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Abstract

本发明提供一种基于水环输油的MHD旋流器，包括同轴设置的导磁套管和油管，所述导磁套管和所述油管之间设置有多个环形磁体以及设置在任意两个相邻环形磁体之间的环形铁芯，任意两个相邻环形磁体的磁场方向相反；所述环形磁体和所述油管之间还对应每个环形磁铁设置有多个环形电极，且任意相邻两个环形电极的极性相反。

Description

基于水环输油的MHD旋流器
技术领域
本发明涉及一种MHD旋流器，具体的说，涉及了一种基于水环输油的MHD旋流器。
背景技术
随着近年来轻质原油的储量逐渐枯竭，稠油的重要性日益增加。据统计，全球稠油油藏的储量高达9-13万亿桶，占原油总储量的70%。然而，稠油的超高粘度使其无法通过传统方法实现高效经济的管道输送，尤其是在深海和高纬度油田中,环境温度较低在成稠油的管道输送成本急剧攀升，这一直是困扰稠油正常生产的重大难题。
水环输油是通过环形喷嘴向油管中注入水流，在管壁处形成连续的润滑层，使油流悬浮于管道中心实现水润滑输油，如图1所示。由于原油与管壁相脱离，水环输油被认为是一种能耗最低的输油方法，有报道称它能够将粘度为10P的稠油管输能耗降低500倍。早在1970年，壳牌石油公司就在位于美国加利福尼亚的一条长达38.4公里的输油管线上，利用水环输油方法成功实现了高粘原油的输送，但随后管道输送的压降出现了大幅波动现象，因而水环输油方法的输送稳定性一直是制约其实用性的最大障碍。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种基于水环输油的MHD旋流器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于水环输油的MHD旋流器，包括同轴设置的导磁套管和油管，所述导磁套管和所述油管之间设置有多个环形磁体，以及设置在任意两个相邻环形磁体之间的环形铁芯，任意两个相邻环形磁体的磁场方向相反；所述环形磁体和所述油管之间还对应每个环形磁铁设置有多个环形电极，且任意相邻两个环形电极的极性相反。
基于上述，所述油管设置在所述环形磁体内侧，所述导磁套管设置在所述环形磁体外侧。
基于上述，所述导磁套管设置在所述环形磁体内侧，所述油管设置在所述环形磁体外侧。
基于上述，所述油管为非导磁油管。
基于上述，所述油管为导磁油管。
基于上述，所述环形电极嵌设在所述油管内。
基于上述，所述环形电极嵌设在所述油管内和/或所述环形磁体内。
基于上述，所述环形磁体为永磁铁和/或内设置有铁芯的电磁线圈。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利基于稠油和油田水在电导率上的显著差异，在不使用活动机械部件的情况下，以非接触驱动的方式操控环状水流，激发高剪切的旋流流场，在管件处重建油水环状流，极大提高了稠油输送的稳定性。
附图说明
图1是水平输油管中的油水环状流示意图。
图2是本发明实施例1的结构示意图。
图3是本发明实施例1中环形磁体工作原理示意图。
图4是本发明实施例1的工作原理示意图。
图5是本发明实施例2的结构示意图。
图6是本发明实施例2中环形磁体工作原理示意图。
图7是本发明实施例2的工作原理示意图。
图8是本发明实施例2的第二种结构示意图。
图9是本发明实施例2的第三种结构示意图。
图10是本发明实施例2的第四种结构示意图。
图中，（1a，1b）.环形磁体；（2a，2b）.环形电极；3.环形铁芯；4.导磁套管；5.油管。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图2所示，本发明提供一种基于水环输油的MHD旋流器，包括同轴设置的导磁套管4和油管5，所述导磁套管4和所述油管5之间设置有多个环形磁体（1a，1b），其中，所述油管5设置在所述环形磁体（1a，1b）内侧，所述导磁套管4设置在所述环形磁体（1a，1b）外侧，所述油管5为非导磁油管。
任意两个相邻环形磁体（1a，1b）之间均设置有环形铁芯3，且任意两个相邻环形磁体（1a，1b）的磁场方向相反，并与所述环形铁芯3、所述导磁套管4一起构成导磁通路。此时，相邻两组环形磁体（1a，1b）的磁场B会在每个环形铁芯3中相互叠加，从而在所述环形铁芯3表面的气隙中激发出更强的磁场B，如图3所示。
所述环形磁体1和所述油管5之间还对应每个环形磁铁（1a，1b）设置有环形电极2，具体的，如图2所示，所述环形电极2嵌设在所述非导磁油管5内；每个环形电极2分别对应一个环形磁体（1a，1b）设置。同样的，任意相邻两个环形电极（2a，2b）的极性相反，且所述环形电极（2a，2b）与所述油管5之间、以及所述油管5内壁处有绝缘材料相隔离。
两个相邻环形电极（2a，2b）的极性相反，从而使得两个相邻环形电极（2a，2b）激发的电场J的方向也是相反的，如图4所示。所述环形电极（2a，2b）激发的电场J与所述环形铁芯3导出的磁场B方向相互垂直，在环形水流中产生沿圆周方向的洛伦兹力F，从而驱动环形水流沿圆周方向螺旋流动。虽然相邻两组环形电极（2a，2b）激发的电场方向相反，但相邻环形磁体（1a，1b）在环形铁芯3处叠加的磁场方向同样发生了翻转，因此所述MHD旋流器在水环中产生洛伦兹力F的方向不变，从而产生连续地沿相同方向沿圆周旋流。
油水环状流经过本实施例中的所述MHD旋流器时，不导电的核相原油在电磁场作用下流速和流向不变，而高导电的环形水流受到洛仑兹力F的旋转推动作用，从而在MHD驱动下形成旋流流场。根据最小能量耗散原理，在旋流离心作用下低粘水相具有向外扩散的趋势，因此环形水流将保持在外环、紧贴管壁螺旋推进；而高粘油核则在水环的包裹下与管壁相脱离，在水流的润滑下悬浮流动，从而建立油水环状流。
在水润滑输油过程中，管道配件（如弯头和突扩管等）会给油水环状流带来扰动，导致水膜破裂、油水分层。针对油水环状流在“管道突变处”的水膜破裂问题，通过在管件前布置所述MHD旋流器，或直接将管件和所述MHD旋流器集成于一体，在管件内建立油水环状流。即当油水环状流流经管件时，利用旋流流场维持水膜的稳定，确保环状流安全通过管道配件。
此外，本实施例中所述的MHD旋流器中的所述环形磁体（1a，1b）可以为永磁铁和/或内设置有铁芯的电磁线圈，当所述环形磁体（1a，1b）为永磁体时，任意两个相邻永磁铁的磁性相反；当所述环形磁体（1a，1b）为内设置有铁芯的电磁线圈时，任意两个电磁线圈的电流或绕向相反。当所述环形磁体（1a，1b）为永磁体和内设置有铁芯的电磁线圈交替设置时，所述电磁线圈与其相邻的两个永磁体的磁场方向均不相同。
而且，所述油管5的形状也不限于直管，可根据需要制成弯管、渐变管或变径管等，同时，所述环形磁体（1a，1b）和所述环形电极（2a，3b）的结构也需随管径大小和方向的变化进行调整，而不是仅限于图2、图3和图4中所示的9个。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处在于：如图5所示，所述油管5为导磁油管，所述环形电极（2a，2b）设置在所述环形磁体（1a，1b）和所述导磁油管之间。
任意两个相邻环形磁体（1a，1b）的磁场方向相反，并与所述导磁油管、所述环形铁芯3、所述导磁套管4一起构成导磁通路。此时，相邻两组环形磁体（1a，1b）的磁场B会在每个环形铁芯3中相互叠加，从而在所述环形铁芯3表面的气隙中激发出更强的磁场B，如图6所示。
所述环形电极（2a，2b）激发的电场J与所述环形铁芯3导出的磁场B方向相互垂直，在环形水流中产生周向的洛伦兹力F，从而驱动水流沿圆周方向螺旋流动，见图7。虽然相邻两组环形电极（2a，2b）激发的电场方向相反，但相邻环形磁体（1a，1b）在所述环形铁芯3处叠加的磁场方向同样发生了翻转，因此所述MHD旋流器在水环中产生的洛伦兹力F方向不变，从而产生连续地同向旋流。
油水两相流经过本发明所述的MHD旋流器时，高导电的油田水受到洛仑兹力F的旋转推动作用，从而在MHD驱动下形成旋流流场。在旋流流场的离心剪切作用下低粘水相具有向外扩散的趋势，因此水滴将从油相中脱离出来，并在管壁处聚集形成水膜。根据最小能量耗散原理，两相流中的水相将保持在外环、并紧贴管壁螺旋推进，从而建立油水环状流。
在水润滑输油过程中，管道配件（如弯头和突扩管等）会给油水环状流带来扰动，导致水膜破裂、油水分层。针对油水环状流在 “管道突变处”的失效问题，通过在管件后布置环道式MHD旋流器，可以在管件内重建油水环状流，即当油水环状流因水膜破裂而失效时，利用所述MHD旋流器在油水两相中建立旋流流场，并借助流场的离心剪切作用重建油水环状流。
而且，所述导磁油管不仅可以如图5所示布置于所述环形磁体（1a，1b）外侧形成外环流道，还可以如图8所示布置于所述环形磁体（1a，1b）内侧形成内环流道。同样，所述导磁套管4不仅可以如图5所示，布置于所述环形磁体（1a，1b）内侧，也可以如图8所示，布置于所述环形磁体（1a，1b）外侧。
所述环形电极2不仅可以如图5所示嵌设在环道外侧的所述导磁油管内，还可以如图9所示嵌设在环道内侧的所述环形铁芯3之间，或如图10所示在环道内外侧同时布置。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：包括同轴设置的导磁套管和油管，所述导磁套管和所述油管之间设置有多个环形磁体以及设置在任意两个相邻环形磁体之间的环形铁芯，任意两个相邻环形磁体的磁场方向相反；所述环形磁体和所述油管之间还对应每个环形磁铁设置有多个环形电极，且任意相邻两个环形电极的极性相反。
2.根据权利要求1所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述油管设置在所述环形磁体内侧，所述导磁套管设置在所述环形磁体外侧。
3.根据权利要求1所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述导磁套管设置在所述环形磁体内侧，所述油管设置在所述环形磁体外侧。
4.根据权利要求1或2所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述油管为非导磁油管。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述油管为导磁油管。
6.根据权利要求4所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述环形电极嵌设在所述油管内。
7.根据权利要求5所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述环形电极嵌设在所述油管内和/或所述环形磁体内。
8.根据权利要求6所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述环形磁体为永磁铁和/或内设置有铁芯的电磁线圈。
9.根据权利要求7所述的基于水环输油的MHD旋流器，其特征在于：所述环形磁体为永磁铁和/或内设置有铁芯的电磁线圈。
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