, образованную диспергирующими ступенями модуля, происходит омагничивание нефтеводогазовой смеси, вследствие чего начинается активная коагуляция коллоидных растворов парафинов и коллоидных растворов силикатов в воде и кристаллизация солей на образовавшихся в результате коагуляции твердых частицах. Указанные процессы происходят в объеме обрабатываемой жидкости, а образовавшиеся кристаллы и твердые частицы уносятся потоком, не оседая на стенках рабочего оборудования.

При прохождении нефтеводогазовой смеси через диспергирующие ступени происходит турбулизация потока нефтеводогазовой смеси вблизи постоянных магнитов 10 (см. фиг. 4), таким образом, каждый элемент потока в течение некоторого времени подвергается воздействию магнитного поля, силовые линии которого ортогональны направлению движения этого элемента потока, благодаря чему эффект от магнитной обработки нефтеводогазовой смеси оказывается максимален.

Перемешивание нефтеводогазовой смеси при прохождении через диспергирующие ступени позволяет также интенсифицировать процесс кристаллизации растворенных в воде солей, так как исключает обеднение раствора вблизи очагов кристаллизации, что обеспечивает существенное торможение процесса отложения солевого осадка на поверхности оборудования по пути движения потока.

При прохождении нефтеводогазовой смеси через диспергирующие ступени обеспечивается эффективное дробление газовых пузырей за счет формирования в нефтеводогазовой смеси зон повышенной турбулентности, локальных пульсаций давления и т.д., что приводит к созданию однородной мелкодисперсной нефтеводогазовой смеси, при этом значительно ускоряется процесс коагуляции коллоидных растворов парафинов и силикатов за счет оседании дисперсной фазы из коллоидных растворов на мелких пузырьках газа, которые образуют дополнительные центры коагуляции и кристаллизации, что существенно уменьшает рост отложений на рабочих поверхностях промыслового оборудования.

Кроме того, магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 10, в прилегающих к магнитам зонах насыщает воду, содержащуюся в нефтеводогазовой смеси, положительными и отрицательными ионами. Макромолекулы СаСО₃, находящиеся в воде и имеющие положительный заряд, попадая в отрицательно заряженные области, постепенно теряют свой заряд и уносятся потоком нефтеводогазовой смеси, не оседая на стенках насосного оборудования. Кроме того, создаваемый магнитным полем ионный дисбаланс приводит к растворению солевых отложений, образовавшихся на поверхностях, контактирующих с нефтеводогазовой смесью, а также приводит к возникновению в объеме жидкости слабых электрических токов, воздействие которых существенно ускоряет процессы коагуляции коллоидных растворов.

Формула изобретения

1. Модуль погружной центробежной насосной установки, содержащий корпус, установленный внутри корпуса вал и, по крайней мере, две диспергирующие ступени, состоящие из закрепленной на валу крыльчатки с лопатками и закрепленного внутри корпуса рассекателя потока, который выполнен в виде открытого с обоих концов стакана, внутри которого размещена втулка, через отверстие которой проходит вал, причем втулка соединена со стаканом посредством, по меньшей мере, двух перегородок, каждая из которых выполнена с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, магнитная ось которого ориентирована приближенно параллельно продольной оси вала.

2. Модуль по п.1, характеризующийся тем, что детали рассекателя потока, за исключением постоянных магнитов, выполнены из немагнитного материала.

3. Модуль по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что число перегородок рассекателя кратно двум, а постоянные магниты, расположенные в соседних перегородках, обеспечивают формирование встречно направленных магнитных полей.

4. Модуль по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что все перегородки рассекателей всех ступеней снабжены одинаковым количеством постоянных магнитов.

5. Модуль по п.4, характеризующийся тем, что магнитная ось каждого из постоянных магнитов, размещенных в перегородках рассекателя, совпадает с магнитной осью одного из постоянных магнитов, формирующих магнитное поле, сонаправленное магнитному полю этого постоянного магнита, и размещенных в перегородках рассекателя соседней ступени.

6. Модуль по п.4, характеризующийся тем, что магнитная ось каждого из постоянных магнитов, размещенных в перегородках рассекателя, расположена с угловым сдвигом α относительно магнитной оси одного из постоянных магнитов, формирующих магнитное поле, сонаправленное магнитному полю этого постоянного магнита и размещенных в перегородках рассекателя соседней ступени, а угол α имеет вершину на продольной оси устройства.

7. Модуль по п.4, характеризующийся тем, что величина углового сдвига α определяется по формуле

где α - величина углового сдвига;

n - число перегородок в каждой ступени;

m – число диспергирующих ступеней.

8. Модуль по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что основная часть поверхности перегородки расположена под ненулевым углом к продольной оси вала.

9. Модуль по п.8, характеризующийся тем, что основная часть поверхности лопатки крыльчатки расположена под ненулевым углом к продольной оси вала, противоположным по знаку углу расположения основной части поверхности перегородки.

10. Модуль по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что постоянный магнит выполнен из материала с точкой Кюри, превышающей температуру пластовой жидкости в скважине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4