Антисолевой магнитный активатор модульный

Антисолевой магнитный активатор модульный относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам для борьбы с солеотложением на рабочих органах электроцентробежных насосов, в насосно-компрессорных трубах и другом оборудовании нефтедобывающих скважин. Техническое решение предназначено для интенсификации технологических процессов добычи нефти. Наиболее актуально применение технического решения в тех случаях, когда нет возможности для применения химических реагентов-ингибиторов для подавления солеотложения на внутрискважинном оборудовании, например установка в скважинах пакеров. Техническое решение применяется в составе электроцентробежного насоса, в качестве устройства для воздействия магнитным полем внутри скважины на водонефтегазовую эмульсию, проходящую в рабочем зазоре между магнитной системой и корпусом магнитного активатора. Устройство представляет собой ферромагнитный корпус 1, с коаксиально установленной в нем магнитной системой, из двух и более цилиндров 6 с продольным центральным отверстием изготовленных из диамагнитного материала. В цилиндры установлены параллельно стенкам корпуса и рабочего канала прямоугольные постоянные магниты 5 из магнитотвердых материалов с редкоземельными металлами на основе сплавов самарий-кобальт и неодим-железо-бор. Магниты в цилиндрах расположены с четырех сторон по всей длине цилиндра с чередованием полярности между собой. Цилиндры магнитной системы сориентированы в проточках осевых опор 4 установленных в корпусе. Осевые опоры с цилиндрами магнитной системы сжаты в корпусе при помощи гильз 7 и втулки распорной 12 из ферромагнитного материала, головкой верхней 2 и основанием нижнем 3 с двух сторон соответственно. Головка верхняя и основание нижнее также являются деталями, посредством которых производится монтаж (соединение типа фланец-корпус) магнитного активатора в составе установки электроцентробежного насоса, между газосепаратором-диспергатором и нижней секции электроцентробежного насоса. Для передачи вращения от погружного электродвигателя центробежному насосу в магнитном активаторе установлен вал 9 из неферромагнитного материала, проходящий через центральное отверстие цилиндров магнитной системы, со шлицами с обеих сторон для соединения, посредством шлицевых муфт, с валами газосепаратора-диспергатора и секцией центробежного насоса. По всей длине вала (кроме шлицевой части) установлена шпонка для передачи вращения от вала всем деталям установленным на нем. Для центрирования вала, восприятия радиальных нагрузок и вибрации, возникающей в процессе вращения вала, в магнитном активаторе установлены радиальные подшипники скольжения 10, которые размещены в головке верхней, основании нижнем и центральной осевой опоре, установленной между цилиндрами магнитной системы. Осевая нагрузка от веса вала передается через шлицевую муфту на вал газосепаратора-диспергатора или на узел пяты 11, встроенный в верхнюю осевую опору в ее верхней части (зависит от того, в составе какого типа насоса применяется магнитный активатор). Для подпора столба пластовой жидкости в магнитном активаторе и придачи ей дополнительной турбулентности, в нижней части на валу установлен шнек 8. Установленные на валу отбойники 14 предотвращают попадание пластовой жидкости в центральную проточку цилиндров магнитной системы. Для необходимого размещения на валу шнека, отбойников, втулок подшипников скольжения между ними установлены бронзовые защитные втулки вала 13. Весь ряд установленных на валу деталей фиксируется с обеих сторон стопорными кольцами 15. Принцип действия магнитного активатора основан на взаимодействии направленной системы магнитных полей с потоком скважинной жидкости, проходящем в рабочем зазоре между цилиндрами магнитной системы и защитной гильзой. В результате происходящего на малекулярном уровне взаимодействия в высокоминерализованной пластовой жидкости происходит интенсивное разрушение центров кристаллизации на более мелкие структуры (диспергация). Водная система выводится из относительно стабильного состояния, возрастает скорость образования осадков и формируется множество мелких кристаллов практически одинакового размера. Провоцирование кристаллообразования приводит к тому, что в дальнейшем, вместо отложения солей на оборудовании, взвесь образуется в объеме раствора, выносится из опасной зоны и ее можно удалять с помощью специальных устройств на выходе. Также снижается коэффициент поверхностного натяжения, трения и вязкости, в следствии чего существенно увеличивается подвижность жидкости, что позволяет интенсифицировать технологические процессы добычи нефти. Преимуществом данного технического решения является то, что магнитный активатор устанавливается в составе установки электроцентобежного насоса сразу после модуля газосепаратора-диспергатора и перед нижней секцией центробежного насоса. При этом пластовая жидкость перед попаданием в рабочий канал магнитной системы устройства приводится в турбулентное состояние, диспергируется в однородную суспензию, с выводом излишек газа в затрубное пространство, что, как известно, улучшает эффективность ее магнитной обработки. Также данное расположение устройства, сопутствует предотвращению солеотложения непосредственно на рабочих органах электроцентробежного насоса, которые являются наиболее уязвимыми в его составе. К преимуществам также можно отнести регулирование ширины кольцевого рабочего канала магнитной системы активатора при помощи установки гильз различной толщины, что позволит обеспечить практически одинаковую напряженность магнитного поля по всей ширине канала, при настройке магнитного активатора, опираясь на рабочие параметры скважины. Используемая литература:

[1] - Активатор NBF-1A, ООО «Нефтегаз технология», патент 62426 от 10 апреля 2007 г.;

[2] - Магнитный скважинньш активатор, патент РФ 2047739.

Техническое решение относится к нефтедобыче, а именно к устройствам для воздействия физическими полями на водонефтегазовую эмульсию в нефтяных скважинах для интенсификации технологических процессов добычи нефти.

Техническое решение применяется в составе электроцентробежного насоса при механизированной добыче нефти, в качестве устройства для воздействия магнитным полем внутри скважины на водонефтегазовую эмульсию, проходящую в рабочем зазоре между магнитной системой и корпусом магнитного активатора.

Известны устройства на постоянных магнитах для защиты внутрискважинного оборудования от отложения парафинов и солей [1] и [2].

Устройство [1] представляет собой цилиндр с соответствующими присоединительными резьбовыми соединениями, внутри которого смонтирована магнитная система из постоянных магнитов. Устройство [1] крепится к основанию погружного электродвигателя, в его нижней части. Принцип действия устройства [1] основан на взаимодействии магнитных полей с водонефтегазовой эмульсией, проходящей в рабочем зазоре между корпусом устройства и стенками эксплуатационной колонны.

Недостатком устройства [1] является то, что плоские прямоугольные магниты магнитной системы закреплены на стенках корпуса, рабочий зазор между полюсами противоположных магнитов велик, одного направления и не имеет возможности регулирования параметров магнитного поля при настройке активатора по рабочим параметрам скважины. Также недостатком является то, что магнитный активатор расположен под погружным электродвигателем и продольный гидравлический канал между корпусом активатора и эксплуатационной колонной, в котором происходит воздействие магнитного поля на водонефтегазовую эмульсию, очень широк и нерегулируем. Напряженность магнитного поля сильно уменьшается при удалении от корпуса активатора, омагничивание водонефтегазовой эмульсии происходит при ее относительно спокойном состоянии (нет турбулизации жидкости), что значительно снижает КПД магнитного активатора.

Устройство [2] представляет собой полый цилиндрический корпус с резьбами на концах, для соединения с колонной НКТ. В корпусе коаксиально закреплена магнитная система, из двух соединенных на резьбе блоков в виде полой пространственной фигуры из диамагнитного материала с внутренним продольным гидравлическим каналом, имеющим в поперечном сечении форму мальтийского креста, с залитыми в утолщенные части стенок четырьмя постоянными магнитами. Омагничивание водонефтегазовой эмульсии происходит при ее прохождении через рабочий канал между ферромагнитным корпусом и магнитной системой.

Устройство [2] схоже с техническим решением по многим существенным совокупным признакам, но его недостатком является то, что оно устанавливается в колонну НКТ и омагничивание водонефтегазовой эмульсии происходит только после прохождения ее через электроцентробежный насос, тем временем как наиболее интенсивное солеотложение происходит на рабочих органах электроцентробежного насоса. Омагничивание жидкости в устройстве [2] происходит при ее спокойном состоянии, в техническом решении омагничивание жидкости происходит сразу после ее турбулизации (отделении газа от водонефтегазовой эмульсии, диспергации ее в однородную суспендию) и дополнительной придачи турбулентности непосредственно перед ее попаданием в рабочий зазор омагничивания активатора. Этот эффект достигается тем, что АМАМ устанавливается в составе электроцентробежного насоса сразу после газосепаретора и деспергатора.

Цель технического решения: защита рабочих органов электроцентробежного насоса и труб НКТ от отложения на них солей неорганических веществ и асфальтосмолопарафиновых отложений, при интенсифицированной добычи нефти, повышение эксплуатационных качеств магнитного активатора скважинного посредством увеличения КПД магнитной системы активатора (возможностью регулирования параметров магнитного поля и скорости протекания жидкости в рабочем канале, за счет изменения ширины рабочего канала, в зависимости от рабочих параметров скважины, обеспечение турбулизации жидкости перед ее омагничиванием) и омагничивания пластовой жидкости непосредственно перед ее попаданием в электроцентробежный насос.

Для достижения этой цели в цилиндрический ферромагнитный корпус 1, рассчитанный на несение нагрузки корпуса электроцентробежного насоса (отрезок корпуса ЭЦН с соответствующими присоединительными базовыми резьбами на концах), коаксиально установлена магнитная система из двух и более цилиндров 6, расположенных параллельно стенкам корпуса, с продольным центральным отверстием, изготовленных из диамагнитного материала. В цилиндрах запрессованы прямоугольные постоянные магниты 5 из магнитотвердых материалов с редкоземельными металлами на основе сплавов самарий-кобальт и неодим-железо-бор. Магниты в цилиндрах расположены диаметрально по всей длине цилиндра с чередованием полярности. Цилиндры магнитной системы сориентированы в корпусе в проточках осевых опор 4. Осевые опоры имеют продольные гидравлические каналы для прохождения жидкости. Осевые опоры с цилиндрами магнитной системы сжаты в корпусе при помощи гильз 7 и втулки распорной 12 из ферромагнитного материала. Толщиной установленных гильз регулируется ширина продольного гидравлического рабочего зазора при настройке активатора по рабочим параметрам скважины. Сжатие гильз производится с помощью верхней головки 2 и нижнего основания 3 путем вворачивания их в корпус активатора с двух сторон соответственно. Концевые детали (головка верхняя и основание нижнее) также предназначены для соединения (сочленения) типа фланец-корпус магнитного активатора с газосепаратором-диспергатором и нижней секцией электроцентробежного насоса. Для передачи вращения от погружного электродвигателя электроцентобежному насосу в активаторе установлен неферромагнитный вал 9 со шлицами с обеих сторон и шпонкой по всей длине, проходящий через центральные отверстия цилиндров магнитной системы. Для центрирования вала и восприятия радиальных нагрузок в активаторе установлены радиальные подшипники скольжения 10 (один в головке верхней, один в основании нижнем и один в центральной осевой опоре между цилиндрами магнитной системы). Радиальные подшипники скольжения состоят из двух твердосплавных втулок, одна из которых запрессована в неподвижной части корпуса головки верхней, основания нижнего и средней осевой опоре, а другая установлена на валу со шпонкой. Шпонка предназначена для передачи вращения от вала всем установленным на нем деталям. Осевая нагрузка от веса вала передается через шлицевую муфту на вал газосепаратора-диспергатора или на узел пяты 11 встроенный в верхнюю осевую опору магнитной системы в верхней ее части (зависит от того, в составе какого типа насоса используется магнитный активатор). Для подпора столба пластовой жидкости в активаторе и придачи ей дополнительной турбулентности, непосредственно перед магнитной системой, на валу установлен шнек 8. Установленные на валу отбойники 14 предотвращают попадание пластовой жидкости в центральную проточку цилиндров магнитной системы. Для необходимого размещения на валу шнека, отбойников, втулок подшипников скольжения, между ними установлены бронзовые защитные втулки вала 13. Весь ряд установленных на валу деталей фиксируется с обеих сторон стопорными кольцами 15.

Из вышеуказанного можно выделить, что регулирование параметров магнитного поля (так как напряженность магнитного поля уменьшается при удалении от цилиндров магнитной системы) и скорости протекания жидкости через рабочий канал, производится при помощи установки гильз 7 различной толщины, что изменяет ширину рабочего канала (в зависимости от рабочих параметров скважины и типа применяемого электроцентробежного насоса). Это позволяет нам производить омагничивание водонефтегазовой эмульсии с наибольшей эффективностью: поток проходит в рабочем зазоре с наибольшими градиентами магнитной напряженности, так как ширина рабочего канала магнитной системы активатора близка к ширине проточных каналов рабочих органов применяемого ЭЦН и скорость прохождения жидкости через рабочий канал магнитного активатора равна скорости прохождения жидкости в ЭЦН.

Придача турболизации пластовой жидкости непосредственно перед ее «омагничиванием», ее диспергация в однородную суспензию с выводом газа в затрубное пространство (что увеличивает эффект «омагничивания» водонефтяной эмульсии) достигается тем, что магнитный активатор, в составе установки электроцентробежного насоса, устанавливается сразу после модуля газосепаратора и диспергатора.

Защита рабочих органов электроцентробежного насоса (ЭЦН) от отложения на них солей и асфальто-парафиновых смол достигается тем, что магнитный активатор устанавливается перед нижней секцией ЭЦН и воздействие магнитного поля на водонефтегазовую эмульсию происходит до попадания ее в насос.

Принцип действия магнитного активатора 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 кальция и магния выделяется углекислый газ и образуется перенасыщенный раствор слаборастворимых карбонатов кальция и магния. Карбонаты кальция и магния из перенасыщенного раствора переходят в твердую фазу, образуя кристаллы коллоидных частиц нанометрических размеров в виде электрически заряженных мицелл с двойной электронной оболочкой ионов, препятствующей их коагуляции и росту более крупных кристаллов. Разрушение оболочек мицелл происходит на поверхности металлов с электронной проводимостью и особенно на сомопроизвольно намагниченных доменах ферромагнитных металлов, что обуславливает отложение карбонатных солей на стенках оборудования нефтедобывающих скважин и в частности, на рабочих органах электроцентробежного насоса.

При запуске установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) вращение вала от погружного электродвигателя передается всем валам модулей входящих в состав УЭЦН при помощи шлицевых муфт, соединяющих валы модулей между собой, при их монтаже. Пластовая жидкость попадает в модуль газосепаратора, где происходит отделение газа от жидкости и выброс его в затрубное пространство. Далее пластовая жидкость попадает в модуль диспергатора, где производится диспергация жидкости в однородную суспензию. Далее выведенная из относительно спокойного состояния суспензия попадает в модуль магнитного активатора через основание нижнее 3, где при помощи вращения шнека 8, полученное от вращения вала 9, передается в кольцевой канал магнитной системы, находящийся между гильзами 7 и цилиндрами 6 с запрессованными в них постоянными магнитами 5. При протекании турбулентной коллоидной суспензии через кольцевой канал магнитной системы в поперечном потоку магнитном поле мицеллы нанокристаллов пол действием сил Лоренца теряют двойной электрический слой и коагулируют в более крупные микрокристаллы, служащие центрами дальнейшей коагуляции мицелл и затравочными зародышами центров кристаллизации. Далее омагниченная жидкость попадает в нижнюю секцию электроцентобежного насоса через верхнюю головку 2. В результате кристаллизация происходит на микрокристаллах в самой жидкости, снижается коэффициент поверхностного натяжения, трения и вязкости, в следствии чего существенно увеличивается подвижность жидкости и предотвращается солеотложение на рабочих органах ЭЦН и стенках труб.

1. Антисолевой магнитный активатор модульный, содержащий цилиндрический корпус и установленную коаксиально в цилиндрическом корпусе на осевых опорах магнитную систему с цилиндрическим гидравлическим каналом по продольной оси, состоящую из цилиндров, расположенных параллельно стенкам корпуса и гидравлического канала, с запрессованными в них прямоугольными постоянными магнитами, расположенными диаметрально по всей длине цилиндра с чередованием полярности между собой, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде цилиндров из диамагнитного материала, с продольным центральным отверстием, через которое проходит вал из неферромагнитного материала, с установленным на нем шнеком и сориентированный относительно корпуса в осевых опорах магнитной системы, между которых установлены цилиндрические гильзы, и концевых деталях, установленных с двух сторон корпуса при помощи подшипников скольжения, при этом концевые детали являются базовыми соединениями для сочленения активатора с нижней секцией центробежного насоса и входным модулем газосепаратора или диспергатора в составе установки электроцентробежного насоса.

2. Активатор по п.1, отличающийся тем, что в верхней осевой опоре магнитной системы установлен узел пяты.

РИСУНКИ