CN103234094B - 稀土高效强磁防垢器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土高效强磁防垢器，包括通过中空的管道串接在一起的接箍、稀土强磁阵列、加压器；所述接箍用于将该稀土高效强磁防垢器安装在泵体前方的管道上；所述稀土强磁阵列包括绕管道均匀设置的若干组稀土强磁体，每组稀土强磁体包括绕管道外周面均匀设置的偶数个弧形磁体，磁极方向指向弧形圆心，在管道横截面上形成强磁场；所述加压器上形成有若干个不与管道中心轴线在同一平面上的导流孔，该导流孔绕管道中心轴线依次向同一方向倾斜一定角度；从所述加压器输出的流体以多股螺旋上升的方式进入设置有稀土强磁阵列的管道内，被其形成的所述强磁场所磁化，从而发生物理性质变化。

Description

稀土高效强磁防垢器

技术领域

本发明涉及原油开发和集输技术领域，尤其涉及一种在油气田开发和集输工程中使用的稀土高效强磁防垢器。

背景技术

油气田开发过程中，油气藏中的流体(油，气、水)从油气层中流出，由于温度、压力和油气水平衡状态的变化，容易在地下储层、采油井井简、套管、生产油管发生无机盐类的沉积，生成垢，结垢现象的发生堵塞油田管线，将给生产带来不利影响，使产能降低，能耗增大，不能正常连续操作，甚至停产。

例如目前胜利油田油井综合含水高达92％，油田采出液中Ca²⁺，Mg²⁺和CO₃ ^2-浓度偏高，有的甚至超过500mg/L，处于严重过饱和状态，在温度变化影响下，极易生成碳酸钙等复合垢样。

现有技术中有采用磁化原理作用来改变易结垢物质物性以消弱结垢现象的防垢器，也有使用加压器来对流过的液体进行加压的防垢器，其通过提高液体的流速以增强流体内的扰动，以避免易结垢物质沉淀并附着在油管内壁上。

但是液体流速的提高会导致液体流过磁场的时间变短，消弱液体在磁场中的磁化作用时间，导致现有技术中的磁场作用和加压器这两种方式难以结合使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种稀土高效强磁防垢器，包括通过中空的管道串接在一起的接箍、稀土强磁阵列、加压器，所述接箍用于将该稀土高效强磁防垢器安装在泵体前方的管道上；所述稀土强磁阵列包括绕管道均匀设置的若干组稀土强磁体，每组稀土强磁体包括绕管道外周面均匀设置的偶数个弧形磁体，磁极方向指向弧形圆心，在管道横截面上形成强磁场；所述加压器上形成有若干个不与管道中心轴线在同一平面上的导流孔，该导流孔绕管道中心轴线依次向同一方向倾斜一定角度，若干个导流孔的轴线彼此均不在同一平面上，每个导流孔的轴线与管道中心轴线也不在同一平面上；从所述加压器输出的流体以多股螺旋上升的方式进入设置有稀土强磁阵列的管道内，被其形成的所述强磁场所磁化，从而发生物理性质变化。

在上述技术方案中，所述管道为油管，所述泵体为抽油泵，所述流体是从地层中抽出的含有碳氢成分的液体。

在上述技术方案中，所述流体中含有无机盐类离子和/或石蜡。

在上述技术方案中，所述流体中含有的Ca²⁺，Mg²⁺和CO₃ ^2-离子处于严重过饱和状态。

在上述技术方案中，所述流体中的Ca²⁺，Mg²⁺和CO₃ ^2-离子含量超过500mg/L。

在上述技术方案中，所述稀土强磁阵列包括3组绕管道均匀设置的稀土强磁体；每组稀土强磁体包括绕管道外周面均匀设置的8个弧形磁体，其中，4个弧形磁体的S极靠近油管，N级远离油管，这4个弧形磁体相邻设置，近似组成半个圆环，另外4个弧形磁体的N极靠近油管，S级远离油管，另外这4个弧形磁体也相邻设置，近似组成半个圆环。

在上述技术方案中，所述加压器上形成有3个导流孔；所述导流孔的倾斜角度为30-60度。

在上述技术方案中，所述导流孔的倾斜角度为45度。

在上述技术方案中，每一组稀土强磁体中所包括多个弧形磁体向一定角度依次错开一定距离设置，使得管道中心处的磁场方向与管道中心轴线呈一定夹角，而不是与管道中心轴线垂直。

本发明取得了以下技术效果：

1、本装置不用电，不加药，不加热，完全采用物理方法防蜡防垢；

2、防止油井结蜡.结垢。减少洗井次数，延长洗井周期。对原加药井，停止加药，并在原加药周期下延长5倍以上的周期；对原热洗井，可延长3-8倍的热洗周期；

3、能有效防止油井结垢卡泵；

4、避免了热洗清蜡或酸洗而影响油井的产时率，显著增加油井产量；

5、有效避免了加药腐蚀油套管、热洗污染环境的确定；

6、安全环保，对油层无伤害，不破坏地层，对强水敏的井效果尤为显著。

7、改善流动性能，最高可降低原油粘度30％左右。

8、提高泵效，统计平均增加产液量5-15％，降低负荷，统计平均节电可达10％左右；

9、安装简易，运行可靠，免维护，不需外加动力，投入产出比达1∶8以上。

附图说明

图1为稀土高效强磁防垢器的典型安装位置示意图；

图2为稀土高效强磁防垢器的外部结构示意图；

图3为稀土高效强磁防垢器的横截面图；

图4为稀土强磁阵列中磁极结构示意图；

图5为加压器结构示意图。

图中标记：11-抽油杆；12-抽油泵；13-油管(上段)；14-稀土高效强磁防垢器；15-油管(下段)；16-筛管；21-接箍；22-稀土强磁阵列；23-加压器。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

根据油管内易结垢物质在强磁场作用下会发生物性变化的原理，本发明提出了一种稀土高效强磁防垢器，其典型安装位置如图1所示，图1示出了常规油井井身结构，在生产套管中，抽油泵12设置在抽油杆11的底部，在抽油泵12的下方，筛管16的上方设置稀土高效强磁防垢器14。

稀土高效强磁防垢器14如图2-3所示，包括接箍21、稀土强磁阵列22、加压器23，接箍21、稀土强磁阵列22和加压器23通过中空的油管串接在一起。接箍21用于将稀土高效强磁防垢器14安装在抽油泵12下方的油管上。

稀土强磁阵列22的设置方式如图3-4所示，若干组稀土强磁体绕油管均匀设置，图3示出了沿油管轴向方向绕油管设置三组稀土强磁体，根据需要还可以设置更多组数的稀土强磁体，例如4-10组。每一组稀土强磁体包括多个弧形磁体，磁极方向指向弧形圆心，图4示出了绕油管设置每组稀土强磁体包括8个弧形磁体，4个弧形磁体的S极靠近油管，N级远离油管，这4个弧形磁体相邻设置，近似组成半个圆环，另外4个弧形磁体的N极靠近油管，S级远离油管，另外这4个弧形磁体也相邻设置，近似组成半个圆环，相对设置的磁体的S极和N极在油管横截面上形成强磁场。根据实际需要，每组稀土强磁体也可以包括其他偶数个弧形磁体。

为了解决液体流速的提高会导致液体流过磁场的时间变短的问题，本发明设计了一种能够产生自旋涡流的加压器。加压器23包括一个导流通道，其顶部透视图如图5所示，加压器23上形成有若干个不与油管中心轴线在同一平面上的导流孔。如图5所示，加压器23典型设置有3个导流孔，这3个导流孔依次向顺时针方向倾斜一定角度，该倾斜角度与液流速度相适应，一般为30-60度，优选为45度，这样3个导流孔的轴线彼此均不在同一平面上，分别与油管中心轴线也不在同一平面上。这样通过加压器23导流孔的液体以多股螺旋上升的方式进入设置有稀土强磁阵列22的油管内，在被其形成的强磁场所磁化从而发生物理性质变化的同时，相对于沿油管中心轴线直线流动延长了流动路径，使得经过稀土强磁阵列22强磁场的时间得到了足够的延长，保证了液体内的易结垢物质得以充分磁化。这种以多股螺旋上升方式流动的液体，不仅加强了液体内部的各种湍流扰动效果以避免易结垢物质沉淀并附着在油管内壁上，还可以对油管内壁形成冲刷作用，将已经沉淀附着在油管内壁上的物质给冲刷掉，提高防止结垢的效果。

为了提高螺旋涡流的稳定性，在导流孔上还可以设置起旋部，该起旋部可以是在导流孔内壁上设置的螺旋槽线，也可以是与导流孔相连的螺旋管，使得从导流孔中射出的流体绕前进方向的轴线产生一定的自旋，以增加在整个流动过程中的稳定性。

从理想状态下看，从导流孔中射出的流体除了自身有一定自旋外，主要是绕油管内壁以螺旋曲线方式前进，其路径在圆柱坐标系下遵循下述公式：

z＝φ＝kωt，ρ＝r

其中，z，φ，ρ是圆柱坐标系(圆柱坐标系的原点与油管底部中心点)下的径向距离、方位角、高度；r为油管内径的半径，ω为角速度，k为比例因子，t为流体运行时间。

根据上述公式，如果稀土强磁阵列22产生的磁场磁力线方向位于垂直于油管中心轴线的平面内，那么从导流孔中射出的沿螺旋方式上升的流体实际上并不是以垂直于磁场方向的方式来穿过强磁场，达不到磁场的最佳磁化效果。

因此在本发明的另一最优实施例中，每一组稀土强磁体中所包括多个弧形磁体向一定角度依次错开一定距离设置，使得油管中心的磁场方向与油管中心轴线呈一定夹角，而不是与油管中心轴线垂直。更具体的来说，稀土强磁阵列22所形成的磁场方向与油管横截面的夹角(即与圆柱坐标系底圆面的夹角)θ满足公式：

θ＝90°-arctan(z/ρ)

这样，从导流孔中射出绕油管内壁以螺旋曲线方式前进的流体，就能够以垂直于磁场的方向穿过稀土强磁阵列22所形成的磁场，达到最佳的磁化效果。

具体而言，原油中的石蜡是一种抗磁性物质，分子本身没有磁矩，当油液流经特殊磁路的高能磁场时，石蜡分子被瞬间磁化，石蜡分子中的电子自旋量增加，运动轨道发生变化，产生了能量的跃进，其结果是使原油的物性在一定的时间内发生变化，石蜡分子产生诱导磁矩，同时绕磁力线发生进动，使原油克服磁场力做功，分子内能增大，而石蜡分子的进动速度相近，沿磁力线方向排列，相邻分子由于排列方向相同，极性相同，相互排斥就不易在结合成网络状蜡晶，从而使蜡晶呈细碎状态悬浮在油流中被带走，达到防止管壁和抽油杆结蜡的目的。

油井结垢，是因为水中含有Ca²⁺，Mg²⁺离子等，由于温度、压力的变化而结晶沉淀吸附所致。利用强磁场对流经的硬水施加作用，离子的结合态被破坏，使离子游离出来，阴阳离子在静电引力和洛伦兹力的双重作用下，彼此碰撞，电荷中和形成分子微晶(磁致结晶效应)，微晶分散在油水中，很难附着在管壁上而结垢。

通过以上设计，稀土高效强磁防垢器施压空化、稀土高能强磁耦合作用，原油通过本装置时，能够使产液的流速、流态、温度、压力、粘度、气液相溶解度、固态相混合度、晶体析出温度、吸附生长环境、烃类组分的微观结构等，产生一系列物理变化，使产液高度融溶并乳化，达到降低原油粘度、增加流动能力、防止结蜡、结垢、提高泵效、增加油井产量的目的，起到防蜡防垢降粘增油的显著效果。

Claims (4)

1.一种稀土高效强磁防垢器，包括通过中空的管道串接在一起的接箍、稀土强磁阵列、加压器，其特征在于：所述接箍用于将该稀土高效强磁防垢器安装在泵体前方的管道上；所述稀土强磁阵列包括绕管道均匀设置的若干组稀土强磁体，每组稀土强磁体包括绕管道外周面均匀设置的偶数个弧形磁体，磁极方向指向弧形圆心，在管道横截面上形成强磁场；所述加压器上形成有若干个不与管道中心轴线在同一平面上的导流孔，该导流孔绕管道中心轴线依次向同一方向倾斜一定角度，若干个导流孔的轴线彼此均不在同一平面上，每个导流孔的轴线与管道中心轴线也不在同一平面上；从所述加压器输出的流体以多股螺旋上升的方式进入设置有稀土强磁阵列的管道内；所述管道为油管，所述泵体为抽油泵，所述流体是从地层中抽出的含有碳氢成分的液体；所述流体中含有无机盐类离子和/或石蜡；所述流体中含有的Ca²⁺，Mg²⁺和CO₃ ^2-离子处于严重过饱和状态；所述流体中的Ca²⁺，Mg²⁺和CO₃ ^2-离子含量超过500mg/L；所述稀土强磁阵列包括3组绕管道均匀设置的稀土强磁体；每组稀土强磁体包括绕管道外周面均匀设置的8个弧形磁体，其中，4个弧形磁体的S极靠近油管，N级远离油管，这4个弧形磁体相邻设置，近似组成半个圆环，另外4个弧形磁体的N极靠近油管，S级远离油管，另外这4个弧形磁体也相邻设置，近似组成半个圆环。

2.根据权利要求1所述的稀土高效强磁防垢器，其特征在于，所述加压器上形成有3个导流孔；所述导流孔的倾斜角度为30-60度。

3.根据权利要求2所述的稀土高效强磁防垢器，其特征在于，所述导流孔的倾斜角度为45度。

4.根据权利要求3所述的稀土高效强磁防垢器，其特征在于，每一组稀土强磁体中所包括多个弧形磁体向一定角度依次错开一定距离设置，使得管道中心处的磁场方向与管道中心轴线呈一定夹角，而不是与管道中心轴线垂直。