CN104033127A - 强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，属电磁应用和真空超导传热技术新领域。该装置包括单级或多级自下而上用丝扣串联在一起的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器、强磁旋流自发电装置以及装置上部与抽油泵连接的上变扣接头和装置下部与尾管连接的下变扣接头，上述各装置连接位置可以随机组合和互换，装配级数可根据制热要求调节，各级之间设置利于形成螺旋旋流的斜向射流孔互相连通。该装置与现有防蜡降粘装置比较具有高频脉冲水力振荡防蜡降粘、强磁磁化防蜡降粘、强磁旋流自发电防蜡降粘、真空超导高效传热防蜡降粘多重功效，可大幅度降低油流阻力，具有明显的增油效果，是粘稠油开发投资少、时效长、施工简单方便的防蜡降粘治本长效装置，适于规模化推广应用。
Description
技术领域：
本发明为一种强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，属电磁应用和真空超导传热技术新领域。
背景技术：
原油是埋藏于地下岩石孔隙中的烃类化合物，大多数油田地层油含有石蜡、胶质、沥青质，粘度高，凝固点低，给后期开采带来先天性困难。围绕着原油防蜡、降粘问题，采油工艺技术人员竭尽努力，开发出众多先进实用的新工艺、新技术。化学防蜡降粘、机械清蜡、油井定期热洗、强磁防蜡降粘、水力脉冲振荡防蜡降粘、热蒸汽吞吐、火烧油层、电热杆降粘等一大批工艺技术装置应用于稠油开采领域，但这些技术措施成本高，工作量繁杂，劳动强度大，有效期短，难以治本。
分析上述防蜡降粘工艺，除化学防蜡降粘外，各种物理方法大多通过高碳排放的制热技术使原油粘度降低，从而减小油流阻力，实现油井阶段性正常生产。
原油从地下数千米的地层流到泵筒，用常规方法将热量传递到油层或泵筒部位显然是困难和不经济的。电流可以制热，但受井筒小井眼限制，不可能将电机置于地下，即使将电机体积减小，不通过电缆用什么动力使其转动或发电呢？
探索和发明往往只有一步之遥，根据电磁感应原理，闭合导体在磁场中切割磁力线产生电流，既然原油通过泵的抽吸作用可以流动，而流体特有的塑性特性通过不同形状的流道既可以直线射流，又可以旋转环流，如果将旋转环流流道设置闭合导体，使其置于磁场中切割磁力线，那么旋流动力发电机就水到渠成，从此，困扰人类的稠油开采难题就会迎刃而解！
发明内容：
针对上述稠油开采面临的矛盾，本发明的目的是利用闭合导体切割磁力线产生感应电流原理，独辟蹊径，用强磁旋流闭合导体切割磁力线发电制热，辅之以真空超导高效传热，从根本上解决稠油开采难题，实现人类有史以来稠油热采的革命性创新和突破。
本发明防蜡降粘的作用机理是：
石油是长碳链烃类化合物，一般原油中含有石蜡、胶质、沥青质，物理性质表现为高粘度，低凝固点，低流变性。原油中还混有矿化度很高的地层水和大量的Ca2+、Mg2+、SO4 2-、CO3 2-等带电离子。这样的原油对抽油生产的影响是油流阻力大，严重时甚至结蜡堵塞油流通道，造成抽油杆断脱和电机烧毁事故。采用强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置后，流体介质以高速旋流流经高频脉冲水力振荡防蜡降粘器--强磁旋流自发电装置，上述高频脉冲水力振荡及高速旋流闭合导体切割磁力线如同多台搅拌机和发电机同时开足马力作用于流经的流体介质，使旋流场产生如下效应：
一是高频脉冲水力振荡搅拌稀释效应
流体介质经高频脉冲水力振荡和物理搅拌，破坏了石蜡分子的网状结构，使流体介质粘度稀化，分子表面张力降低，石蜡结晶析出的晶粒微小而弥散，抑制了蜡晶在井筒管壁上的沉积和吸附，降低了油流阻力。
二是强磁磁化降粘效应
流体介质高速流经强磁场螺旋流道时，原油被高强度磁化，分子链稀化变软，同时，被高速旋流甩向最外层的高矿化度地层水和带电离子形成闭合切割磁力线的高速旋转导电水环，使流经的流体介质受热稀释，大大提高了流变性能。
三是强磁旋流自发电制热降粘稀释效应
带压流体流经强磁场螺旋流道时，带动设置转轴和闭合导体的多翼螺旋或多翼风车高速旋转，从而切割磁力线发电，产生的电流直接与高速旋转流体短路无碳快速制热，对原油降粘和稀释起了主导作用。
四是真空超导高效传热辅助降粘稀释效应
在强磁场螺旋流道高速旋转的闭合导体为真空管鼠笼，管内热阻几乎为“0”，传热速度是铜的10000倍，内中超导介质低温启动，以蒸发、冷凝、回流、再蒸发的循环与管外旋转流体快速换热，对原油的降粘和稀释起了放大和倍增作用。
流体介质在上述高频脉冲水力振荡物理搅拌、高强度磁化、强磁旋流自发电制热、真空超导高效传热的四重作用下，化学性质发生质变，有相变趋势的流体发生相变，原来较稳定的长碳链大分子长碳链断裂，形成稀软的短碳链和微小碳链分子串，细小的晶粒如同胶体，强磁磁化使胶体微晶表面形成亚稳态双电层，使石蜡结晶温度降低，晶粒不易积聚变大，达到防蜡降粘、改善油井生产条件、提高原油产量的目的。
本发明的技术解决方案是：
所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置包括单级或多级自下而上用丝扣串联在一起的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器、强磁旋流自发电装置以及装置上部与抽油泵连接的上变扣接头(1)和装置下部与尾管连接的下变扣接头(10)，上述各装置连接位置可以随机组合和互换，装配级数可根据制热要求调节，各级之间设置利于形成螺旋旋流的斜向射流孔互相连通。
所述的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器为高频水力射流和机械振荡二合一振荡波放大器，其结构形式至少为以下三种类型之一：
第一种为图1所示的中心管(2)内锥形导流头(9)上部竖向单端固定振荡弹簧(8)；
第二种为图2所示的中心管(2)内锥形导流头(9)上部中心杆上竖向小间距叠置螺旋振片(11)或多翅振片；
第三种为图3所示的锥形导流头(9)上部中心管(2)内壁上固定横向或竖向小间距叠置的弹性振片(16)。
所述的强磁旋流自发电装置为单级或多级强磁磁化、螺旋分离、旋流激荡、闭合导体切割磁力线发电制热、真空管超导介质快速换热五合一腔体，腔体内导电部件为超导或低阻易导热非导磁金属材料，旋转部件为耐热抗老化非导磁材料，各单级结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为图2中心管(2)内腔上部所示的鼠笼(5)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的鼠笼(5)，其中鼠笼(5)可与多翼螺旋(6)或多翼风车(12)组合为多翼螺旋鼠笼组合体(7)或多翼风车鼠笼组合体(13)，鼠笼(5)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于上部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与下部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第二种为图2中心管(2)内腔中部所示的多翼螺旋(6)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋(6)，其中多翼螺旋(6)设置转轴，其转轴两端设置环形外齿轮(15)，其环形外齿轮(15)与上部鼠笼(5)、下部多翼风车(12)各一端设置的环形内齿轮(14)啮合；
第三种为图2中心管(2)内腔下部所示的多翼风车(12)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车(12)，其中多翼风车(12)设置转轴和风车流道，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第四种为图1中心管(2)内腔中部所示的多翼螺旋鼠笼组合体(7)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋鼠笼组合体(7)，其中多翼螺旋鼠笼组合体(7)设置转轴，其转轴用轴承或钝形锥尖固定于相邻两射流孔阀体中心孔内；
第五种为图3中心管(2)内腔下部所示的多翼风车鼠笼组合体(13)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车鼠笼组合体(13)，其中多翼风车鼠笼组合体(13)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
上述五种结构转轴可设置大齿轮或小齿轮，彼此组成串联或并联或串并结合的增速式连接。
所述的鼠笼(5)为可随多翼螺旋(6)或多翼风车(12)转动的超导或低电阻闭合导体，其结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为对称真空管闭合鼠笼，管内充装低温快速启动，并以汽化、蒸发、冷凝、回流方式与管外旋转水流快速循环换热的乙醇或配方流体超导介质；
第二种为对称偶数组闭合导条；
第三种为两端开口金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第四种为两端封口并开射流孔金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第五种为对称偶数个绕组。
所述的强磁体环(3)为横向或竖向置于工作筒(2)外壁或凹槽内的单级或双级或多级环形独立闭合磁体或按N、S极性交互分散排列或密集排列的偶数强磁体环(3)，强磁体环(3)外壁设置隔磁护套(4)。
采用以上技术方案，本发明与现有防蜡降粘装置比较具有高频脉冲水力振荡防蜡降粘、强磁磁化防蜡降粘、强磁旋流自发电防蜡降粘、真空超导高效传热防蜡降粘多重功效，可大幅度降低油流阻力，具有明显的增油效果，是粘稠油开发投资少、时效长、施工简单方便的防蜡降粘治本长效装置，适于规模化推广应用。
附图说明：
图1为强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置结构示意图；
图2为图1的设置螺旋振片的鼠笼+多翼螺旋+多翼风车串联强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置结构示意图；
图3为图1的设置弹性振片的鼠笼+多翼螺旋鼠龙组合体+多翼风车鼠龙组合体三级串联强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置结构示意图。
图中：1.上变扣接头；2.中心管；3.强磁体环；4.隔磁护套；5.鼠笼；6.多翼螺旋；7.多翼螺旋鼠笼组合体；8.振荡弹簧；9.锥形导流头；10.下变扣接头；11.螺旋振片；12.风车；13.多翼风车鼠龙组合体；14.环形内齿轮；15.环形外齿轮；16.弹性振片。
具体实施方式：
如图1所示：本发明强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置包括单级或多级自下而上用丝扣串联在一起的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器、强磁旋流自发电装置以及装置上部与抽油泵连接的上变扣接头(1)和装置下部与尾管连接的下变扣接头(10)，上述各装置连接位置可以随机组合和互换，装配级数可根据制热要求调节，各级之间设置利于形成螺旋旋流的斜向射流孔互相连通。
所述的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器为高频水力射流和机械振荡二合一振荡波放大器，其结构形式至少为以下三种类型之一：
第一种为图1所示的中心管(2)内锥形导流头(9)上部竖向单端固定振荡弹簧(8)；
第二种为图2所示的中心管(2)内锥形导流头(9)上部中心杆上竖向小间距叠置螺旋振片(11)或多翅振片；
第三种为图3所示的锥形导流头(9)上部中心管(2)内壁上固定横向或竖向小间距叠置的弹性振片(16)。
所述的强磁旋流自发电装置为单级或多级强磁磁化、螺旋分离、旋流激荡、闭合导体切割磁力线发电制热、真空管超导介质快速换热五合一腔体，腔体内导电部件为超导或低阻易导热非导磁金属材料，旋转部件为耐热抗老化非导磁材料，各单级结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为图2中心管(2)内腔上部所示的鼠笼(5)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的鼠笼(5)，其中鼠笼(5)可与多翼螺旋(6)或多翼风车(12)组合为多翼螺旋鼠笼组合体(7)或多翼风车鼠笼组合体(13)，鼠笼(5)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于上部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与下部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第二种为图2中心管(2)内腔中部所示的多翼螺旋(6)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋(6)，其中多翼螺旋(6)设置转轴，其转轴两端设置环形外齿轮(15)，其环形外齿轮(15)与上部鼠笼(5)、下部多翼风车(12)各一端设置的环形内齿轮(14)啮合；
第三种为图2中心管(2)内腔下部所示的多翼风车(12)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车(12)，其中多翼风车(12)设置转轴和风车流道，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第四种为图1中心管(2)内腔中部所示的多翼螺旋鼠笼组合体(7)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋鼠笼组合体(7)，其中多翼螺旋鼠笼组合体(7)设置转轴，其转轴用轴承或钝形锥尖固定于相邻两射流孔阀体中心孔内；
第五种为图3中心管(2)内腔下部所示的多翼风车鼠笼组合体(13)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车鼠笼组合体(13)，其中多翼风车鼠笼组合体(13)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
上述五种结构转轴可设置大齿轮或小齿轮，彼此组成串联或并联或串并结合的增速式连接。
所述的鼠笼(5)为可随多翼螺旋(6)或多翼风车(12)转动的超导或低电阻闭合导体，其结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为对称真空管闭合鼠笼，管内充装低温快速启动，并以汽化、蒸发、冷凝、回流方式与管外旋转水流快速循环换热的乙醇或配方流体超导介质；
第二种为对称偶数组闭合导条；
第三种为两端开口金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第四种为两端封口并开射流孔金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第五种为对称偶数个绕组。
所述的强磁体环(3)为横向或竖向置于工作筒(2)外壁或凹槽内的单级或双级或多级环形独立闭合磁体或按N、S极性交互分散排列或密集排列的偶数强磁体环(3)，强磁体环(3)外壁设置隔磁护套(4)。
采用以上技术方案，本发明与现有防蜡降粘装置比较具有高频脉冲水力振荡防蜡降粘、强磁磁化防蜡降粘、强磁旋流自发电防蜡降粘、超导高效传热防蜡降粘多重功效，可大幅度降低油流阻力，具有明显的增油效果，是粘稠油开发投资少、时效长、施工简单方便的防蜡降粘治本长效装置，适于规模化推广应用。
所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置设计参数为：
装置外径：∮110mm；
装置长度：1000mm；
强磁旋流自发电防蜡降粘装置级数：三级串联；
工作压力：20MP；
适应井深：1000-2000m。
Claims (5)
1.一种强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，其特征在于：该装置包括单级或多级自下而上用丝扣串联在一起的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器、强磁旋流自发电装置以及装置上部与抽油泵连接的上变扣接头(1)和装置下部与尾管连接的下变扣接头(10)，上述各装置连接位置可以随机组合和互换，装配级数可根据制热要求调节，各级之间设置利于形成螺旋旋流的斜向射流孔互相连通。
2.根据权利要求1所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，其特征在于：所述的高频脉冲水力振荡防蜡降粘器为高频水力射流和机械振荡二合一振荡波放大器，其结构形式至少为以下三种类型之一：
第一种为中心管(2)内锥形导流头(9)上部竖向单端固定振荡弹簧(8)；
第二种为中心管(2)内锥形导流头(9)上部中心杆上竖向小间距叠置螺旋振片(11)或多翅振片；
第三种为锥形导流头(9)上部中心管(2)内壁上固定横向或竖向小间距叠置的弹性振片(16)。
3.根据权利要求1所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，其特征在于：所述的强磁旋流自发电装置为单级或多级强磁磁化、螺旋分离、旋流激荡、闭合导体切割磁力线发电制热、真空管超导介质快速换热五合一腔体，腔体内导电部件为超导或低阻易导热非导磁金属材料，旋转部件为耐热抗老化非导磁材料，各单级结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为鼠笼(5)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的鼠笼(5)，其中鼠笼(5)可与多翼螺旋(6)或多翼风车(12)组合为多翼螺旋鼠笼组合体(7)或多翼风车鼠笼组合体(13)，鼠笼(5)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于上部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与下部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第二种为多翼螺旋(6)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋(6)，其中多翼螺旋(6)设置转轴，其转轴两端设置环形外齿轮(15)，其环形外齿轮(15)与上部鼠笼(5)、下部多翼风车(12)各一端设置的环形内齿轮(14)啮合；
第三种为多翼风车(12)旋流磁化式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车(12)，其中多翼风车(12)设置转轴和风车流道，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
第四种为多翼螺旋鼠笼组合体(7)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼螺旋鼠笼组合体(7)，其中多翼螺旋鼠笼组合体(7)设置转轴，其转轴用轴承或钝形锥尖固定于相邻两射流孔阀体中心孔内；
第五种为多翼风车鼠笼组合体(13)闭合导体切割磁力线发电式结构，该种结构包括中心管(2)以及中心管(2)外壁或凹槽内设置的强磁体环(3)、强磁体环(3)包复的隔磁护套(4)和中心管(2)内部设置的多翼风车鼠笼组合体(13)，其中多翼风车鼠笼组合体(13)设置转轴，其转轴一端用轴承或钝形锥尖固定于下部射流孔阀体中心孔内，转轴另一端设置环形内齿轮(14)，其环形内齿轮(14)与上部多翼螺旋(6)一端设置的环形外齿轮(15)啮合；
上述五种结构转轴可设置大齿轮或小齿轮，彼此组成串联或并联或串并结合的增速式连接。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，其特征在于：所述的鼠笼(5)为可随多翼螺旋(6)或多翼风车(12)转动的超导或低电阻闭合导体，其结构形式至少为以下五种类型之一：
第一种为对称真空管闭合鼠笼，管内充装低温快速启动，并以汽化、蒸发、冷凝、回流方式与管外旋转水流快速循环换热的乙醇或配方流体超导介质；
第二种为对称偶数组闭合导条；
第三种为两端开口金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第四种为两端封口并开射流孔金属管，管壁上开偶数条直长孔或斜长孔；
第五种为对称偶数个绕组。
5.根据权利要求1或权利要求3所述的强磁旋流自发电真空超导四效防蜡降粘装置，其特征在于：所述的强磁体环(3)为横向或竖向置于工作筒(2)外壁或凹槽内的单级或双级或多级环形独立闭合磁体或按N、S极性交互分散排列或密集排列的偶数强磁体环(3)，强磁体环(3)外壁设置隔磁护套(4)。
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