CN108343841A - 基于水环输油的mhd稳流器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于水环输油的MHD稳流器，包括同轴设置的导磁套管和非导磁油管，所述导磁套管和所述非导磁油管之间环向设置有多个磁体，任意两个相邻磁体的磁场方向相反；所述非导磁油管和所述磁体之间还设置有电极，每个电极设置在两组相邻磁体之间，任意两个相邻电极的极性相反。
Description
技术领域
本发明涉及一种MHD稳流器，具体的说，涉及了一种基于水环输油的MHD稳流器。
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环输油，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。研究人员在直径为28.4mm的管路上进行了水环输油实验，发现其管输阻力与相同流量的水流相当、甚至更低。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稳流器。
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稳流器，包括同轴设置的导磁套管和非导磁油管，所述导磁套管和所述非导磁油管之间环向设置有多个磁体，任意两个相邻磁体的磁场方向相反；所述非导磁油管和所述磁体之间还设置有电极，每个电极设置在两组相邻磁体之间，任意两个相邻电极的极性相反。
基于上述，所述非导磁油管设置在所述磁体内侧，所述导磁套管设置在所述磁体外侧。
基于上述，还包括导磁环管，所述导磁环管与所述导磁套管分别位于所述磁体两端，共同组成导磁通路。
基于上述，所述导磁套管设置在所述磁体外侧，所述非导磁油管设置在所述磁体内侧，所述导磁环管设置在所述非导磁油管内侧。
基于上述，所述导磁套管设置在所述磁体内侧，所述非导磁油管设置在所述磁体外侧，所述导磁环管设置在所述非导磁油管外侧。
基于上述，所述电极嵌设在所述非导磁油管内。
基于上述，所述电极嵌设在所述非导磁油管和/或所述导磁环管内。
基于上述，所述磁体为永磁铁和/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，本发明基于稠油和油田水在电导率上的显著差异，采用磁流体（MHD）驱动方法原理，以非接触驱动的方式直接操控“失稳管段”的环状水流，在不影响“安全管段”稳定性的前提下，解决了油水环状流在“失稳管段”的界面稳定性问题，具有设计科学、实用性强和稳定性好的优点。
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的导磁回路示意图。
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3的结构示意图。
图7是本发明实施例4的结构示意图。
图8是本发明实施例4的导磁回路示意图。
图9是本发明实施例4的工作原理示意图。
图10是本发明实施例5的结构示意图。
图11是本发明实施例6的结构示意图。
图12是本发明实施例7的结构示意图。
图中，（1a，1b）.电磁线圈/永磁铁；（2a，2b）.电极；3.铁芯；4.导磁套管；5.非导磁油管；6.导磁环管。
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，一种基于水环输油的MHD稳流器，包括同轴设置的导磁套管4和非导磁油管5，所述导磁套管4和所述非导磁油管5之间环向设置有8个磁体，其中，所述非导磁油管5设置在所述磁体内侧，所述导磁套管4设置在所述磁体外侧；具体的，所述磁体为内置有铁芯3的电磁线圈（1a，1b），任意两组相邻电磁线圈（1a，1b）通电后产生的磁场方向相反，具体可通过对相邻的绕向相同的电磁线圈（1a，1b）通以反相电流或者对相邻的绕向不同的电磁线圈（1a，1b）通以同相电流来实现。
当任意两组相邻电磁线圈（1a，1b）通电后，会产生磁性相反的磁场B，并与包裹在所述电磁线圈（1a，1b）中的所述铁芯3、所述导磁套管4一起构成导磁通路，此时，相邻两组电磁线圈（1a，1b）的磁场B会在每个铁芯3中相互叠加，从而在所述铁芯3表面的气隙中激发出更强的磁场B，如图3所示。
如图2所示，所述非导磁油管和所述磁体之间还设置有电极（2a，2b），所述电极（2a，2b）嵌设在所述非导磁油管5的内管壁之中，每个电极（2a，2b）位于任意两组相邻电磁线圈（1a，1b）之间，且所述电极（2a，2b）与所述非导磁油管5之间以及所述非导磁油管5内壁处均设置有绝缘材料；两个相邻电极（2a，2b）的极性相反，从而使得两个相邻电极（2a，2b）激发的电场J的方向也是相反的。
如图4所示，所述电场J、所述磁场B方向相互垂直，因此会在环形水流中产生轴向的洛伦兹力F，以驱动环形水流沿管道轴线方向加速流动。此时虽然两个相邻电极（2a，2b）激发的电场方向相反，但相邻磁体在铁芯3处叠加的磁场方向也同样发生了翻转，因此所述MHD稳流器在环形水流中产生的洛伦兹力F方向不变，从而驱动环形水流沿轴向以相同方向加速流动。
需要注意的是，所述磁体和所述电极的数量也不仅限于图2中所示的8个，可以根据需要进行扩展或缩减。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处仅在于：如图5所示，所述磁体为永磁铁（1a，1b），任意两个相邻的永磁铁（1a，1b）的磁场方向相反。
实施例3
本实施例与实施例1、实施例2的区别之处在于：如图6所示，所述磁体为交替设置的永磁铁1b和内置有铁芯3的电磁线圈1a，且所述电磁线圈1a与其相邻的两个永磁体1b的磁场方向均不相同。
实施例4
本实施例与实施例1的区别之处在于：如图7所示，所述MHD稳流器还包括导磁环管6，所述导磁环管6与所述导磁套管4分别设置在所述磁体两侧共同组成导磁通路；所述导磁套管4设置在所述磁体外侧，所述非导磁油管5设置在所述磁体内侧，所述导磁环管6设置在所述非导磁油管5的内侧。
当所述电磁线圈（1a，1b）通电后，任意两个相邻的电磁线圈（1a，1b）会产生磁性相反的磁场B，并与包裹在所述电磁线圈（1a，1b）中的所述铁芯3、所述导磁套管4、所述导磁环管6一起构成导磁通路，此时，相邻两组电磁线圈（1a，1b）的磁场B会在所述铁芯3中相互叠加，从而在所述铁芯3表面的气隙中激发出更强的磁场B，如图8所示。
如图9所示，所述电场J、所述磁场B方向相互垂直，因此当油水环状流流经所述MHD稳流器时，高导电的油田水由于受到洛伦兹力F的推动作用而形成高剪切的平行流场，驱动环形水流沿管道轴线方向加速流动。
需要注意的是，在水环输油过程中，管道配件（如弯头和突扩管等）会给油水环状流带来扰动，从而导致水膜破裂、甚至发生油水掺混。针对油水环状流在“管道突变处”的失效问题，可在管件后布置本实施例中所述的MHD稳流器，进而在油水环状流中建立高剪切的平行流场，当油水环状流因管件扰动而失效时，根据最小能量耗散原理，借助平行流场的剪切作用驱使水滴脱离油相，在管壁处聚集形成水膜并紧贴管壁加速推进，重建油水环状流。
需要注意的是，所述磁体和所述电极（2a，2b）的数量也不仅限于图7中所示的8个，可以根据需要进行扩展或缩减。
实施例5
本实施例与实施例4的区别之处在于：所述磁体为永磁铁（1a，1b），任意两个相邻永磁铁（1a，1b）的磁场方向相反。
事实上，所述磁体还可以同时为永磁铁1b和内置有铁芯3的电磁线圈1a，任意两个相邻的永磁铁1b和电磁线圈1a的磁场方向相反。
实施例6
本实施例与实施例4的区别之处在于：所述电极（2a，2b）嵌设在所述导磁环管6内。
实施例7
本实施例与实施例4的区别之处在于：所述导磁套管4设置在所述磁体内侧，所述非导磁油管5设置在所述磁体外侧，所述导磁环管6设置在所述非导磁油管5的外侧。
需要注意的是，所述电极（2a，2b）还可以同时嵌设在所述导磁环管6内和所述非导磁油管5内。
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稳流器，其特征在于：包括同轴设置的导磁套管和非导磁油管，所述导磁套管和所述非导磁油管之间环向设置有多个磁体，任意两个相邻磁体的磁场方向相反；所述非导磁油管和所述磁体之间还设置有电极，每个电极设置在两组相邻磁体之间，任意两个相邻电极的极性相反。
2.根据权利要求1所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述非导磁油管设置在所述磁体内侧，所述导磁套管设置在所述磁体外侧。
3.根据权利要求1所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：还包括导磁环管，所述导磁环管与所述导磁套管分别位于所述磁体两侧，共同组成导磁通路。
4.根据权利要求3所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述导磁套管设置在所述磁体外侧，所述非导磁油管设置在所述磁体内侧，所述导磁环管设置在所述非导磁油管内侧。
5.根据权利要求3所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述导磁套管设置在所述磁体内侧，所述非导磁油管设置在所述磁体外侧，所述导磁环管设置在所述非导磁油管外侧。
6.根据权利要求1或2所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述电极嵌设在所述非导磁油管内。
7.根据权利要求3-5任一项所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述电极嵌设在所述非导磁油管和/或所述导磁环管内。
8.根据权利要求6所述的基于水环输油的MHD稳流器，其特征在于：所述磁体为永磁铁和/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稳流器，其特征在于：所述磁体为永磁铁和/或内设置有铁芯的电磁线圈。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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