1.2 Способы установки магнитных устройств

Способы установки в скважинах депарафинизаторов различных конст­рукций показаны на рис. 3.3. Депарафинизаторы встраиваются в ко­лонку НКТ (рис. 3.3, а) и в колонну штанг (рис. 3.3, б) с помощью соответ­ствующей типовой резьбы.

Рис. 3.1. Периодическое магнитное устройство

а - конструкция устройства, 1 - магниты, 2 - полюсные наконечники, 3 - стержень, 4 - трубопровод

Рис. 3.2. Устройство со взаимно перпендикулярными направлениями намагниченности кольцевых магнитов

1 - трубопровод, 2 - немагнитный шток, 3,4 - аксиально и радиально намагниченные встав­ки, соответственно, 5 и 6 - прокладки

Рис. 3.3.Способы установки в скважинах магнитных депарафинизаторов

а - в колонне НКТ, б - в колонне штанг, в - на скребковой проволоке

Влияние УЗ колебаний и магнитного поля исследовалось раздельно. УЗ установка состоит из ультразвуковой ванны (нержавеющая сталь) с нагревателем и 6 плоскими ультразвуковыми излучателями мощностью по 300 Вт каждый, расположенными под нижней стенкой и стержневого магнитострикционного УЗ излучателя мощностью 4 кВт, помещаемого в ванну (рис. 4).

Из за большого объема воды в ванне образец (цилиндрическая или плоская кювета) практически не нагревался, что дало возможность исследовать влияние УЗ колебаний без учета термального эффекта.

Возможность регулирования выходной мощности генератора стержневого излучателя позволила обрабатывать образец нефти ультразвуком интенсивностью 10-35 Вт/см².

Рисунок 4 - Схема экспериментальной УЗ установки: 1 - ультразвуковой генератор, 2 – магнитострикционный преобразователь, 3 – ультразвуковая ванна с системой нагрева, 4 – волновод-излучатель, 5 - ёмкость с обрабатываемой нефтью, 6 – установка автономного охлаждения.

Рисунок 4.1 - Ультразвуковой стержневой магнитострикционный преобразователь мощностью 4 кВт;

В качестве индикатора мощности (интенсивности) УЗ колебаний использовалась алюминиевая фольга. Потеря массы фольги связывалось с параметрами УЗ воздействия. Глубина действия УЗ колебаний в экспериментальных условиях доходила до 25 см. Это дает основания полагать, что влияние УЗ колебаний способны распространятся в трубопроводе на необходимое расстояние.

Благодаря возможности регулирования параметров УЗ установлено, что при увеличении интенсивности УЗ воздействия на образец, установлено, что увеличение его мощности в 2 раза приводит к уменьшению динамической вязкости нефти более, чем в 2 раза (рис. 5).

Диапазон температур от 24 до 30 ºC был выбран в связи с тем, что 24 ºC являются температурой кристаллизации исследуемой нефти, а при нагреве более 35 ºC она ведет себя практически как ньютоновская жидкость.

Для измерения реологических характеристик нефти использовался ротационный вискозиметр Rheotest RN4.1

Рисунок 5 - Зависимость изменения динамической от температуры при обработке УЗ различной интенсивности

Рисунок 6 - Влияние времени УЗ обработки на динамическую вязкость

Оптимальное время обработки высоковязкой нефти составило около 5 мин (рис.4). Для сокращения времени обработки целесообразно использовать более мощные излучатели, располагаемые на внешней поверхности нефтепровода.

Согласно наиболее распространенной теории, влияние УЗ на вязкость нефти обуславливается кавитационным эффектом (схлопывание пузырьков газа), который в свою очередь ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения.

Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.

Кроме того, кавитация разрывает цепочку С–С связей нефти и парафина (более слабых, чем С–Н связи в молекулах углеводорода), вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.) и свойств нефтепродуктов (вязкости, плотности, температуры вспышки и др.).

С помощью установки «ультразвуковая ванна с системой нагрева» использованной совместно и «ультразвуковой стержневой магнитострикционный преобразователь мощностью 4 кВт» был проведен ряд исследований направленных на исследование скорости нагрева нефти от воздействия УЗ колебаний. УЗ ванна создает эффект «объемного нагрева» где явно наблюдается эффект кавитации, при этом одновременно повышается температура и уменьшается ее динамическая вязкость

Также были проведены исследования по комплексному воздействию физических полей на ВВН. Эксперимент включил в себя все три воздействия, описанные ранее (тепловое, МП, импульсное МП и УЗ).

По результатам исследования была получена зависимость (рис.7.)

Рисунок 7 – Зависимость КПД для каждого из воздействий при различных температурах

Таким образом, проведенные исследования определили оптимальные параметры воздействия (как в отдельности, так и при комплексном воздействии) каждого из физических полей на ВВН нефть. Уменьшение энергетических затрат на транспортировку высоковязкой нефти возможно в результате сокращения динамической вязкости до 35% и достигается комплексным УЗ воздействием (более 15-25 Вт/см²), временем обработки нефти УЗ колебаниями (не менее 3-5 минут), количеством магнитных импульсов с индукцией до 2,0 Тл (не менее 10 раз), а также индукцией постоянного магнитного поля около 1,2 Тл.

Наибольшее влияние на вязкость высоковязкой нефти оказывает УЗ воздействие. Это обусловлено также и тем, что до 50% энергетических затрат УЗ расходуется на нагрев нефти.

При комплексном воздействии на ВВН, то максимальный эффект был получен при температуре нефти 25ºC. Это связано с физико-химическими свойствами самой нефти, температура кристаллизации которой находится в диапазоне от 23 – 25ºC.

Результаты проведенных исследований изменения времени релаксации ВВН под воздействием физических полей приведенные на рисунке 6 показали, что совместное использование УЗ колебаний и магнитных полей значительно увеличивает время восстановления первоначальных свойств аномальной нефти.

Образцы нефти нагревались до температуры 50 ºC и подвергались обработке физическими полями. В течение 3-5 суток снимались показания изменения динамической вязкости.

Полученные результаты достигаются преимущественно за счет эффектов описанных при воздействии каждым из физических полей в отдельности.

Рисунок 8 - Исследования изменения времени релаксации ВВН после воздействием физических полей

Внизу предложена технология транспортировки аномальной нефти с включенными в нее узлами комплексного воздействия на высоковязкую нефть ультразвуковым и магнитным полем (рис.9).

Рисунок 7– Принципиальна схема транспортировки аномальной нефти оборудованная системой подогрева на основе воздействия физических полей: 1 – подводящий трубопровод; 2 – резервуарный парк оборудованный системой подогрева на основе воздействия физических полей; 3 – подпорный насос; 4 – головная перекачивающая станция; 5 – магистральный трубопровод; 6 – подогреватели на основе воздействия физических полей; 7 – основной насос; 8 – промежуточная подогревающая станция;

В соответствии с разработанной технологией на рисунке 10 схематично представлен узел УЗ обработки транспортируемой ВВН. Количество УЗ излучателей зависит от длины участка L трубопровода, его диаметра D, средней скорости потока нефти ω_ср, характеристик перекачиваемой нефти (вязкость µ).

Рисунок 10– Схема узла УЗ обработки транспортируемой нефти: 1 – излучатели; 2 – нефтепровод; 3 – генератор; 4 – блок кабелей;

Рисунок 11 – Схема узла магнитной обработки транспортируемой нефти: 1 – тиристорный преобразователь; 2 – электромагнит с трехфазной обмоткой; 3 – трубопровод; 4 – схема управления тиристорным преобразователем;

В качестве источников магнитного поля могут быть использованы несколько электромагнитов (рис.11.) с трехфазной обмоткой расположенных последовательно, в зависимости характеристик перекачиваемой нефти и от возможных условий установки на магистральном трубопроводе.

Использование системы подготовки ВПН нефти с применением физических полей, рекомендовано проводить в следующем порядке:

• первичная подготовка (обработка УЗ воздействием с помощью погружных устройств) ВВН осуществляет на этапе сбора высоковязкой нефти в резервуарном парке и подготовки к дальнейшей транспортировке по трубопроводу. Целесообразна также обработка постоянным магнитным полем с помощью погружных магнитов;

• комплексная обработка (УЗ, МП, ИМП) исследованными физическими полями производится на головной насосной станции;

• при необходимости, повторная комплексная магнитная и ультразвуковая обработка на участке трубопровода, где понижается до заданных пределов вязкость нефти и повышается вероятность выпадения парафинов, расположенного между головной и промежуточной перекачивающими станциями;

• подготовка ВВН к дальнейшей транспортировке производится на промежуточной перекачивающей станции.

Применение комплексной системы обработки с использованием физических полей позволяет снизить энергозатраты на транспортировку нефти на 30-60%.

Период окупаемости подобной системы в благоприятных условиях составит от двух до трех лет.

Заключение.

1. Анализ результатов экспериментальных исследований по исследованию динамической вязкости высоковязкой нефти при ее обработке ультразвуковым и магнитным полями свидетельствует о перспективности такой технологии при ее добычи и транспортировке по магистральным и промысловым трубопроводам.

2. Разработана технология подготовки и транспортировки высоковязких нефтей, обладающих вязкопластическими свойствами, на основе применения магнитного поля и ультразвуковых колебаний.

3. Экспериментально установлены рабочие параметры для УЗ воздействия (не менее 15-25Вт/см²), количество магнитных импульсов с индукцией до 2,0 Тл (не менее 10 раз), а также индукция постоянного магнитного поля около 1,2 Тл.

4. Установлено, что при применении предложенной системы подготовки и транспортировки высоковязких нефтей время восстановления первоначальных свойств (по сравнению с ее подогревом) увеличивается до 3 суток даже при ее остывании до 25 ⁰С, что дает возможность существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Список литературы

1. Kozachok M.V. Abnormal oil rheological properties changing by ultrosound using different power / M.V. Kozachok, E.I. Krapivsky, S.M. Sabanov // Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering“and “Doctoral School of Energy and Geotechnology II” Pärnu Estonia, January 10-15, 2011. – р.р. 127-129.

2. Ковач В.И., Аливанов В.В., Шайдаков В.В. Магнитная активация жидкости как метод защиты от коррозии.- Нефтяное хозяйство, 2002.- №10 .-С126-128.

3. Шаммазов А.М., Хайдаров Ф.Р., Шайдаков В.В. Физико-химическое воздействие на перекачиваемые жидкости.- Уфа: Монография, 2003. -232 с.

4. Meyer R. (2003) Heavy oil and natural bitumen—strategic petroleum resources. U.S. Geological Survey USGS Fact sheet FS-070-03 .

5. Wang Y, Wang D, Wan J, Luo J, Yu R, Dong Z (2008) New development in production technology for polymer flooding. SPE 114336 presented at SPE/DOE improved oil recoveryconference, Tulsa, Oklahoma, 19–23 April 2008.

6. Baldwin, B.A. and King, R. "Why Would an Oil Company use MRI", Spatially Resolved Magnetic Resonance (Methods, materials, Medicine, Biology, Rheology, Geology, Ecology, Hard Wave), P. Blumler, B. Blumich, R. Botto and E. Fukushima, Wiley- VCH, New York, 1999.

7. Пивоварова Н.А., Унгер Ф.Г., Туманян Б.П. Влияние обработки постоянным магнитным полем на парамагнитную активность нефтяных систем // Химия и технология топлив и масел. 2002. – № 1. – С. 30–32.

1