Использование свойств тока при добыче нефти

Для повышения эффективности  магнитной обработки в реальных условиях скважины, разработана методика подбора оптимальных характеристик  магнитного поля (частоты, формы и  амплитуды изменения напряженности  магнитного поля).

 

2.3 Аппараты для магнитной обработки жидкостей

На рисунке 1 изображено устройство для обработки жидкости в электромагнитном поле в нефтегазодобывающей промышленности, в частности для магнитной обработки нефти с целью предотвращения отложений парафина и неорганических солей в нефтепроводах.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 из диамагнитного материала, кольцевую магнитную систему 2, выполненную  в виде трехфазных электромагнитов  переменного тока, сердечник, размещенный  в корпусе устройства и выполненный  в виде чередующихся диамагнитных 3 и магнитных 4 стержней, причем каждый магнитный стержень расположен между  источниками кольцевой магнитной  системы 2.

Одним концом сердечник закреплен  на подпружиненной втулке 5 с возможностью осевого перемещения внутри корпуса, при этом подпружиненная втулка размещена  на выходе устройства, а свободный  конец сердечника снабжен силовым  напорным диском 6, являющимся регулятором  напряженности электромагнитного  поля. Для предотвращения радиального  смещения сердечника установлены центрирующие опоры 7 с возможностью осевого перемещения по корпусу 1 устройства вместе с сердечником.

Устройство работает следующим образом: подлежащая обработке нефть подается в корпус 1. Силой своего напора она действует на силовой напорный диск 6, сжимая пружину 8 втулки 5, при этом магнитные стержни 4 смещаются в поле действия электромагнитных катушек 2, усиливая тем самым электромагнитное поле. Степень смещения магнитных стержней, а следовательно, степень усиления электромагнитного поля, зависит от расхода жидкости и регулируется величиной площади диска 6. Величина напряженности электромагнитного поля определяется величиной зазора между корпусом 1 и магнитными стержнями 4, числом витков на электромагнитной катушке и напряжением, подаваемым на ка-тушку. Время пребывания обрабатываемой жидкости в электромагнитном поле регулируется числом электромагнитных катушек 2 и магнитных стержней 4 [5].

На рисунке 2 изображено устройство для магнитной обработки жидкости с целью предотвращения асфальто-смоло-парафиноотложений (АСПО) на наземном и подземном нефтепромысловом оборудовании, для снижения коррозионной активности добываемой жидкости.

 

 

 

 

 

Устройство содержит ферромагнитный корпус 1, внутри которого размещены каркас 2 из немагнитного материала и постоянные магниты 3. Каркас 2 состоит из двух частей с сегментными сечениями, которые установлены внутри корпуса 1 друг против друга и выпуклыми поверхностями сопряжены с внутренней поверхностью корпуса 1. На плоских поверхностях каркаса 2 выполнены выемки 4.

Устройство работает следующим  образом: В рабочих зазорах 5 и 6 образуются магнитные поля, перпендикулярные направлению  движения потока жидкости через устройство, причем направление каждого из них  противоположно направлению смежного поля.

Благодаря тому, что в  создании магнитных полей участвуют  все главные поверхности магнитов во всех рядах, обеспечивается максимальное использование всех возможностей магнитной  системы в работе устройства. Весь магнитный поток оптимальной величины сконцентрирован в рабочих зазорах, и с максимальным эффектом использовано все поперечное сечение устройства для эффективной обработки потока жидкости. Коэффициент полезного использования постоянных магнитов в устройстве составляет 95-98% [5].

Аппарат для магнитной  обработки жидкости, предназначенный  для предотвращения отложений парафина и неорганических солей в насосно-компрессорных  трубах нефтяных скважин и в нефтепроводах, представлен на рисунке 3.

Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого находится стержень 2, закрепленный в корпусе, например с помощью центрирующих держателей 3.

Магнитная система аппарата состоит из блоков: нескольких пар (например, четырех) постоянных магнитов 4, попарно закрепленных на стержне с помощью винтов 5 и расположенных разноименными полюсами друг к другу. Магниты в блоке размещаются таким образом, чтобы не допустить отсутствия напряжённости поля по длине аппарата и размагничивающего воздействия магнитов соседних пар. Несколько пар магнитов (от 4 до 8) образуют блок, и в пределах первого блока полюсность каждой последующей пары магнитов повернута относительно предыдущей по часовой стрелке по ходу жидкости на угол, определяемый количеством пар в пределах замыкания оборота.

Поворот полюсности пар магнитов, образующих второй блок, осуществляется против часовой стрелки в пределах замыкания оборота. Для механической активации и увеличения скоростей хаотичного движения частиц жидкости установлен рассекатель 6 потока. Рассекатель может быть выполнен в виде ерша из металлической проволоки, форма которого может быть сферической, цилиндрической, горообразной.

Перед рассекателем потока установлен ловитель 7 ферро-магнитных  частиц. Ловитель выполнен в виде перевернутого  усеченного конуса и представляет собой  набор магнитов на стержне, разделенных  между собой диамагнитными кольцами. Такая конструкция обеспечивает неравномерное притяжение ферромагнитных частиц по всей поверхности конуса, то есть наибольшее притяжение частиц происходит у вершины конуса, где наибольшая индукция магнитного поля.

При движении жидкости к  основанию конуса количество ферромагнитных частиц и силы притяжения уменьшаются, что приводит к выравниванию площади поперечного сечения по длине ловителя. Когда силы тяжести слившейся массы или воздействие гидравлического потока превысят силы притяжения к ловителю, ферромагнитные частицы, оторвавшись, падают на забой скважины ниже уровня перфорации.

Аппарат работает следующим образом: Аппарат устанавливается на насосно-компрессорных трубах (НКТ) или трубопроводах с помощью муфт в зоне, где создаются термодинамические условия для образования парафина (обычно на 100-150 м ниже начала отложений парафина в скважине). В жидкости, поступившей в магнитное поле ловителя, которое характеризуется малой степенью неравномерности, ферромагнитные частицы прилипают к ловителю, а диамагнитные и парамагнитные частицы получают ориентацию. Самые слабые сольватные оболочки при этом разрываются и появляются первые центры кристаллизации парафина. В рассекателе происходит механическая активация жидкости, при этом увеличиваются скорости хаотического движения частиц. Интенсифицируется перемешивание частиц, которые до этого имели ориентацию и располагались в определенной зоне поперечного сечения аппарата.

В магнитной системе гидравлический режим течения жидкости определяется внешней формой частей, составляющих магнитную систему, и его можно считать постоянным по длине аппарата. При попадании в первый блок, в котором изменение направления магнитного потока происходит по часовой стрелке по ходу жидкости, частицы получают импульс движения, а менее прочные сольватные оболочки разрываются в связи с установившимся режимом течения жидкости и изменением магнитного потока. При попадании во второй блок при неизменном режиме течения меняется характер изменения направления магнитного потока и, следовательно, меняется взаимодействие частиц потока жидкости с магнитным полем. При этом частицы получают новый импульс движения, что способствует разрыву более прочных сольватных оболочек, которые не разрушились в первом блоке. В третьем блоке опять меняется характер взаимодействия частиц потока с магнитным полем и таким образом усиливается степень разрушения сольватной оболочки. При многократном перемещении и воздействии магнитного поля на поток жидкости по длине аппарата почти все частицы становятся новыми центрами кристаллизации.

Одна из торцевых поверхностей дисковых магнитов для увеличения градиентов напряженности магнитного поля выполнена  с зубцами, ориентированными по ходу движения жидкости для уменьшения гидравлического  сопротивления.

Основными достоинствами  этого аппарата являются создание магнитной системы по блоковому принципу, которая значительно увеличивает эффективность обработки; простота конструкции; возможность устанавливать ее в трубах любого диаметра без заметного снижения ее производительности. Предварительная очистка нефти от ферромагнитных частиц с помощью ловителя наряду с повышением эффективности работы магнитной системы, увеличением времени эффективной работы аппарата облегчает в дальнейшем процессы подготовки и переработки нефти [5]. 

3.1 Индукционный  нагрев

Нефтегазодобывающие комплексы (НГДК) являются самыми крупными участниками процесса первичной подготовки нефти и газа. В состав НГДК входят нефтегазодобывающие предприятия (НГДП), рассредоточенные на обширных территориях, превышающих сотни и тысячи квадратных километров. В состав НГДП входят, как правило, кустовые насосные скважины (КНС), дожимные насосные станции (ДНС), центральные перекачивающие станции (ЦПС). ДНС обеспечивают транспорт нефти от нефтескважин или КНС до ЦПС. При этом подготовка нефти к дальнейшей транспортировке играет важную роль, так как в этом технологическом процессе происходит очистка нефтепродукта от лишнего содержания воды, например, путем сепарации (разделения)  водонефтяных эмульсий. Снижение вязкости нефтепродукта, содержащего парафиновые отложения, необходимо, так как из-за наличия асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) существенно уменьшается эффективное сечение трубопроводов, повышается нагрузка на насосы и соответственно увеличиваются расходы электроэнергии, уменьшается межремонтный период. Вместе с этим в условиях низких температур возникает необходимость нагрева нефтепродукта  даже  при  отсутствии вышеперечисленных проблем.

Таким  образом,  необходимость  подогрева  нефтепродукта, транспортируемого от нефтескважины до ЦНС, а также в процессе подготовки нефти на ДНС является важнейшим элементом технологического процесса.22

Поскольку, как правило, на ДНС нет других источников энергии, кроме электрической, включая дизель-станции, которые работают на попутном топливе (газ, нефтепродукт), то, по мнению авторов, с точки зрения энергетической эффективности и промышленной безопасности, наиболее оптимальным является применение электронагрева. Самым эффективным из существующих видов электронагрева  является индукционный нагрев [6].

Наиболее эффективным  видом индукционного нагрева является среднечастотный нагрев (от 500 до 10000 Гц), позволяющий повысить надежность и безопасность оборудования, значительно снизить показатели материалоемкости (кг/кВт), автоматизировать технологический процесс и существенно расширить область применения индукционного нагрева [7].

 

3.2 Индукционный  нагрев трубопроводов

В полевых условиях, когда  для транспортировки жидких веществ (нефть, вода, газ и тд) используются открытые трубопроводы, необходим индукционный нагрев, который предотвращает отложения на стенках труб и затвердевание веществ.

При низких температурах индукционный нагрев позволяет уменьшить вязкость транспортируемых веществ и обеспечить работоспособность этих трубопроводов. При эксплуатации газопроводов возможно образование конденсата и его замерзание, при котором также необходим обогрев.

Подогрев труб может осуществляться горячей водой или паром. Экономические  расчеты показывают, что при обогреве трубопроводов паром необходимы значительные капитальные затраты  и высокие эксплуатационные расходы. Отечественная и зарубежная практика показывают, что при электрическом  нагреве трубопроводов капитальные  затраты в 1,5 раза меньше, чем при  нагреве паром.

В настоящее время, например электрический нагрев, находит все  большее применение при эксплуатации водоводов в условиях севера. Кроме  того, электрический нагрев позволяет  просто регулировать температуру, а  конструкции систем электрического нагрева трубопроводов проще, чем  конструкции нагрева паром.

Электронагрев трубопроводов может осуществляться тремя способами: косвенный нагрев сопротивлением, прямой резистивный нагрев, индукционный нагрев.

1. Косвенный нагрев

Для косвенного нагрева используют специальные нагревательные кабели, рассчитанные на работу при высоких  температурах (до 650°С), или электронагреватели сопротивления (нагревательные ленты). Электрически выгоднее размещать кабель нагревателя внутри трубы, однако это  не всегда целесообразно и возможно по технологическим соображениям.

При размещении нагревателя  снаружи велики тепловые потери (температура  нагревательных элементов выше температуры  нагреваемой трубы) поэтому необходима теплоизоляция нагревателя. в связи  с тем, что при косвенном нагреве  температура нагреваемых элементов  существенно превышает температуру  нагреваемой трубы, такие нагреватели  отличаются повышенной электро -, пожаро- и взрывоопасностью, что является существенным недостатком косвенного электронагрева трубопроводов.

2. Прямой нагрев

При прямом нагреве электрический  ток пропускается по трубе. Хотя при  этом не требуются специальные нагревательные кабели, ввиду малого сопротивления  трубы, а также в соответствии с требованиями техники безопасности необходимо применять пониженное напряжение, т.е. применять трансформаторы, что  приводит к удорожанию устройства. Кроме того, недостатком прямого  злектронагрева является наличие электрического потенциала на оборудовании.

3. Индукционный нагрев

Индукционный нагрев характеризуется  выделением тепла в проводящем нагреваемом  объекте и бесконтактной передачей  энергии, поэтому применение индукционного нагрева трубопроводов во многих случаях оказывается предпочтительным.

Если нагреваемый объект из металла поместить в электромагнитное поле проводника, по которому проходит переменный ток, то в объекте по закону электромагнитной индукции будут индуктироваться  вихревые токи, вызывающие разогрев объекта. При этом проводник, по которому пропускается переменный электрический ток, называют индуктирующим проводом. Индуктирующему проводу конструктивно может  быть придана любая форма в  зависимости от типа нагреваемого объекта. Чаще всего-это цилиндрическая спираль. Устройство, выполненное на основе индуктирующего провода, называется индуктором.