CN102604616A - 一种原油降粘器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种原油降粘器，由一个棒状合金体构成，棒状合金体由磁钢和稀土元素组成，稀土元素由铈组元素、钇组元素和钪元素组成，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为4～6：3～4：1～2：20。本发明还提供了上述原油降粘器的制备方法。本发明通过强磁对原油分子、石蜡分子的各种磁矩的作用，改变电子运动轨迹，使其分子和分子团间的聚合性减弱，分子间的结合松弛，内摩擦力减弱，提高了原油的流动性，大幅度降低了原油的粘度，节约了开采和运输中的能量消耗。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及化工设备，特别是一种原油降粘器及其制备方法。
背景技术
高粘度、结蜡和结垢问题直接影响采油的效率和成本，一直是油田作业的重点和难点。现有技术中，采用加热法、掺稀油法、稠油改质降粘或者化学药剂降粘法来降低石油的粘度；采用机械除蜡、化学防蜡或者微生物防蜡方法来清除石油中的蜡质；采用机械方式来除垢。上述技术使用时都会产生污染、能耗等问题，结蜡和结垢问题还直接影响原油产量、工作效率，增加作业次数和成本，加重电机负荷和设备损耗。为了实现重油、稠油的输送，部分运输管线需要全程铺设电热丝加热以提高流动性，耗费大量能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原油降粘器，所述的这种原油降粘器要解决现有技术中的稠油在油层、井筒和地面输送管道中流动能力差的技术问题。
本发明的一种原油降粘器，由一个棒状合金体构成，所述的棒状合金体由磁钢和稀土元素组成，所述的稀土元素由铈组元素、钇组元素和钪元素组成，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为4～6∶3～4∶1～2∶20，所述的铈组元素由铈元素、镨元素、钕元素和钐元素组成，在铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为0.8～1.2∶0.8～1.2∶1.8～2.2∶0.8～1.2，所述的钇组元素由钬元素、铒元素和镝元素组成，在钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.3～1.8∶0.4～0.6∶1.3～1.8。
进一步的，所述的磁钢的型号为35SH或者38SH。
进一步的，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为5∶3.5∶1.5∶20。
进一步的，在所述的铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为1∶1∶2∶1。
进一步的，在所述的钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.5∶0.5∶1.5。
本发明还提供了一种制备上述原油降粘器的方法，所述的方法包括一个按照重量份称取铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的步骤，还包括一个将磁钢加入加热釜的步骤，在所述的磁钢加入加热釜的步骤中，将加热釜升温至1800～2200℃，对磁钢进行煅烧、熔解，熔解后降温至550～750℃，加入铈组元素、钇组元素、钪元素，搅拌2～3小时，然后进行浇铸，最后挤压成棒状。
本发明的原理是：原油由多种有机物组成，其主要成分为烃类。本发明将棒状合金体放置到原油输送通道中，利用棒状合金体的强磁对原油分子、石蜡分子的各种磁矩的作用，改变电子运动轨迹，使其分子和分子团间的聚合性减弱，分子间的结合松弛，内摩擦力减弱，提高了原油的流动性，大幅度降低了原油的粘度，节约了开采和运输中的能量消耗。利用实验发现，采用本发明后，原油降除粘率达到47.3～52.2％；磁化蜡晶抑制率为53.88％，而一般化学防蜡仅为16％；磁化样的析蜡点下降1～4℃；能有效粉碎原油中的垢类，使垢颗粒从3.39μ将为0.14μ；大幅度提高单井采油量，其幅度为20％以上；由化学防蜡所产生的重污染变为零污染；在原油温度120℃以内能正常有效工作，根据实际需要可调整到最高耐温250℃，本品一次可用3年以上，而一般仅为120天左右。
本发明和现有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明利用超强磁场形成的磁力切割线对原油组分发生作用，在一定的流速下，将通过降粘器的蜡晶、粘油、胶质、杂垢、沥青质等逐一击散，避免出现油管管壁结蜡积垢，提高原油流动性，降低凝固点，彻底颠覆了现有的化学、机械、热清洗方法以及早期陈旧的磁技术。本发明同时利用强磁场的作用机理，延长结蜡结垢周期和检泵周期，降低作业次数，降低电机负荷和设备损耗，有效提高原油产量和工作效率。本发明的产品在使用中无额外使用成本，安装简便，对环境零污染，能大幅度降低采油成本，是一项不可多得的节能环保，多效合一的高科技产品。
附图说明
图1是本发明的原油降粘器的一个实施例的使用示意图。
图2是本发明的原油降粘器的一个实施例中的磁化样品和空白样品析蜡点测试的粘-蜡曲线示意图，T1-空白样析蜡点；T2-磁化样析蜡点。
具体实施方式
实施例1
本发明的这种一种原油降粘器，由一个棒状合金体构成，所述的棒状合金体由磁钢和稀土元素组成，所述的稀土元素由铈组元素、钇组元素和钪元素组成，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为4～6∶3～4∶1～2∶20，所述的铈组元素由铈元素、镨元素、钕元素和钐元素组成，在铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为0.8～1.2∶0.8～1.2∶1.8～2.2∶0.8～1.2，所述的钇组元素由钬元素、铒元素和镝元素组成，在钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.3～1.8∶0.4～0.6∶1.3～1.8。
进一步的，所述的磁钢的型号为35SH或者38SH。
进一步的，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为5∶3.5∶1.5∶20。
进一步的，在所述的铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为1∶1∶2∶1。
进一步的，在所述的钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.5∶0.5∶1.5。
本发明还提供了一种制备上述原油降粘器的方法，所述的方法包括一个按照重量份称取铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的步骤，还包括一个将磁钢加入加热釜的步骤，在所述的磁钢加入加热釜的步骤中，将加热釜升温至1800～2200℃，对磁钢进行煅烧、熔解，熔解后降温至550～750℃，加入铈组元素、钇组元素、钪元素，搅拌2～3小时，然后进行浇铸，最后挤压成棒状。
实施例2
本发明的原油降粘器的降粘试验如下：
某油田油井出油管线结蜡严重粘度高，需要频繁进行出油管线的热洗，使原油生产成本上升，这部分井占总开井数的90％。
为探索磁防蜡降粘的简便方法，减少出油管线的热洗次数，发明人在某油田进行井口强磁降粘研究。
表一：某油田井口强磁防蜡降粘试验井基本情况
发明人对试验井中的其中三口进行了磁处理效果的实际测试，由测试出的试验数据及计算结果，研究了某油田井口强磁降粘的可行性。
某油田井口强磁降粘试验井基本情况：
发明人分析了某油田部分油井的基础物性资料，并根据现场生产的实际情况，在出油管线结蜡较严重粘度较高的几口井的井口安装了本发明的原油降粘器，表一给出了这些试验井的基本情况。从表中可以看出，这些井在春、冬季出油管线的热洗周期均小于8d，最短的只有5d，据现场工作技术人员反映，这些井都出现过蜡堵现象。
鉴于某油田上述试验井取样的条件，发明人对二口井原油磁处理效果进行了定量分析测试，其基础物性情况见表二。
表二、某油田井口强磁降粘测试井基础物性情况
井口强磁降粘的基本原理：
研究认为：原油通过强磁处理后，原油中原油分子、石蜡分子原有的磁矩发生改变，电子运动轨迹发生改变，使其分子和分子团间的聚合性减弱，分子间的结合松弛，内摩擦力减弱，提高了原油的流动性，大幅度降低了原油的粘度。对重蜡原油来说，由于蜡的结晶速度和强度降低，容易形成松散的顺磁流体，在油流的带动下，随着油流一起流动，从而达到防止或减缓管线结蜡的目的，使出油管线的热洗周期延长，使原油生产成本下降。
现场测试研究：
如图1所示，原油降粘器1安装在出油管至集油站的管线中，在原油降粘器1的前后，分别设有试验测试用的空白样取样口3和磁化样取样口4，管线上还安装有压力表2。
测试方法：
为测定经磁化的样品，其物性发生的变化，发明人在原油降粘器1前后同时取样，在选定的条件下对其粘度、凝固点、析蜡点、屈服值等参数进行测试。为保证测试不受样品的影响，测试中空白样品只使用一次，即不同的测试，空白样品和磁化样品总是同时取样、测试。
粘度的测试采用HAAKE公司的RV2型旋转粘度计；
凝固点的测试受现场条件的制约，采用直接冷却法进行。
析蜡点的测试采用旋转粘度计法进行，即在一定的降温速率下，测试样品在此温度下的粘度值，当温度降至原油中的蜡开始析出时，样品的表观粘度会有明显的上升，反映在粘-温曲线上会出现一个较明显的拐点，发明人把曲线上此点对应的温度称为该样品的析蜡点。
屈服值的测定采用旋转粘度计法，一定温度下外加剪力达到一定值时，原油才开始流动。发明人把这个剪力称为该样品在此温度下的屈服值。原油降粘器1的中心磁场强度大于300mT，使用温度为50-120℃，磁路为对称型，没有方向性，水平、垂直安装均可，能耐压5MPa，安装时，将原油降粘器1串联在油管上。
磁处理样品在不同温度下粘度变化：
1、测试温度点的选择
研究发现，原油经磁化处理后，其凝固点比空白样品降低2-4℃，所以，发明人将测试温度点选择在空白样品凝固点以上2℃，用以观察原油即凝固时其粘度的变化，之后再对其它温度点进行测试，观察随温度的上升，磁化样和空白样粘度的变化情况，粘度的降低率师定量地评价磁化效果的主要指标之一。
2、空白样品凝固点上2℃时磁化及空白样品的粘度值及该温度下的降粘率，表中降粘率用下式计算：
降粘率＝(空白样粘度-磁化样粘度/空白样粘度)*100％
表三：空白样品凝固点以上2℃时磁化及空白样品的粘度值及降粘率
从表三可见，在空白样品凝固点以上2℃时磁化样品的粘度比空白样品的粘度下降大约为40％-60％，平均降粘率达50.55％。
3、其它温度下磁化及空白样品的粘度值及降粘率。
表四列出了不同试验井在其它温度下磁化及空白样品的粘度值及降粘率，从表中可见，温度的上升使降粘率下降。
表四：其它温度下粘度的变化及降粘率
磁处理后样品析蜡点的变化：
对磁化样品和空白样品的析蜡点分别进行测试，测试条件完全相同，结果表明，磁化样品的析蜡点比空白样品有较明显的下降，发明人认为，析蜡点的下降，反映了磁化处理后，磁化样品中蜡分子的分布有一定变化，形成了较为细小的蜡晶，在同样的降温条件下，经磁化处理的样品，其蜡晶聚结的趋势减缓，从而表现为析蜡点的下降.图2给出了磁化样品和空白样品析蜡点测试的粘-温曲线示意图。图中T2-T1即为析蜡点的降低值。
表五列出了试验井磁化、空白样品析蜡点的变化情况。
表五：磁化、空白样品析蜡点的变化情况
从表中可见，磁化样品的析蜡点比空白样品下降2.5-3.5℃。
屈服值的变化情况：
测试表明，经磁化处理后的样品，在同样温度下，其屈服应力比空白样品有较大的下降，这证明了处理后的原油，其内部蜡晶在低温下的集结较为松散，才出现较低的屈服值，测试结果见表六。
表六 一定温度下不同试验井磁化、空白样品屈服应力的变化
从表中数据可以看出，测试温度为空白样品凝固点以上2℃时，磁化样品屈服应力比空白样品下降的幅度较大；测试中还发现，当测试温度大于析蜡点时，磁化样和空白样的屈服应力已相差不大，见表六中第16-20号数据。
磁化样品物性变化持续时间的测试：
大量实践证明，原油经磁化后，部分物性发生变化，但不同区块的原油，其磁化后物性变化持续的时间不同，共同的特点是物性变化率随时间的增加而变小，持续时间越长，则表明磁化效果越好，反之亦然。
磁化效果持续时间的测试采用对比法，即同时取磁化样品和空白样品，测定不同时间时磁化样品相对于空白样品的降粘率，当磁化样品空白样品的粘度值接近时，认为已无磁处理效果，此时经过的时间即为该磁化样品的物性变化持续时间。
对某油田三口试验井的测试结果表明，某油田原油经磁化后，磁处理效果明显，持续时间长，有明显效果的时间一般可达5h以上，最长的有效持续时间可达10h以上，详细情况见表七。
表七 磁化样品磁处理效果持续时间测试结果
| 序号 | 测试日期 | 试验井号 | 显效持续时间h | 最长有效时间h |
| 1 | 4.23 | X1034 | 6 | 11 |
| 2 | 4.27 | X1043 | 6 | 10 |
| 3 | 4.28 | X1043 | 5 | 10 |
| 4 | 4.28 | X1043 | 6 | 12 |
| 5 | 4.29 | X1034 | 6 | 10 |
| 6 | 5.3 | X1043 | 6 | 11 |
| 7 | 5.7 | X1158 | 7 | 12 |
| 8 | 5.8 | X1158 | 6 | 10 |
| 9 | 5.11 | X1043 | 5 | 10 |
| 10 | 5.13 | X1158 | 7 | 12 |
表中，最长有效时间是指磁化样品的磁处理效果即将消失的时间。
结论：
经过测试，发明人对某油田井口强磁原油降粘器1的效果有了较全面的了解，通过测试数据的分析计算研究，得出如下结论：
1、井口强磁原油降粘器1在某油田的应用效果明显，油井出油管线的热洗周期一般可延长8-10倍，能使产油成本下降，减缓出油管线结蜡，避免蜡堵。
2、经磁化处理的原油，其空白样品凝固点以上2℃时粘度的降低率平均达50.55％，随测试温度的上升，粘度的降低率有所下降。
3、磁化样品的析蜡测试比空白样品下降2.5-3.5℃。
4、磁化样品在相同温度下的屈服值比空白样品的屈服值有较大幅度的下降。
5、某油田原油强磁处理后，有明显效果的时间一般可达5h以上，最长持续时间可达10h以上。
Claims (6)
1.一种原油降粘器，由一个棒状合金体构成，其特征在于：所述的棒状合金体由磁钢和稀土元素组成，所述的稀土元素由铈组元素、钇组元素和钪元素组成，所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为4～6：3～4：1～2：20，所述的铈组元素由铈元素、镨元素、钕元素和钐元素组成，在铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为0.8～1.2: 0.8～1.2: 1.8～2.2: 0.8～1.2，所述的钇组元素由钬元素、铒元素和镝元素组成，在钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.3～1.8: 0.4～0.6: 1.3～1.8。
2.如权利要求1所述的原油降粘器，其特征在于：所述的磁钢的型号为35SH或者38SH。
3.如权利要求1所述的原油降粘器，其特征在于：所述的铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的重量比为5：3.5：1.5: 20。
4.如权利要求1所述的原油降粘器，其特征在于：在所述的铈组元素中，所述的铈元素、镨元素、钕元素和钐元素的重量比为1:1:2:1。
5.如权利要求1所述的原油降粘器，其特征在于：在所述的钇组元素中，所述的钬元素、铒元素和镝元素的重量比为1.5: 0.5: 1.5。
6.一种制备如权利要求1所述的原油降粘器的方法，其特征在于：包括一个按照重量份称取铈组元素、钇组元素、钪元素和磁钢之间的步骤，还包括一个将磁钢加入加热釜的步骤，在所述的磁钢加入加热釜的步骤中，将加热釜升温至1800～2200℃,对磁钢进行煅烧、熔解，熔解后降温至550～750℃，加入铈组元素、钇组元素、钪元素，搅拌2～3小时，然后进行浇铸，最后挤压成棒状。
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| CN110714741A (zh) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 中国科学院声学研究所 | 一种油井井口超声重油降粘装置 |
| CN113563857A (zh) * | 2020-04-29 | 2021-10-29 | 南京公诚节能新材料研究院有限公司 | 一种用于稠油表面张力处理的合金材料及其应用方法 |
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