7.4. Магнитные методы борьбы с отложениями солей

К безреагентным методам предотвращения отложения гип­са в скважинах относятся: воздействие на растворы, поступающие из пласта, магнитными силовыми полями, создаваемыми постоянными магнитами.

В России электромагнитные методы в промышленных мас­штабах для предотвращения ОМС в технологических трубо­проводах и теплосетях начали применяться с конца пятидеся­тых годов. Сначала применяли постоянные магниты, но в свя­зи с наличием в оборотной воде ГРЭС окалины постоянные магниты забивались продуктами коррозии, снижали пропуск­ную способность трубопроводов или совсем закупоривали про­ход воде. Осуществлен переход на переменное магнитное поле, отключение которого позволило промывать аппараты без ос­тановок системы.

В настоящее время известно достаточно много различных конструкций устройств для омагничивания воды с целью пре­дотвращения отложения солей в трубопроводах. Рассмотрим некоторые из них.

Известны способы магнитной обработки водных систем, включающие спирально-винтовое протекание жидкости в маг­нитном поле, где жидкость протекает по спиральному змееви­ку и пересекает фиксированное число зон магнитного поля. Режим магнитной обработки зависит от концентрации и соле­вого состава обрабатываемой воды. Поэтому для установления его оптимального значения необходим подбор скорости проте­кания, напряженности, числа магнитных полей. Усовершенство­вание способа с целью повышения эффективности обработки путем подбора числа пересекаемых жидкостью полей — числа пульсаций поля-частоты, а также напряженности поля регули­ровкой силы тока в индукторе не решало задачи регулирова­ния скорости протекания, не зависящей от производительнос­ти аппарата.

Пропускание жидкости с пульсирующей скоростью в маг­нитном поле приводит к тому, что скорость течения каждого объема жидкости, несмотря на колебания давления на входе, неизбежно и неоднократно проходит через оптимальное зна­чение скорости, при которой магнитная обработка максималь­но эффективна.

На рис. 7.1 изображено устройство для реализации этого способа. Устройство содержит электромагнитную систему, представляющую собой соленоид-индуктор 1 электромагнит­ного поля, питаемый от генератора импульсов тока. Электри­ческая схема генератора позволяет регулировать амплитуду импульсов, их частоту следования, то есть в рабочем простран­стве устройства оптимальным образом подобраны напряжен­ность и градиент напряженности поля, кратность и длительность облучения обрабатываемой жидкости магнитным полем.

Рис.7.1 Электроаппарат для омагничивания воды

Устройство содержит вертикальную цилиндрическую рабочую камеру 2, концентрично расположенную внутри индуктора, выполненную из магнитного материала и имеющую внутрен­ний цилиндрический диамагнитный сердечник 3. Сердечник 3 выполнен составным телескопическим, длина которого регу­лируется винтовым штоком 4, рабочая камера 2 имеет нижний тангенциальный патрубок 5 для ввода жидкости по касатель­ной и придания ей спирально-винтового движения и патрубок 6 отвода жидкости, расположенный на верхней торцовой стенке вдоль вертикальной оси рабочей камеры. Внутренний верти­кальный сердечник 3 перемещается в плоскости поперечного сечения камеры, что позволяет изменять эксцентриситет сер­дечника, то есть асимметрию рабочего зазора. После установ­ки требуемого эксцентриситета сердечник 3 фиксируется при­жимной гайкой 7.

Устройство работает следующим образом. Поток обраба­тываемой жидкости подается через нижний тангенциальный

патрубок 5 в рабочую камеру 2. Приобретая спирально-винто­вое движение, обтекает внутренний сердечник 3, сливается через патрубок 6. Обтекая внутренний цилиндрический экс­центрично расположенный сердечник, жидкость движется с периодически пульсирующей скоростью, облучается попереч­но-направленным также пульсирующим магнитным полем — осуществляется магнитная обработка. Изменение эксцентри­ситета позволяет регулировать число витков вокруг него, то есть число пульсаций скорости течения. Исходя из возможных колебаний давления на входе, устанавливается эксцентриси­тет сердечника, задающий величину пульсаций скорости. По­ток жидкости, движущийся с периодически меняющейся скоростью, неизбежно и неоднократно проходит через оптималь­ное значение скорости, подвергаясь в этот момент максималь­но эффективной магнитной обработке.

Представляет интерес другой аппарат для магнитной обра­ботки жидкости. С целью расширения диапазона регулирова­ния градиента магнитного поля и увеличения эффективности магнитной обработки в нем направляющее устройство для жидкости выполнено в виде вала с приводом вращения, снаб­женного магнитными шайбами с отверстиями и диамагнитны­ми радиальными дистанционными перегородками, расположен­ными между шайбами. Такое выполнение устройства позволя­ет увеличить напряженность магнитного поля за счет наличия шайб из магнитного материала, а образованный между шайба­ми с помощью перегородок канал обеспечивает строго опреде­ленное количество пересечений магнитного поля обрабатыва­емой жидкостью. На рис. 7.2 (позиция 1) дан общий вид аппа­рата; позиция 2 — схема движения жидкости в аппарате; на позиции 3 — магнитная шайба. Аппарат состоит из диамагнит­ного корпуса 1 с тангенциальными входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса установлен вал 4 из диамагнитно­го материала, на котором закреплены шайбы 5 с отверстиями, изготовленные из магнитного материала. Между шайбами ус­тановлены перегородки 6 из диамагнитного материала. Корпус аппарата помещен в соленоид 7. Вал 4 вращается в подшипни­ках 8 и соединен с электродвигателем 9.

Работает аппарат следующим образом. Омагничиваемая жидкость подается в аппарат по патрубку 2 и, пройдя через отверстие в нижней шайбе, попадает в зазор, образованный шайбами, валом и стенками корпуса, в котором движется (если смотреть сверху) против часовой стрелки. Дойдя до перегород­ки 6, жидкость через отверстие в верхней шайбе попадает в следующий зазор, по которому движется в направлении по часовой стрелке и т. д.

Таким образом, омагничиваемая жидкость в соседних зазо­рах движется в противоположных направлениях, что равно­ценно изменению полюсности. Регулирование скорости дви­жения жидкости равноценно изменению степени смещения пространственных градиентов.

Рассмотрим установку для омагничивания закачиваемой в пласт минерализованной воды УОВ конструкции «АЗНИПИ-нефть». Принципиально она мало отличается от конструкции и принципа действия аппаратов, применяемых для предотвра­щения выпадения солей в подъемных трубах при добыче не­фти.

Установка предназначена для безреагентного облагоражи­вания минерализованных водных систем, закачиваемых в пла­сты в целях увеличения приемистости нагнетательных сква­жин и предотвращения засолонения и закупорки призабойных зон пласта при водном воздействии.

Техническая характеристика

Пропуская способность, м³/ч -50

Рабочее давление, МПа -20

Рабочая среда:

температура, К -373

содержание минеральных солей, г/л -до 80

содержание механических примесей, мг/л -до 400

показатель рН -3 – 8

Характеристика магнитной системы:

напряженность магнитного поля

в рабочих зазорах, кА/м -250 – 300

градиент магнитной индукции в активной

зоне магнитного поля, мТ/м -400 – 5000

Габаритные размеры, мм:

диаметр установки -280

диаметр корпуса -168

длина -1300

Масса, кг -47,8

УОВ (рис. 7.3) представляет собой 168-мм корпус 1 со спе­циальными фланцами 2 и 16 на концах. Внутри корпуса с по­мощью фасонных держателей б закреплены нанизанные на стержни 11 три ряда цилиндрических постоянных магнитов 9, разобщенных полюсными наконечниками 8.

Торцы корпуса 1 проточной магнитной установки оснаще­ны входным и выходным патрубками 4 с фланцами 3, соеди­ненными с ним при помощи болтов 12, 13 и прокладок 14.

В магнитный узел установки входят три ряда постоянных

Рис. 7.3. Установка для омагничивания минерализованной воды, закачиваемой в пласт, УОВ – «АзНИПИнефть»

магнитов 9 с полюсными наконечниками 8 и опорными шайба­ми 7, зажатые при помощи стержней 11 и гаек 15 между фа­сонным 6 и подпорочным 10 держателями. Отдельно собран­ный узел вставляется в корпус 1 до упора в выступ фланца 16. Конец магнитного узла поддерживается кольцом 5, проклад­кой 14 и фланцевым соединением 3, 2.

Установку при помощи концевых патрубков 4 с резьбой подключают к водонагнетательной линии скважины или груп­пы скважин по байпасной системе. Это облегчает обслужива­ние, контроль состояния и ремонт магнитной установки.

Магнитная обработка закачиваемой воды или добываемой продукции из скважин не препятствует образованию и выпа­дению твердой фазы минеральных солей, в первую очередь, солей жесткости; она изменяет магнитный момент солеобразующих атомов, в результате чего твердые частицы солей не образуют агрегатов и не прилипают к твердым поверхностям, а остаются во взвешенном состоянии в массе жидкости и лег­ко вымываются из скважин или систем теплоснабжения.

Известен способ определения эффективности магнитной обработки воды, предусматривающий сравнение проб обрабо­танной и необработанной воды. Пробу воды нагревают до 100°С и затем пропускают с одинаковой скоростью через одинако­вые теплообменники. По выходе воды из теплообменников измеряют ее физические параметры (теплопроводность, рН и др.). Для повышения достоверности способа на обработанную и необработанную воду дополнительно воздействуют электро­магнитным излучением в диапазоне частот 5—6 МГЦ, измеря­ют величины рассеивания энергии обработанной и необрабо­танной проб и по отношению этих величин судят об эффек­тивности магнитной обработки воды.

Изменение величины диэлектрических потерь в пробах воды после ее магнитной обработки вызывается тем, что, в резуль­тате взаимодействия магнитного поля с водой, например, в ус­ловиях резонанса частот, степень поляризации молекул воды изменяется за счет изменения засоленности спиновых уров­ней ионов Н⁺. Причем чем больше изменение поляризации системы, тем больше изменение диэлектрических потерь.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемые пробы воды (100—150 мл) наливают в про­бирки, которые затем помещают в однослойный соленоид, вклю­ченный в электрическую цепь Ω-метра типа Е-9-4. Затем изме­ряются добротность и емкость контура с пробой воды и контура с пустой пробиркой.

Далее определяется тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ ) по формуле

где С₁, С₂ и Q₁, Q₂ — соответственно емкость и добротность контура с пустой пробиркой и пробиркой, заполненной водой, обработанной или необработанной в магнитном поле.

Сначала определяется tgδ₁, для пробы воды, не обработан­ной в магнитном поле, а затем tgδ ₂ — для воды, прошедшей обработку в магнитном поле определенной частоты. По величине отношения судят об эффективности магнитной обработки воды. Максимальное значение n соответствует оп­тимальному режиму магнитной обработки.

Применение способа определения эффективности магнит­ной обработки воды позволяет устанавливать и поддерживать оптимальный режим процесса магнитной активации воды, за счет чего может быть получен значительный экономический эффект.

Другим способом определения эффективности магнитного воздействия на воду является сравнение накипеобразования обработанной и необработанной воды. Однако не всегда мак­симуму эффекта соответствует минимум отложения накипи. К тому же, изменения этих величин очень малы. Непосредствен­ное определение накипи связано с рядом неудобств, весьма трудоемко и затрудняет его использование для автоматичес­кой настройки магнитных аппаратов.

8	ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ АСПО И ГИДРАТООБРАЗОВАНИЙ

В продуктивных горизонтах нефть и газ зале­гают в соседстве друг с другом, водой, рассолами, солями, се­роводородом, углекислым газом и др. В нефти находятся пара­фин, смолы, асфальтены, гидраты, сера, сернистые соедине­ния, газы и другие соединения. Часть из них находится в ра­створенном состоянии и может выпадать в виде твердых час­тиц и закупоривать поры пласта, создавать отложения на тру­бах, в насосах и т. п. в зависимости от условий залегания и извлечения углеводородов. По мере разработки залежей угле­водородов термобарогидрогазодинамические условия изменя­ются, способствуя возникновению и развитию негативных яв­лений. Это закупоривание пор коллектора и выпадение асфальтосмолопарафиновых образований (АСПО) в ПЗП и стволе сква­жины, отложение гидратов в скважинах. Известно немало слу­чаев, когда собственно система разработки и способы ее осу­ществления провоцируют осложнения, которые в начальных условиях разработки не обнаруживались.

Эксплуатация скважин на некоторых месторождениях свя­зана со значительным увеличением затрат на проведение ра­бот по депарафинизации колонн насосно-компрессорных труб (НКТ), выкидных линий и ПЗП.

Парафины хорошо растворяются в нефти при температу­рах выше 40°С. При добыче нефти температура снижается, что приводит к выпадению парафинов из нефти.

Для успешной борьбы с отложениями парафина необходи­мо определить основные термодинамические параметры газо­жидкостного потока в скважине: изменение температуры и дав­ления по стволу скважины, давление насыщения нефти газом, а также глубину и интенсивность отложения парафина в зави­симости от производительности скважины и обводненности ее продукции. Необходимы также данные о составе парафино­вых отложений и температуре их плавления. Такие исследова­ния обусловливают выбор наиболее эффективного метода борь­бы с отложениями парафина в конкретных условиях.