УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к устройствам для магнитной обработки жидкости с целью предотвращения отложений асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) на наземном и подземном нефтепромысловом оборудовании, а также для снижения коррозионной активности добываемой жидкости.
Предлагаемой устройство также может быть использовано в теплоэнергетике, водоснабжении для предотвращения накипеобразования, для магнитного обессоливания нефти и ее активации, при обогащении полезных ископаемых и т.д.
Известно устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее последовательно установленные намагниченные аксиально кольцевые постоянные магниты, разделенные шайбами из магнитомягкого материала, образующие внутренний прямоточный гидропривод, и экран, охватывающий снаружи магнитную систему (А.С. СССР №1134550, кл. С 02 F 1/48, от 1985 г.).
Недостатком указанного известного устройства является низкая эффективность обработки жидкости из-за того, что созданное аксиально намагниченными постоянными кольцевыми магнитами магнитное поле в рабочем зазоре по длине этого зазора имеет различную амплитуду напряженности. В таком поле нет локальной концентрации магнитного поля в рабочем зазоре.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее ферромагнитную трубу и установленные на ее внешней поверхности постоянные кольцевые магниты, охваченные герметично
ферромагнитным экраном и установленные так, что их главные поверхности с одноименными полюсами обращены к оси трубы (Патент США №5122277, кл. С 02 F 1/48, кл. НКИ 210-695, опубл. 1992 г.) Поскольку постоянные магниты обращены к оси трубы главными поверхностями, то в полости трубы создается аксиальное магнитное поле. Протекающая по трубе жидкость обрабатывается этим магнитным полем заданной напряженности.
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность магнитной обработки жидкости. Это объясняется тем, что при использовании в известном устройстве одиночных кольцевых магнитов образуемое аксиальное магнитное поле каждого кольцевого магнита распределяется на две части с противоположным направлением силовых линий, поэтому напряженность магнитного поля каждого магнита снижается вдвое. При этом аксиальное поле каждого такого магнита характеризуется размытыми границами, что свидетельствует о низких градиентах напряженности этих полей. Все это не позволяет получить высокую эффективность при магнитной обработке жидкостей, и вообще не позволяет проводить высокоэффективную обработку жидкостей с различными физико-химическими свойствами (например, нефти, воды и т.д.) и с различными скоростями движения этих жидкостей по рабочему зазору.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является повышение эффективности магнитной обработки потока жидкости, в том числе, с изменяющимися во времени скоростями движения и любыми физико-химическими свойствами, путем увеличения концентрации магнитного потока и усиления напряженности магнитного поля в рабочем зазоре большой протяженности.
Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для магнитной обработки жидкости, содержащем ферромагнитную трубу и установленные на ее внешней поверхности постоянные кольцевые магниты, охваченные герметично ферромагнитным экраном и установленные так, что их главные поверхности с одноименными полюсами обращены к оси трубы, при этом на ферромагнитной трубе по меньшей мере у двух кольцевых магнитов с одного торца дополнительно установлены без зазора ферромагнитные кольца, расстояние между торцами по меньшей мере двух из этих колец выполнено в пределах от нуля до десятикратной ширины кольцевого магнита, причем внешние полюса по меньшей мере двух кольцевых магнитов зашунтированы установленными вдоль продольной оси ферромагнитной трубы без зазора к полюсам ферромагнитными пластинами, а главные поверхности по меньшей мере двух соседних зашунтированных кольцевых магнитов, обращенные к оси ферромагнитной трубы, выполнены с одноименными полюсами.
В преимущественном варианте выполнения предлагаемого устройства кольцевой магнит выполнен составленным из магнитных стержней или магнитных пластин.
Кроме того, кольцевые магниты, ферромагнитные кольца и охватывающий их экран выполнены разъемными по меньшей мере в виде двух продольных частей.
Известно, что высокая эффективность магнитной обработки жидкости обеспечивается при выполнении следующих условий, предъявляемых к конфигурации магнитного поля в рабочем зазоре магнитного аппарата:
1. Высокая напряженность магнитного поля в каждой пучности.
2. Высокий градиент напряженности в каждой пучности.
3. Возможность широкой вариации базы магнитного аппарата с сохранением величины и формы пучности магнитного поля.
Было установлено, что выполнение этих условий зависит от взаимного расположения постоянных кольцевых магнитов вдоль ферромагнитной трубы и от эффективности дополнительных элементов, обеспечивающих проникновение магнитных полей во внутреннюю полость ферромагнитной трубы, их локальную концентрацию и однородность в сечении трубы. Эти свойства устройства для магнитной обработки потока жидкости обеспечиваются предложенными конструктивными признаками.
Если для одиночного кольцевого магнита (как в прототипе) характерен плавный переход между одинаковыми разнополюсными максимумами напряженности магнитного поля, то установка дополнительно с одного из торцев без зазора по меньшей мере к двум кольцевым магнитам ферромагнитных колец, значительно усиливает один максимум напряженности магнитного поля за счет ослабления другого.
А благодаря тому, что внешние полюса по меньшей мере двух кольцевых магнитов зашунтированы установленными вдоль оси ферромагнитной трубы без зазора, равномерно по внешней поверхности магнитов ферромагнитными пластинами, еще в большей степени усиливаются оба максимума напряженности магнитного поля при незначительном перераспределении между ними энергии. Кроме того, установка таких пластин позволяет практически сохранять требуемую для эффективной обработки данной жидкости конфигурацию магнитного поля в рабочем зазоре при различных расстояниях между соседними торцами колец (в пределах от нуля от десятикратной ширины кольцевого магнита), что позволяет осуществлять высокоэффективную магнитную обработку жидкостей с различными физико-химическими свойствами и различными скоростями течения, в том числе, и с изменяющейся скоростью течения.
К тому же, внешний ферромагнитный экран, герметично охватывающий постоянные магниты с дополнительными элементами:
ферромагнитными кольцами и шунтирующими пластинами, выполняя роль концентратора магнитного потока, существенно усиливает пучности
магнитного поля в рабочем зазоре за счет сокращения его потока рассеяния. Присутствие дополнительных ферромагнитных элементов под ферромагнитным экраном в значительной мере способствует концентрации магнитного потока от каждого из магнитных колец в однополюсную пучность на границе контакта постоянных магнитов с ферромагнитными кольцами. Благодаря этому внутри трубы, по которой протекает жидкость, формируется серия локальных пучностей напряженности аксиального магнитного поля. Амплитуда напряженности в таких пучностях почти вдвое выше, чем у одиночных кольцевых магнитов (прототип). При этом смежные границы этих пучностей описываются более резким спадом напряженности магнитного поля, т.е. ростом их градиентов. Причем такая закономерность в общем виде появляется и для всей совокупности кольцевых магнитов в предлагаемом устройстве. Изменяя расстояние между парами колец от нуля до десятикратной ширины кольцевого магнита, можно получить высокую эффективность магнитной обработки жидкостей с различными физико-химическими свойствами и с различными скоростями движения в рабочем зазоре.
Выполнение же кольцевых магнитов, ферромагнитных колец и экрана разъемными по меньшей мере на две продольные части позволяет проводить монтаж и демонтаж заявляемого устройства без остановки технологического процесса для врезания ферромагнитной трубы в трубопровод на участке, где нужна магнитная обработка, что значительно упрощает использование данного устройства в труднодоступных условиях.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где представлено заявляемое устройство, продольный разрез.
Устройство для магнитной обработки жидкости содержит ферромагнитную трубу 1, предназначенную для транспортировки потока обрабатываемой жидкости, постоянные кольцевые магниты 2 и 3,
установленные на внешней поверхности трубы 1, и ферромагнитные кольца 4 и 5, установленные на трубе 1 с одного торца по меньшей мере двух кольцевых магнитов 2 и 3 без зазора. Главные поверхности кольцевых магнитов 2 и 3 обращены к оси трубы 1. При этом главные поверхности по меньшей мере двух соседних кольцевых магнитов 2 и 3, обращенные к оси ферромагнитной трубы, выполнены с одноименными полюсами.
Внешние полюса кольцевых магнитов 2 и 3 зашунтированы установленными вдоль оси трубы 1 без зазора к полюсам, равномерно по внешней поверхности кольцевых магнитов 2 ферромагнитными пластинами 6. Снаружи постоянные магниты 2 и 3, ферромагнитные кольца 4 и 5 и пластины 6 герметично охвачены ферромагнитным экраном 7. Расстояние между торцами соседних ферромагнитных колец (например, колец 4 и 5, как показано на фиг.1) выполнено не более десятикратной ширины кольцевого магнита, но при этом они могут быть расположены вплотную в зависимости от вида обрабатываемой жидкости и скорости ее течения. Каждый кольцевой магнит 2 может быть выполнен составленным из прилегающих друг к другу ребрами нерабочих поверхностей магнитных стержней (или магнитных пластин) прямоугольного сечения, и установлен на внешней поверхности ферромагнитной трубы 1 так, что главные поверхности каждого магнитного стержня сопряжены с поверхностью 1 и обращены к оси трубы 1 одноименными полюсами, при этом главные поверхности двух соседних зашунтированных кольцевых магнитов выполнены также с одноименными полюсами. Постоянные магниты 2 и 3, ферромагнитные кольца 4 и 5 и охватывающий их ферромагнитный экран 6 могут быть выполнены разрезанными по меньшей мере на две половины вдоль продольной оси устройства.
Устройство работает следующим образом.
Для магнитной обработки жидкости, например, нефти, с целью предотвращения отложений АСПВ заявляемое устройство монтируют в
трубопровод. При прохождении нефти по рабочему зазору ферромагнитной трубы 1 нефть обрабатывается аксиальными магнитными полями, направленными вдоль и навстречу потока жидкости, в результате чего осуществляется ее активизация с целью предотвращения отложений АСПВ на поверхности нефтепромыслового оборудования.
Эффективность магнитной обработки нефтей различных месторождений по снижению отложений АСПВ, измеренная в лабораторных условиях, в среднем для прототипа составляет 11%, а в заявляемом устройстве возрастает до 42%.
Эффективность магнитной обработки промысловых вод по снижению их коррозионной активности в прототипе в среднем составляет 23%, а в заявляемом - до 55%.
К достоинствам заявляемого устройства также относится: возможность успешного использования устройства в жестких условиях нефтедобывающих скважин с высоким давлением (сотни атмосфер), агрессивной средой (солевые растворы, сероводород и др. газы), ограниченными габаритами (осадная труба с диаметром 120 мм);
возможность работы устройства в скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами; возможность простого монтажа и демонтажа в труднодоступных условиях, без остановки технологического процесса;
простота конструкции: в качестве ферромагнитной трубы можно использовать отрезок насосно-компрессорной трубы. Благодаря тому, что внутреннее сечение НКТ остается свободным, то заявляемое устройство не препятствует проведению как геофизических, так и профилактических работ без остановки скважины.
Вместе с этим заявляемое устройство обладает всеми преимуществами магнитных аппаратов на постоянных магнитах, т.е. нет энергозатрат при эксплуатации, экологическая чистота и др.