устройство для магнитной обработки движущихся нефтеводогазовых смесей

Формула изобретения

1. Устройство для магнитной обработки жидких сред, в частности движущихся нефтеводогазовых смесей, включающее в себя герметичный корпус из немагнитного материала, выполненный с возможностью установки в объеме жидкости, расположенный внутри корпуса магнитопровод и, по меньшей мере, один кольцевой радиально намагниченный магнит, отличающееся тем, что в магнитопроводе выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая установочная поверхность, при этом с, по меньшей мере, одной из сторон, от, по меньшей мере, одной из упомянутых установочных поверхностей выполнен кольцевой паз, внутренний диаметр которого меньше диаметра указанной кольцевой установочной поверхности, а каждый из упомянутых кольцевых магнитов своей внутренней цилиндрической поверхностью установлен на одной из упомянутых кольцевых установочных поверхностей магнитопровода, при этом на радиальной оси, по меньшей мере, одного кольцевого магнита в соответствующем пазе на наружной поверхности корпуса устройства размещена кольцевая вставка из ферромагнитного материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус снабжен средством для установки в трубопроводе и обтекаемой насадкой на передней относительно потока жидкости торцевой поверхности, которые могут быть выполнены за одно целое.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что отношение осевой длины L₃ каждого кольцевого магнита к ширине L₁ каждого кольцевого паза, находится в пределах 1,0 - 2,0, а отношение радиальной толщины Н₁ каждого кольцевого магнита к расстоянию Н₂ от наружной цилиндрической поверхности магнитопровода до внутренней поверхности кольцевого паза находится в пределах 0,5 - 0,6.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что отношение расстояния Н₃ между наружной цилиндрической поверхностью каждого кольцевого магнита и внутренней стенкой трубопровода к радиальной толщине Н₁ каждого кольцевого магнита находится в пределах 1,0 - 3,0, а отношение ширины L₂ участка магнитопровода, расположенного между соседними кольцевыми пазами, к упомянутому расстоянию Н₃ находится в пределах 4,0 - 5,0.

5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что кольцевые магниты выполнены из материала, сохраняющего магнитные свойства, по меньшей мере, до температуры 120^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для магнитной активации жидких сред, в частности водных систем (суспензий, эмульсий, коллоидных растворов), и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой промышленности для предотвращения отложений органических и неорганических веществ на внутренних поверхностях насосно-компрессорного оборудования, используемого как при обработке продукции скважин, так и при подготовке воды для нагнетательных скважин.

Известно устройство для магнитной обработки жидких сред (см. авторское свидетельство SU 177812 A (А. Ф. Касимов и др.), 14.02.68, E 21 В 43/12), содержащее диамагнитный кожух, внутри которого на соединительном стержне размещены катушки электромагнитов, диамагнитные втулки, чередующиеся с указанными катушками вдоль оси стержня, и источник питания, подключенный к катушкам электромагнитов. Стержень закреплен в опоре, установленной в зазоре между трубами, выполненными из магнитомягкого материала.

Недостатком описанного устройства является низкая эффективность обработки жидких сред магнитным полем, в связи с тем, что использование автономного источника питания не позволяет достичь в рабочем зазоре напряженности магнитного поля, достаточной для эффективной магнитной обработки жидких сред. Кроме того, известное устройство имеет большой вес и габариты, что ограничивает область его использования.

Известен также аппарат для магнитной обработки жидкости (см. авторское свидетельство SU 1096233 A (Новочеркасское производственное объединение "Магнит>), 07.06.84, C 02 F 1/48), содержащий ферромагнитный корпус, расположенные вдоль оси корпуса кольцевые постоянные магниты и ферромагнитные полюсные наконечники, чередующиеся между собой. Полюсные наконечники выполнены в виде колец, а каждый второй полюсный наконечник выполнен с выступами, сопряженными с внутренней поверхностью корпуса. Постоянные магниты намагничены в осевом направлении и примыкают к общим наконечникам одноименными полюсами.

Недостатком описанного агрегата является ограниченная область его применения, так как внешний диаметр корпуса обязательно должен быть равен внутреннему диаметру насосно- компрессорной трубы, в которой он устанавливается. Кроме того, все элементы известного устройства находятся в жидкой среде, а следовательно, подвергаются с ее стороны химико-физическому воздействию, приводящему к снижению ресурса работы устройства.

Известно устройство для магнитной обработки жидких сред, в частности движущихся нефтеводогазовых смесей, раскрытое в патенте RU 2098604 C1 (Научно-производственная фирма "Технологические системы"), 10.12.97, C 02 F 1/48, E 21 В 37/00 и включающее в себя герметичный цилиндрический корпус из немагнитного материала, выполненный с возможностью установки в объеме жидкости, поочередно расположенные вдоль его оси кольцевые постоянные магниты, намагниченные в радиальном направлении, и кольцевые полюсные наконечники, выполненные из магнитомягкого материала и примыкающие к одноименным полюсам смежных магнитов. При этом на торцевых поверхностях полюсных наконечников выполнены кольцевые выступы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру кольцевых магнитов. Описанное техническое решение принято за прототип.

Недостатком прототипа является неполное использование магнитного потока для обеспечения высоких напряженностей и градиентов магнитного поля, поскольку выполненные с выступом полюсные наконечники примыкают к боковым поверхностям постоянных магнитов, а не к торцевым поверхностям, откуда исходят магнитные силовые линии, что приводит к снижению напряженности магнитного поля в зазоре между полюсным наконечником и трубопроводом. При таком расположении магнитов и полюсных наконечников происходит перемагничивание постоянных магнитов и потеря эффективности работы устройства.

Таким образом задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в повышении ресурса устройства и более полной передаче магнитного потока в кольцевой зазор, где происходит обработка движущейся жидкости магнитным полем. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в повышении надежности работы устройства и повышении эффективности магнитной обработки жидкой среды.

Конструкция устройства для магнитной обработки жидких сред, в частности движущихся нефтеводогазовых смесей, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью признаков.

Устройство включает в себя герметичный корпус из немагнитного материала, выполненный с возможностью установки в объеме жидкости, расположенный внутри корпуса магнитопровод и, по меньшей мере, один кольцевой радиально намагниченный магнит. При этом согласно изобретению в магнитопроводе выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая установочная поверхность, причем с, по меньшей мере, одной из сторон, от, по меньшей мере, одной из упомянутых установочных поверхностей выполнен кольцевой паз, внутренний диаметр которого меньше диаметра указанной кольцевой установочной поверхности, а каждый из упомянутых кольцевых магнитов своей внутренней цилиндрической поверхностью установлен на одной из упомянутых кольцевых установочных поверхностей магнитопровода. Кольцевые магниты могут быть выполнены из материала, сохраняющего свои магнитные свойства, по меньшей мере, до температуры 120^oC. На радиальной оси, по меньшей мере, одного кольцевого магнита в соответствующем пазе на наружной поверхности корпуса устройства размещена кольцевая вставка из ферромагнитного материала.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения корпус может быть снабжен средством для установки в трубопроводе и обтекаемой насадкой на передней относительно потока жидкости торцевой поверхности, которые могут быть выполнены заодно.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения отношение осевой длины L₃ каждого кольцевого магнита к ширине L₁ каждого кольцевого паза может находиться в пределах от 1,0 до 2,0, а отношение радиальной толщины H₁ каждого кольцевого магнита к расстоянию H₂ от наружной цилиндрической поверхности магнитопровода до внутренней поверхности каждого кольцевого паза может находиться в пределах от 0,5 до 0,6.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения отношение расстояния H₃ между наружной цилиндрической поверхностью каждого кольцевого магнита и внутренней стенкой трубопровода к радиальной толщине H₁ каждого кольцевого магнита может находиться в пределах от 1,0 до 3,0, а отношение ширины L₂ участка магнитопровода, расположенного между соседними кольцевыми пазами, к упомянутому расстоянию H₃ может находиться в пределах от 4,0 до 5,0.

Такое выполнение устройства для магнитной обработки жидких сред обеспечивает существенное повышение ресурса его работы за счет выполнения корпуса герметичным, с одновременным расширением области использования, поскольку при его использовании не требуется выполнения жесткого условия на равенство внешнего диаметра корпуса и внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб. При этом за счет опирания полюсов постоянных магнитов на выступы магнитопровода происходит более полная передача магнитных силовых линий в область протекания обрабатываемой жидкости, а за счет небольшого расстояния между боковыми поверхностями кольцевых магнитов и стенками кольцевых пазов увеличивается градиент магнитного поля, что в целом приводит к росту магнитной активации движущейся жидкости. Описанное расположение кольцевых магнитов и конструктивное выполнение магнитопровода обеспечивает величину напряженности магнитного поля в зазоре между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью трубы до 15 кЭ, достаточную для эффективной магнитной обработки протекающих через этот зазор жидких сред.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием возможной конструкции устройства для магнитной обработки движущихся нефтеводогазовых смесей, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, которая поясняется графическими материалами, на которых изображен продольный разрез устройства.

Устройство для магнитной обработки движущихся нефтеводогазовых смесей содержит цилиндрический герметичный корпус 1 из немагнитного материала. Внутри корпуса расположен магнитопровод 2, выполненный из магнитомягкого материала, и кольцевые магниты 3. Магниты 3 выполнены из редкоземельных керамических материалов, сохраняющих свои магнитные свойства до температуры 120^oC, и намагничены в радиальном направлении. Внутренний диаметр корпуса 1 равен внешнему диаметру магнитов 3 и магнитопровода 2. Кроме того корпус снабжен установочным элементом 4, обеспечивающим установку его в трубопроводе 9, выполненным заодно с ним обтекаемой насадкой 5 на передней относительно потока жидкости торцевой поверхности корпуса, а также средствами (на чертеже не показаны) крепления устройства к тросу для извлечения его из трубы. В магнитопроводе 2 выполнены кольцевые установочные поверхности 6, а кольцевые магниты 3 установлены своей внутренней цилиндрической поверхностью на эти кольцевые установочные поверхности. С двух сторон, от каждой установочной поверхности 6 выполнены кольцевые пазы 7, внутренний диаметр которых меньше диаметра кольцевой установочной поверхности 6. На радиальной оси каждого кольцевого магнита 3 в соответствующем пазе на наружной поверхности корпуса устройства размещена кольцевая вставка 8 из ферромагнитного материала.

Геометрические соотношения элементов устройства и их размещение должны удовлетворять следующим соотношениям:

L₃=(1-2)L₁,

H₃=(1-3)L₃,

L₂=(4-5)H₃,

H₁=(0,5-0,6) H₂,

где L₁ - ширина кольцевого паза 7, L₂ - ширина участка магнитопровода 2, расположенного между соседними кольцевыми пазами 7, L₃ - осевая длина кольцевого магнита 3, H₁ - радиальная толщина кольцевого магнита 3, H₂ - расстояние от наружной цилиндрической поверхности магнитопровода 2 до внутренней поверхности кольцевого паза 7, H₃ - расстояние между наружной цилиндрической поверхностью кольцевого магнита 3 и внутренней стенкой трубопровода 9.

Благодаря тому, что кольцевые магниты 3 намагничены в радиальном направлении, магнитно-силовые линии замыкаются через материал трубопровода 9 и при указанных выше геометрических соотношениях и направлению намагниченности кольцевых магнитов 3 обрабатываемый поток жидкости подвергается воздействию магнитного поля, силовые линии которого преимущественно ортогональны направлению потока жидкой среды. Благодаря вышесказанному эффект от магнитной обработки нефтеводогазовой смеси оказывается максимален.

Устройство работает следующим образом.

При протекании нефтеводогазовой смеси через кольцевой зазор между внутренней поверхностью трубопровода 9 и наружной поверхностью корпуса 1, последняя подвергается воздействию магнитного поля, создаваемого кольцевыми магнитами 3. При этом указанная жидкая среда приобретает особые физико-химические свойства, которые приводят к торможению процесса отложения осадка на поверхности оборудования по пути движения потока, а также к ускорению сепарации нефти, воды, газа и механических примесей, что повышает приемистость водонагнетательных скважин.

Описанный пример выполнения устройства для магнитной обработки движущихся нефтеводогазовых смесей доказывает возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения.