Результаты использования магнитных индукторов обработки нефти при ее добыче и транспорте. (Results of use of magnetic inductors of an oil processings at its production and transport)
Авторы:
Совершенствование техники и технологии добычи нефти повышенной вязкости является одной из наиболее актуальных задач нефтедобывающей отрасли. Сложность ее решения заключается в многообразии разрабатываемых объектов и месторождений, характеризующихся высоким содержанием асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) в добываемом продукте.
При подъеме такого продукта и его охлаждении происходит интенсивное отложение этих компонентов, прежде всего на стенках НКТ. Для восстановления эффективности эксплуатации скважин с АСПО необходима механическая чистка или горячая промывка.
В 1960 г. А.И. Тихонов и В.Я. Мягков впервые показали, что магнитная обработка позволяет уменьшить отложения не только солей, но и смол и парафинов (а.с. № 134263). К концу ХХ века научно-производственные предприятия городов России начали выпускать устройства для магнитной обработки жидкости, в том числе нефти при ее добыче и транспорте [1]. В настоящее время вопросам воздействия магнитного поля на добываемую нефть посвящено достаточно большое число научно-технических публикаций, в частности [2-5], в которых рассматривается практическое использование магнитных систем. Особо следует отметить экологическую чистоту магнитного способа обработки нефти. Анализ разнообразных магнитных устройств и эффектов обработки водных систем показывает следующее:
- магнитные системы, как правило, являются источниками двух или более магнитных полей разной полярности в направлении, перпендикулярном потоку обрабатываемой жидкости;
- магнитные поля действуют на жидкость в течение секунд, а физико-химические реакции и процессы в ней протекают после магнитной обработки с длительным временем релаксации в исходную структуру.
Механизмы воздействия магнитного поля на добываемый флюид изучены крайне слабо. Наиболее последовательной является работа [5], но и она не лишена противоречий и необоснованных положений.
В отделе магнетизма твердых тел НИИ физики и прикладной математики при Уральском госуниверситете совместно с НПО «ЛАНТАН», ТПП «Когалымнефтегаз» и ОАО «Удмуртнефть» проводятся работы по изучению механизмов воздействия постоянного магнитного поля на водонефтяную эмульсию с целью разработки эффективных магнитных устройств для различных типов нефтей. Некоторые результаты приведены в этой статье.
В настоящее время в НПО «ЛАНТАН» разработаны малогабаритные высокоградиентные магнитные индукторы обработки нефти (МИОН) на основе постоянных магнитов неодим – железо - бор и самарий - кобальт. Использование их позволило создать малогабаритные индукторы с проходным диаметром, равным диаметру трубопроводов, на которых они устанавливаются, что значительно повышает эффект обработки (имеется решение ФИПС о выдаче патента на изобретение с приоритетом от 10.04.01 г.).
При изучении механизмов воздействия магнитных полей на добываемый продукт необходимо учитывать их влияние на отдельные компоненты флюида: воду и нефть.
Влияние магнитного поля на характеристики технической воды.
Омагничивание технической (природной, т.е. без очистки) воды изменяет некоторые ее характеристики: возрастает поглощение света в ультрафиолетовой части спектра, увеличивается электропроводность с временем релаксации 8-10 ч, уменьшается диэлектрическая проницаемость, значительно ускоряется адсорбция различных веществ на границе с воздухом и твердыми телами.
В исследовании физических характеристик омагниченной воды особое место должно занимать определение ее магнитных свойств. Чистая вода диамагнитна и ее диамагнитная восприимчивость при температуре 20 °С равна - 0,7212·106. С повышением температуры диамагнитная восприимчивость воды изменяется от -2,9·106 при температуре 5 °С до -0,62·106 при температуре 70 °С. Магнитная восприимчивость сильно зависит от растворенных в воде газов, вида и концентрации примесей. Наиболее интересными являются результаты, представленные на рис. 1, свидетельствующие о том, что омагниченная вода обладает памятью, т.е. восстановление магнитного исходного (до обработки ) состояния происходит лишь через несколько часов, для природной воды это время превышает 7 ч.
|
|
|
Рис. 1. Зависимость изменения магнитной восприимчивости природной воды( 1), дистиллята( 2) и бидистиллята ( 3) от времени после магнитной обработки |
|
Изменения свойств технологической воды при омагничивании существенно уменьшают интенсивность образования накипи в теплообменниках. Установлено, что это определяется двумя факторами. |
 |
| Рис. 2. Зависимость размера( 1) и числа( 2) кристаллов, выделившихся из пересыщенного раствора бикарбоната кальция, от напряженности магнитного поля |
|
Вторым фактором является обязательное наличие в обрабатываемой магнитным полем воде оксидов железа, обладающих ферромагнитными свойствами. Они всегда присутствуют в любой технологической и дистиллированной воде. Получить воду, полностью свободную от оксидов железа или хотя бы с концентрацией их менее 0.001мг/ кг, в практических условиях весьма сложно. Обладая большими магнитными моментами и магнитной восприимчивостью, молекулы этих веществ легко ориентируются в магнитном поле, происходит их коагуляция в результате магнитного взаимодействия, и появляются центры кристаллизации для растворенных в жидкости веществ. |
|
|
|
Рис. 3. Зависимость динамической вязкости гремихинской нефти от обводненности В( а) и температуры Т( б): б: 1, 2, 3, 4, 5 – обводненность составляет соответственно 0,18; 5; 15; 30 и 50% |
|
Условия кристаллизации органических веществ из растворов. Твердая кристаллическая фаза может образоваться только при определенной степени пересыщения, которая служит основным фактором, регулирующим процесс выделения кристаллов. Процесс кристаллизации состоит из трех стадий: достижение пересыщения и переохлаждения, образование зародышей (центров кристаллизации), рост кристаллов. Пересыщение системы можно достичь, в частности, охлаждением. Механизмы действия магнитного поля на добываемую нефть. В пласте и призабойной зоне скважины при достаточно высокой температуре основные компоненты отложений на внутренней поверхности НКТ ( сера, парафин, асфальтены и смолы) растворены в основных углеводородных составляющих нефти и равномерно распределены по объему нефтеводяной эмульсии. При подъеме нефти по НКТ уменьшается ее температура и на некотором уровне она становится равной температуре кристаллизации этих компонентов. Естественно, что температура кристаллизации в первую очередь достигается у стенок НКТ, поэтому на их внутренней поверхности появляются центры кристаллизации. Кроме того, как установлено исследованиями, зародышеобразование интенсивнее происходит на границе раздела фаз, в данном случае на границе между жидкостью и твердым телом и при одинаковой их температуре. Далее происходит активный рост кристаллов, в результате на стенках НКТ образуется достаточно твердый слой АСПО. |
|
|
|
Рис. 4. Кривые намагничивания отложений на МИОН, установленном на глубине около 900 м( 1) и 2000 м( 2) |
|
В растворах парамагнетиков, как отмечалось ранее (см.рис.2), при омагничивании появляется большее число мелких «затравок» кристаллизации именно в объеме. Это также обусловлено слипанием хотя и слабомагнитных, но намагниченных в магнитном поле индуктора частиц. Результаты, представленные на рис. 2, относятся к омагничиванию водных растворов солей. Некоторые исследователи, например, Я. М. Каган (1966г.), считает, что процесс кристаллизации карбонатных солей из водного раствора добываемого продукта является определяющим при дальнейшей кристаллизации АСПО, поэтому магнитная обработка эффективна при обводненности нефти не менее 20 %, минерализации не менее 500 мг/кг и превышении карбонатной жесткости воды над сульфатной не менее, чем в 2-3 раза. Результаты использования МИОН при добыче нефти. МИОН скважинного типа разработки НПО«ЛАНТАН » производится в виде муфты, соединяющей НКТ в соответствии с ГОСТ633- 80. Корпус его изготавливается из такой же стали, что и НКТ, как правило группы прочности Е, и обеспечивается сертификатом завода- изготовителя. Для всех МИОН приняты следующие обозначения: МИОН – СК 60; МИОН – СМ 73; МИОН – Т200( С – скважинный, К – концевой, Т – трубопроводный, М – муфтовый, а цифры соответствуют условному диаметру НКТ или внутреннему трубопровода). Трубопроводные МИОН выполняются в виде отрезка трубы с фланцами, в том числе с ответными. |
