CN1865654B - 油井下管式永磁涡流加热装置 - Google Patents
油井下管式永磁涡流加热装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1865654B CN1865654B CN2006100893933A CN200610089393A CN1865654B CN 1865654 B CN1865654 B CN 1865654B CN 2006100893933 A CN2006100893933 A CN 2006100893933A CN 200610089393 A CN200610089393 A CN 200610089393A CN 1865654 B CN1865654 B CN 1865654B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetization
- permanent magnet
- magnet
- internal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
一种油井下管式永磁涡流加热装置，由内磁式管形永磁体[2]、同轴位于磁孔内的非导磁抽油杆[1]、通过非导磁支架[3]与抽油杆[1]固连的感应发热铜套管[4]以及过流内通道[7]和过流外通道[8]组成；固连在抽油杆[1]上的感应发热铜套管[4]随抽油杆[1]以一定的速度沿轴向往复直线运动。磁回路由内磁式管形永磁体[2]和磁孔内的气隙构成。感应发热铜套管[4]和内磁式管形永磁体[2]产生的轴向为正弦波形周期性的磁场发生相对直线运动，在感应发热铜套管[4]的管壁内感生涡流。由于感应发热铜套管[4]位于过流内通道[7]和过流外通道[8]之间，当过流通道充满原油时，感应发热铜套管[4]完全处于原油的包围中，因而感应涡流热100％直接传给周围的原油，高效地起到保温伴热的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油开采生产中用于油井加热，降低原油粘度、防止结蜡的装置，特别涉及油井下管式永磁涡流加热装置。
技术背景
我国国产原油的特点是含蜡较多，凝固点高，粘度高，生产过程普遍出现油井结蜡、堵塞产油层和油管的现象，严重影响油井稳产、高产，是极待解决的重要课题。日本专利JP19670020242公开了一种管道加热装置，该装置利用交流集肤效应使电能集中在一小口径碳钢管的内表面处转换为热能，并把热量传递给管道。该装置最初应用于燃料油管道的加热，随后推广到石油开采中油井的加热。中国专利CN2344539Y公开了一种电热电磁涡流采油装置，其空心抽油杆内的电磁涡流发生器与空心油杆形成回路，产生电磁涡流效应和交流集肤效应，将电能转化为电磁波能和热能，使原油的粘度降低，达到油井伴热、防蜡以及为油井加热的目的。这些装置的磁场都是靠电力来获得的，要求外电路供电，因而就不可避免地存在绝缘、防水、防爆、防腐等安全性以及耗电量大的问题；如果停止外电路供电，所产生的磁场立即消失，对于不便于通电的场合是不能实现的。
随着永磁新材料的研制成功，人们开始越来越多地利用永磁体。日本专利JP20020235646公开了一种永磁式涡流加热装置，该装置由环形转子和同轴位于转子内部空间、静止不动的圆柱形抽真空金属加热容器组成；如图1所示，在转子柱面和下底面围绕金属加热容器、360°内N、S极交互布置若干永磁体；当转子旋转时，金属加热容器和永磁体产生的周向为正弦波形分布的磁场发生旋转相对运动，根据法拉第电磁感应定律，在金属加热容器壁感应涡流，产生热并传递给容器内被加热的物质。该装置结构简单，传热效率高，适用于食品、药物等的加热。在目前的油井开采装置中，外部电机通过传动机构带动抽油杆做往复直线运动；而且要在空间有限的油管内实现旋转运动非常困难，因此，该加热装置不适用于油井加热。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明提出一种稳定高效、安全可靠的油井下管式永磁涡流加热装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
本发明的油井下管式永磁涡流加热装置的基本原理是法拉第电磁感应定律，其磁场由内磁式管形永磁体产生。该装置是一段特殊的抽油管，由内磁式管形永磁体、感应发热铜套管、抽油杆、过流通道、支架等组成，通过接头与普通抽油管轴向连接。内磁式管形永磁体用特种胶粘合成磁环体，并用非导磁的金属内、外壳卡紧固定。非导磁的抽油杆、感应发热铜套管和过流通道以及支架均同轴位于内磁式管形永磁体的磁孔内；感应发热铜套管通过非导磁的支架同轴固定在抽油杆上；过流通道是内磁式管形永磁体磁孔内除感应发热铜套管、支架和抽油杆之外的气隙，分为过流内通道和过流外通道。过流内通道是介于感应发热铜套管、支架和抽油杆之间的气隙；过流外通道是介于感应发热铜套管和内磁式管形永磁体金属内壳之间的气隙；因而感应发热铜套管位于过流内通道和过流外通道之间，当过流通道充满原油时，感应发热铜套管完全处于原油的包围中。
感应发热铜套管、抽油杆和支架等都是非导磁的，相对磁导率为1，因而该装置的磁路通过管形永磁体和其内部气隙闭合，磁孔任一轴截面，轴向磁场沿轴向为正弦波形周期分布，径向磁场沿轴向为马鞍形周期分布，磁场强度是空间函数。感应发热铜套管随抽油杆以一定的速度沿轴向往复直线运动，因而感应发热铜套管管壁内形成的磁场是时间和空间的函数，感应发热铜套管和内磁式管形永磁体产生的轴向为正弦波形周期性的磁场发生相对直线运动，进而在导电性好的感应发热铜套管管壁中感生涡流，由于本发明加热装置的感应发热铜套管完全处于原油的包围中，涡流在感应发热铜套管壁产生的热100％直接传给周围的原油，高效地起到保温伴热的作用。
本发明的磁场由内磁式管形永磁体产生，在磁体内部空间产生单极性的径向磁场和轴向磁场。内磁式管形永磁体采用分段结构，由m段内磁式管形永磁体组成，总轴向长度为m段内磁式管形永磁体的轴向长度和m-1个段间距之和，磁体的内部空间是其有效磁场空间。每段内磁式管形永磁体由2n+1个等径向厚度和等轴向长度的钕铁硼磁环轴向无间距叠加组成，几何结构和磁化方向具有轴对称性。每段内磁式管形永磁体中，从下端磁环(第1号磁环)到上端磁环(第2n+1号磁环)的磁化方向按逆时针变化，上端磁环和下端磁环的磁化方向为径向且方向相反，中磁环即第n+1号磁环的磁化方向为轴向；从任一轴截面看，每段内磁式管形永磁体中相邻磁环的磁化方向相差90°/n，第i个磁环的磁化方向或
上、下端磁环的磁化方向为0或180°，中磁环的磁化方向为±90°；相邻内磁式管形永磁体相邻的上端磁环和下端磁环的充磁方向相同。
任一轴截面，每段内磁式管形永磁体中，上、下端磁环提供的磁势为径向且方向相反，中磁环提供的磁势为轴向；其余2n-2个磁环提供的磁势的方向介于径向和轴向之间，其轴向磁势分量的方向与中磁环磁势的方向一致，因此，磁路通过2n+1个钕铁硼磁环本身和气隙闭合。根据磁路定理，当钕铁硼永磁材料的矫顽力为Hc，每段内磁式管形永磁体中第i个磁环的轴向长度为Li，径向厚度为Di时，任一轴截面第i个磁环提供的径向磁势分量Fri＝|Hc.Di.cosθi|，轴向磁势分量Fzi＝|Hc.Li.sinθi|，且第2号到第n号磁环的径向磁势分量与下端磁环磁势的方向一致，第n+2号到第2n号磁环的径向磁势分量与上端磁环磁势的方向一致，也就是说中磁环仅提供轴向磁势，其两边的第n号和第n+2号、第n-1号和第n+3号..第1号和第2n+2号磁环的径向磁势分量大小相等且方向相反；加之相邻内磁式管形永磁体相邻的上端磁环和下端磁环的充磁方向相同，因而任一轴截面气隙磁密的轴向分量沿轴向成正弦波形周期分布，变化梯度大，径向分量为马鞍型周期分布。当感应发热铜套管随抽油杆以一定的速度沿轴向往复直线运动时，感应发热铜套管壁内形成的轴向磁场分量是时间和空间的函数，感应发热铜套管和内磁式管形永磁体产生的轴向为正弦波形周期性的磁场发生相对直线运动，因而在导电性好的感应发热铜套管壁中感生环状涡流，由于感应发热铜套管完全处于原油的包围中，涡流在感应发热铜套管壁产生的热100％直接传给周围的原油，高效地起到保温伴热的作用。
本发明加热装置的感应发热铜套管的轴向长度、内磁式管形永磁体总轴向长度以及直线往复运动的行程之间具有一定的关系，内磁式管形永磁体总轴向长度大于等于感应发热铜套管的轴向长度与往复直线运动的行程之和，或感应发热铜套管的轴向长度大于等于内磁式管形永磁体总轴向长度与往复直线运动的行程之和。
本发明的油井下管式永磁涡流加热装置可以安装到任何需要的位置，并可实现多级串联。
本发明的优点：磁场由永磁体产生，无需外加电源及导线，安全可靠；感应发热铜套管直接固连在抽油杆上，永磁体产生的轴向为正弦波形周期性的磁场和导电性好的感应发热铜套管发生相对直线运动，构造简单；感应发热铜套管管壁产生涡流并转换成热量直接100％传给原油，传热效率高，经济性好。
附图说明
图1为日本专利JP20020235646的磁路结构。
图2为本发明具体实施例的结构示意图，其中1为抽油杆；2为内磁式管形永磁体；3为支架；4为感应发热铜套管；5为金属内壳；6为金属外壳；7为过流内通道；8为过流外通道。
图3为本发明具体实施例某一段RZ平面的磁路结构。图中箭头表示磁环充磁方向。
图4为与图3相对应RZ平面的磁力线分布。
图5为与图3相对应的r＝25.5mm处，磁场强度沿轴向的分布。其中Bz为磁场强度轴向分量，Br为磁场强度径向分量。
图6为本发明具体实施例感应发热铜套管感应涡流的三维立体图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图进一步说明本发明。
图2为本发明具体实施例的结构示意图。如图2所示，本发明具体实施例由抽油杆1、内磁式管形永磁体2、支架3、感应发热铜套管4、金属内壳5、金属外壳6、过流内通道7、过流外通道8组成。其中抽油杆1、支架3、感应发热铜套管4、过流内通道7、过流外通道8同轴位于内磁式管形永磁体2的磁孔内。
抽油杆1采用非导磁的合金钢，外直径为19mm，与内磁式管形永磁体2同轴布置。感应发热铜套管4通过非导磁的支架3同轴固定在抽油杆1上；过流内通道7是位于支架3、抽油杆1和感应发热铜套管4之间的气隙；过流外通道8是位于内磁式管形永磁体金属内壳5和感应发热铜套管4之间的气隙。当过流通道充满原油时，感应发热铜套管4就位于原油的包围中。当感应发热铜套管4随抽油杆1以一定的速度沿轴向往复直线运动时，感应发热铜套管和内磁式管形永磁体产生的轴向为正弦波形周期性的磁场发生相对直线运动，感应发热铜套管4管壁中感生涡流产生的热100％直接传给了周围的原油。
内磁式管形永磁体2采用分段内磁式结构，每段轴向长50mm，段间距10mm；磁钢内直径67mm，外直径108mm；用特种胶粘合成磁环体并用非导磁的金属内壳5和金属外壳6卡紧。每段内磁式管形永磁体由5(n＝2)个径向厚度为20.5mm、轴向长度为10mm的钕铁硼磁环轴向无间距叠加组成，从下往上，下端磁环到上端磁环的磁化方向按逆时针变化，相邻磁环的磁化方向相差90°/2＝45°。
图3为与图2相对应的某一段磁路，该段磁路有4段内磁式管形永磁体。从下往上，第一段和第三段内磁式管形永磁体的第i个磁环的磁化方向θi＝45°.(i-1)，第二段和第四段内磁式管形永磁体的第i个磁环的磁化方向为θi＝180°+45°.(i-1)；第一段内磁式管形永磁体的下端磁环2-1-1和上端磁环2-1-5的充磁方向为径向，分别为0°和180°；第一～第四段内磁式管形永磁体的中磁环2-1-3、2-2-3、2-3-3、2-4-3的充磁方向为轴向，分别为90°、-90°、90°、-90°；第一段内磁式管形永磁体的上端磁环2-1-5和第二段内磁式管形永磁体的下端磁环2-2-1的充磁方向相同，为180°；第二段内磁式管形永磁体的上端磁环2-2-5和第三段内磁式管形永磁体的下端磁环2-3-1的充磁方向相同，为0°；第三段内磁式管形永磁体的上端磁环2-3-5和第四段内磁式管形永磁体的下端磁环2-4-1的充磁方向相同，为180°。
图4为与图3相对应的RZ平面的磁力线分布。如图4所示，内磁式管形永磁体产生的主磁通经过磁环本身和内部气隙而闭合。由于相邻内磁式管形永磁体相邻的上端磁环和下端磁环的充磁方向相同，每一个内磁式管形永磁体和相应的气隙都形成一个闭合的磁回路。当钕铁硼永磁材料的Br＝1.4T，Hc＝1100kA/m时，感应发热铜套管4内r＝25.5mm处磁场沿轴向的分布如图5所示。图5中横坐标的0点与图3中距磁环2-1-1下端面5mm处相对应。可以看出，磁场强度轴向分量Bz沿轴向为正弦波形周期分布，共有两个周期，形成4个波峰，峰-峰值为(0.85T，-0.85T)，变化梯度大；径向分量Br沿轴向为马鞍形周期分布。
本发明具体实施例的内磁式管形永磁体2的总轴向长度大于等于感应发热铜套管4的轴向长度与往复直线运动的行程之和。如抽油杆1的往复直线运动的行程为0.5m，感应发热铜套管4的轴向长度为0.39m，则内磁式管形永磁体2的总轴向长度要大于0.89m。
当感应发热铜套管4径向厚度为5mm，随抽油杆1以0.5m/s沿轴向直线运动时，本加热装置的发热功率约为600W/m，100％直接传给周围的原油，感应发热铜套管4产生的涡流如图6所示，基本上呈环流分布，由于径向磁场变化的影响，环流有一定的扭曲。
Claims (4)
1.一种油井下管式永磁涡流加热装置，为内磁式管形永磁体[2]、同轴位于磁孔内的非导磁抽油杆[1]、通过非导磁支架[3]与抽油杆[1]固连的感应发热铜套管[4]以及过流内通道[7]和过流外通道[8]组成的一段特殊抽油管，通过接头与普通抽油管轴向连接；内磁式管形永磁体[2]用特种胶粘合成磁环体，并用非导磁的金属内壳[5]和金属外壳[6]卡紧固定；固连在抽油杆[1]上的感应发热铜套管[4]随抽油杆[1]以一定的速度沿轴向往复直线运动，内磁式管形永磁体[2]的总轴向长度大于等于感应发热铜套管[4]的轴向长度与往复直线运动的行程之和，或感应发热铜套管[4]的轴向长度大于等于内磁式管形永磁体[2]的总轴向长度与往复直线运动的行程之和；磁回路由内磁式管形永磁体[2]和磁孔内的气隙构成，磁孔内任一轴截面形成轴向为正弦波形周期分布的单极性轴向磁场和轴向为马鞍形周期分布的单极性径向磁场；感应发热铜套管[4]的管壁中形成的磁场是时间和空间的函数，感应发热铜套管[4]和内磁式管形永磁体[2]产生的轴向为正弦波形周期性的磁场发生相对直线运动，在感应发热铜套管[4]的管壁内感生涡流发热，
其特征在于：内磁式管形永磁体[2]采用分段内磁式结构，由m段内磁式管形永磁体组成；总轴向长度为m段内磁式管形永磁体的轴向长度和m-1个段间距之和，磁体的内部空间是其有效磁场空间；每段内磁式管形永磁体由2n+1个等径向厚度和等轴向长度的钕铁硼磁环轴向无间距叠加组成，几何结构和磁化方向具有轴对称性；每段内磁式管形永磁体的下端磁环，即第1号磁环到上端磁环，即第2n+1号磁环的磁化方向按逆时针变化，上、下端磁环的磁化方向为径向且方向相反，中磁环即第n+1号磁环的磁化方向为轴向；每段内磁式管形永磁体任一轴截面相邻磁环的磁化方向相差90°/n，第i个磁环的磁化方向或
上、下端磁环的磁化方向为0或180°，中磁环的磁化方向为±90°；
相邻内磁式管形永磁体中相邻的上端磁环和下端磁环的磁化方向相同。
2.按照权利要求1所述的油井下管式永磁涡流加热装置，其特征在于：过流内通道[7]是内磁式管形永磁体[2]的磁孔中介于感应发热铜套管[4]、支架[3]和抽油杆[1]之间的气隙；过流外通道[8]是内磁式管形永磁体[2]的磁孔中介于感应发热铜套管[4]和金属内壳[5]之间的气隙；感应发热铜套管[4]位于过流内通道[7]和过流外通道[8]之间，当过流通道充满原油时，感应发热铜套管[4]完全处于原油的包围中。
3.按照权利要求1或2所述的油井下管式永磁涡流加热装置，其特征在于：任一轴截面，每段内磁式管形永磁体中第i个磁环提供的径向磁势分量Fri＝|Hc.Di.cosθi|，轴向磁势分量Fzi＝|Hc.Li.sinθi|；上、下端磁环提供的磁势为径向且方向相反，中磁环提供的磁势为轴向；其余2n-2个磁环提供的磁势的方向介于径向和轴向之间，其轴向磁势分量的方向与中磁环磁势的方向一致；且第2号到第n号磁环的径向磁势分量与下端磁环磁势的方向一致，第n+2号到第2n号磁环的径向磁势分量与上端磁环磁势的方向一致。
4.按照权利要求2所述的油井下管式永磁涡流加热装置，其特征在于：工作气隙任一轴截面上气隙磁密轴向分量沿轴向成正弦波形周期变化，且存在0值点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2006100893933A CN1865654B (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 油井下管式永磁涡流加热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2006100893933A CN1865654B (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 油井下管式永磁涡流加热装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1865654A CN1865654A (zh) | 2006-11-22 |
| CN1865654B true CN1865654B (zh) | 2010-11-17 |
Family
ID=37424779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2006100893933A Expired - Fee Related CN1865654B (zh) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 油井下管式永磁涡流加热装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1865654B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102143621B (zh) * | 2010-12-28 | 2013-01-16 | 张洪军 | 磁感应加热方法及专用装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN86204993U (zh) * | 1986-07-04 | 1987-09-12 | 成都传感换能技术研究所 | 石油采油井强磁防蜡器 |
| CN87200973U (zh) * | 1987-02-02 | 1988-01-13 | 包头新材料应用设计研究所 | 一种连接在抽油杆上的永磁防蜡器 |
| CN87200965U (zh) * | 1987-02-02 | 1988-02-17 | 包头新材料应用设计研究所 | 永磁防蜡器 |
| US5024271A (en) * | 1989-01-09 | 1991-06-18 | Baotou Institute Of Applied Design Of New Materials | Permanent-magnet wax-proof device |
| CN1019851B (zh) * | 1985-10-15 | 1992-12-30 | 王美华 | 防止石油结蜡的磁化装置 |
| US5454943A (en) * | 1991-11-01 | 1995-10-03 | Ashton; Thomas E. | Device for the magnetic treatment of fluids |
| CN2394000Y (zh) * | 1999-11-11 | 2000-08-30 | 谢德馨 | 采油井加热除蜡装置 |
-
2006
- 2006-06-23 CN CN2006100893933A patent/CN1865654B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1019851B (zh) * | 1985-10-15 | 1992-12-30 | 王美华 | 防止石油结蜡的磁化装置 |
| CN86204993U (zh) * | 1986-07-04 | 1987-09-12 | 成都传感换能技术研究所 | 石油采油井强磁防蜡器 |
| CN87200973U (zh) * | 1987-02-02 | 1988-01-13 | 包头新材料应用设计研究所 | 一种连接在抽油杆上的永磁防蜡器 |
| CN87200965U (zh) * | 1987-02-02 | 1988-02-17 | 包头新材料应用设计研究所 | 永磁防蜡器 |
| US5024271A (en) * | 1989-01-09 | 1991-06-18 | Baotou Institute Of Applied Design Of New Materials | Permanent-magnet wax-proof device |
| US5454943A (en) * | 1991-11-01 | 1995-10-03 | Ashton; Thomas E. | Device for the magnetic treatment of fluids |
| CN2394000Y (zh) * | 1999-11-11 | 2000-08-30 | 谢德馨 | 采油井加热除蜡装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1865654A (zh) | 2006-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8866053B2 (en) | Permanent magnet induction heating system | |
| KR20100086581A (ko) | 발전 효율과 회전력 향상이 이루어진 발전장치 | |
| CN102255474A (zh) | 一种组合式电磁调速系统 | |
| CN202172355U (zh) | 一种组合式电磁调速系统 | |
| CN206164246U (zh) | 一种双定子混合励磁涡流阻尼装置 | |
| CN101594041A (zh) | 磁动电磁泵 | |
| CN101205804A (zh) | 采油用磁热防蜡装置 | |
| CN1152606C (zh) | 电磁致热器 | |
| CN1865654B (zh) | 油井下管式永磁涡流加热装置 | |
| CN1862718B (zh) | 一种对极永磁磁体 | |
| CN1884791B (zh) | 永磁套管式井下采油降粘防蜡装置 | |
| CN109639095A (zh) | 一种螺旋通道直流磁流体泵 | |
| CN103347320B (zh) | 一种柱式永磁涡流加热装置 | |
| CN104319975A (zh) | 单槽单极圆筒动磁直线交流发电机 | |
| CN204291433U (zh) | 加热金属件的电感应加热器 | |
| CN1866700B (zh) | 一种圆筒型永磁磁系 | |
| CN105072728B (zh) | 一种磁屏蔽管式电磁感应加热装置 | |
| CN104185326B (zh) | 加热金属件的电感应加热器 | |
| CN208970257U (zh) | 一种永磁电动机定子内置式充磁器 | |
| CN204145787U (zh) | 滚筒式永磁加热系统 | |
| CN104467358A (zh) | 一种永磁涡流制动装置 | |
| KR20180029134A (ko) | 발전부의 영구자석과 코일이 직렬배치된 자성유체를 이용한 고효율 연속발전 사이클 장치 | |
| CN202034879U (zh) | 一种无铁芯损耗的内外转子无刷直流电机 | |
| CN104168678B (zh) | 滚筒式永磁加热系统 | |
| CN219305060U (zh) | 一种加热效应动态局部可调的磁加热装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101117 Termination date: 20110623 |