АНТИСОЛЕВОЙ МАГНИТНЫЙ АКТИВАТОР МОДУЛЬНЫЙ

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.