Магнитно-гидродинамическое устройство против солеотложения

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для борьбы с солеотложением в насосно-компрессорных трубах и другом оборудовании нефтегазодобывающих скважин. Устройство содержит осесимметричную цепь аксиально намагниченных цилиндрических постоянных магнитов с цилиндрическими магнитными наконечниками, собранную на неферромагнитной штанге, проходящей через их осевые отверстия. Магниты ориентированы одноименными полюсами навстречу друг другу. Штанга установлена на звездчатых стойках соосно внутри секции ферромагнитной трубы с зазором для протекания жидкости и создания в ней поперечного ее потоку неоднородного магнитного поля. Концы штанги установлены в подшипниках, укрепленных соосно на звездчатых стойках. Между каждым полюсом магнита и магнитным наконечником установлена турбина из ферромагнита с лопастями с заостренными кромками, обращенными к стенке трубы. Повышается эффективность и долговечность работы устройства. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области техники для обработки водных растворов магнитным полем и преимущественно предназначено для борьбы с солеотложением в насосно-компрессорных трубах и другом оборудовании нефтегазодобывающих скважин и системы поддержания пластового давления.

Известно магнитное устройство против солеотложения (см. Агаларов Дж. М. Магнитный способ борьбы против солеотложения в нефтедобыче. Азербайджанское Госиздат, Баку, 1984 г., стр.30-33, рис.3), состоящее из осесимметричной цепи аксиально намагниченных цилиндрических постоянных магнитов с цилиндрическими магнитными наконечниками, собранной на неферромагнитной штанге, проходящей через их осевые отверстия, с ориентацией магнитов одноименными полюсами навстречу друг к другу, и установленной на звездчатых стойках соосно внутри секции ферромагнитной трубы с зазором, обеспечивающим необходимую скорость протекания жидкости при допустимом гидродинамическом сопротивлении магнитного устройства и требуемой магнитной индукции в жидкости.

Принцип действия магнитного устройства заключается в следующем. При поступлении пластовой жидкости в призабойную зону скважины резко изменяется фазовое равновесие, отличающееся от пластовых условий. В стволе скважины из лифтируемой жидкости в результате разложения достаточно хорошо растворимых в воде гидрокарбонатов (бикарбонатов) кальция и магния выделяется углекислый газ и образуется пересыщенный раствор слаборастворимых карбонатов кальция и магния. Карбонаты кальция и магния из пересыщенного раствора переходят в твердую фазу, образуя кристаллы коллоидных частиц нанометрических размеров в виде электрически заряженных мицелл с двойной электрической оболочкой ионов, препятствующей их коагуляции и росту более крупных кристаллов. Разрушение оболочек мицелл происходит на поверхности металлов с электронной проводимостью и особенно на самопроизвольно намагниченных доменах ферромагнитных металлов, что обуславливает отложение карбонатных солей на стенках лифтовых труб, коллекторов, штангах и другом оборудовании нефтегазодобывающих скважин. При протекании коллоидного раствора через кольцевой зазор магнитного устройства в поперечном струе магнитном поле мицеллы нанокристаллов под действием сил Лоренца и особенно при быстром изменении их направления в области сильной неоднородности поля теряют двойной электрический слой и коагулируют в более крупные микрокристаллы, служащие центрами дальнейшей коагуляции мицелл и затравочными зародышами центров кристаллизации. В результате кристаллизация происходит на микрокристаллах в самой жидкости, подавляя солеотложение на стенках труб.

Недостатками данного магнитного устройства являются низкая эффективность, обусловленная слабой неоднородностью магнитного поля в направлении, поперечном к струе жидкости, и ослабление со временем магнитного поля в потоке жидкости, обусловленное замыканием полюсов постоянных магнитов ферромагнитным шламом, заносимым потоком жидкости, требующее периодической очистки магнитного устройства.

На фиг.1 представлено магнитно-гидродинамическое устройство против солеотложения, разрез А-А фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б фиг.1.

В предлагаемом магнитно-гидродинамическом устройстве против солеотложения, состоящем из осесимметричной цепи аксиально намагниченных цилиндрических постоянных магнитов 1 с цилиндрическими магнитными наконечниками 2, собранной на неферромагнитной штанге 3, проходящей через их осевые отверстия, с ориентацией магнитов одноименными полюсами навстречу друг к другу, и установленной на звездчатых стойках 4 соосно внутри секции ферромагнитной трубы 5 с зазором, обеспечивающим протекание жидкости через магнитное устройство, с целью устранения указанных недостатков между каждым полюсом магнита 1 и магнитным наконечником 2 имеется турбина 6 из ферромагнита с лопастями с заостренными кромками, обращенными к стенке трубы 5, а концы штанги 3 установлены в подшипники 7, укрепленные соосно на звездчатых стойках 4, допускающих вращение всей магнитной сборки относительно трубы 5 под действием потока протекающей жидкости.

Работа магнитно-гидродинамического устройства заключается в следующем.

При включении насоса через секцию трубы 5 с магнитно-гидродинамическим устройством, установленным в скважине ниже насоса на уровне начала интенсивного солеотложения, протекает пластовая жидкость, поток которой, действуя на лопасти турбин 6, вызывает вращение всего магнитного устройства относительно трубы 5. Протекая через поперечное неоднородное и переменное по направлению магнитное поле, под действием переменных сил Лоренца мицеллы нанодисперсных кристаллов карбонатов кальция и магния в коллоидном водном растворе теряют двойные электрические оболочки и коагулируют, образуя грубодисперсную взвесь микрокристаллов карбонатных солей в самой протекающей жидкости. Наиболее интенсивно это явление происходит в зазоре между стенками ферромагнитной трубы 5 и кромками ферромагнитных лопастей турбин 6, где из-за малого неферромагнитного зазора создается наиболее сильное и неоднородное магнитное поле в потоке жидкости, значительно повышая эффективность магнитного устройства. Ферромагнитный шлам, заносимый в магнитное устройство потоком воды и замыкающий часть магнитного потока постоянных магнитов, минуя поток жидкости, скапливается в области наибольших градиентов магнитного поля на кромках лопастей вращающихся турбин 6 и при перемещении их относительно стенок трубы 5 механически сбрасывается в поток жидкости, выносящий их из магнитного устройства, чем обеспечивается его самоочистка. При этом лопасти турбин механически снимают со стенок трубы еще рыхлый слой кристаллов солей, перенося их в поток жидкости в качестве дополнительных центров кристаллизации, а также перемещают область наибольшего солевыделения по периметру трубы, равномерно распределяя центры кристаллизации по всему объему протекающей жидкости. Вышеописанное обеспечивает достижение поставленной цели в предлагаемом магнитно-гидродинамическом устройстве против солеотложения.

Магнитно-гидродинамическое устройство против солеотложения, содержащее осесимметричную цепь аксиально намагниченных цилиндрических постоянных магнитов с цилиндрическими магнитными наконечниками, собранную на неферромагнитной штанге, проходящей через их осевые отверстия, с ориентацией магнитов одноименными полюсами навстречу друг к другу, и установленную на звездчатых стойках соосно внутри секции ферромагнитной трубы с зазором для протекания жидкости и создания в ней поперечного ее потоку неоднородного магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и долговечности его работы за счет увеличения напряженности, неоднородности и стабильности магнитного поля в потоке обрабатываемой жидкости, устройство имеет между каждым полюсом магнита и магнитным наконечником турбину из ферромагнита с лопастями с заостренными кромками, обращенными к стенке трубы, а концы штанги установлены в подшипниках, укрепленных соосно на звездчатых стойках, допускающих вращение всей магнитной сборки относительно трубы под действием потока протекающей жидкости.