УДК 622.276.72
Результаты использования магнитных индукторов обработки при ее добыче и транспорте
© Коллектив авторов, 2004
фти
В.И. Бородин (НПО «ЛАНТАН»), Е.Н. Тарасов, А.В. Зини (Уральский гос. университет
A.В. Лейфрид, Е.Г. ПавлоЕ
B.В. Сафронов (ТПП «Когадым-нефтегаз»),
-ВтЕ-Драчук (ОАО «Удмуртнефть»), А.Д. Хрущев (НК «ФУТЭК»)
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 асфаль-тосмолопарафиновых 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
Results of use of magnetic inductors of an oil processings at its production and transport
V.I.Borodin (LANTAN NPO), E.N.Tarasov, A.V.Zinin (Ural State University), A.V.Lejfrid, E.G.Pavlov, V.V.Safronov (Kogalymneftegaz TPP), V.R.Drachuk (Udmurtneft OAO), A.D.Khrushchev (FUTEK NK)
Results of practical use of magnetic inductors of oil processing (MION) on deposits of Kogalym and Udmurtiya are presented. It is marked, that for the greater activization of process of volumetric crystallization in one well it is necessary to set several MION's.
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 - 0,7212-10-6. С повышением температуры диамагнитная восприимчивость воды изменяется от -2,9-10 -6 при температуре 5 °С до -0,62-10-6 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.
Изменения свойств технологической воды при омагничивании
Дх, отн.ед.
7 6 5 4 3 г 1 /
/ V 1
г \ 1
И 2 \
\
А
А L. 1 к
0 12 3 4 Bp 7 емя, ч
представленным месторождениям. Практически все зависимости являются прямыми линиями с одинаковым наклоном к оси абсцисс. Некоторые физико-химические характеристики нефти существенно зависят от обводненности и температуры (рис. 3). Большое различие в физико-химических характеристиках различных нефтей не позволяет создать единую методику и аппаратуру воздействия на нефть физическим полем. Условия кристаллизации органических Рис. 1. Зависимость изменения магнитной восприим- веществ из растворов. Твердая кристал-чивости ¿хприродной в°дыдистиллята(2) и биди- лическая фаза может образоваться только при определенной степени пересы-
стиллята (3) от времени после магнитной обработки
i а £
i
& 4
□ \2_ 1 □
1
■ / 1 ._■ 1 \ 1 N ;
250
о
п
200 ^ с
и
150 &
о
100 о
3-
50
О 160 320 480 640 800 Напряженность магнитного поля, 1 03А/м
существенно уменьшают интенсивность образования накипи в теплообменниках. Установлено, что это определяется двумя факторами.
Первый фактор - термодинамическая неравновесность раствора, т.е. пересы-щенность воды солями жесткости в момент действия на него магнитного поля. При этом в объеме происходит быстрая кристаллизация избыточного количества солей жесткости, например, сульфата или карбоната кальция. Образовавшиеся мельчайшие кристаллики играют роль так называемой «затравки», т.е. центров кристаллизации. С ростом напряженности поля от 0 до 400-103 А/м размер кристаллов карбоната кальция уменьшается примерно в 4 раза, а число их возрастает в 6 раз (рис. 2).
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 0.001 мг/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.
Таким образом, оба фактора воздействия магнитного поля на жидкость связаны с ориентацией носителей магнитных моментов (малых у парамагнетиков - солей и больших у ферромагнетиков), коагуляцией их за счет магнитного взаимодействия в более крупные частицы.
Из табл. 1 видно, как сильно изменяется содержание компонентов, которые являются главными в АСПО, даже от пласта к пласту. По данным табл. 1 нами построены зависимости вязкости, температуры застывания, температуры начала кипения нефти от содержания ас- Рис. 3. Зависимость динамической вязкости п гремихинской нефти от обводненности В (а) и температуры Т (б):
фальтенов, смол, пара- б. 1, 2, 3, 4, 5 - обводненность составляет соответственно 0,18; 5; 15; 30 и 50 % финов и серы по всем
Рис. 2. Зависимость размера (1) и числа (2) кристаллов, выделившихся из пересыщенного раствора бикарбоната кальция, от напряженности магнитного поля
щения, 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.
Образование центров кристаллизации может быть спонтанным или вызвано искусственным путем. На этот процесс влияют многие факторы: нерастворимые и растворимые примеси, механические воздействия, ультразвук, электрические и магнитные поля. Установлено, что под действием постоянного электрического поля максимумы на зависимости скорости зарождения центров кристаллизации от температуры смещаются в сторону более низких температур. С увеличением электрической проводимости вещества влияние поля снижается. Эффект воздействия переменного магнитного поля на образование центров кристаллизации зависит от его частоты. Так, с ее увеличением от 50 до 10000 Гц темп сдвига максимумов в область низких температур вначале растет, а затем убывает. Постоянное магнитное поле оказывает ориентирующее действие на молекулы жидкости. Установлено, что магнитное поле уменьшает скорость образования зародышей и сдвигает кривую их зарождения в область низких температур подобно постоянному электрическому полю. Переменное магнитное поле повышает число центров кристаллизации во всем тем-
Таблица 1
Номер скважины Вязкость Температура застывания, °С Массовое содержание, % Температура
Месторождение Пласт нефти, мм2/с серы смолы асфальтенов парафинов начала кипения, °С
ТПП «Когалымнефтегаз» I
Грибное ЮС, 5,77 -17 0,50 6,33 0,74 2,70 48,14
Южно-Ягунское БС\Я 10,76 -10 0,70 8,18 2,02 3,25 56,61
ЮС, 5,73 -18 0,42 5,99 0,66 3,02 42,93
БС,ш,+БС,м> 15,59 -5 0,96 10,04 4
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.