Устройство для магнитной обработки жидкости и способ его компоновки

 

Использование: обеспечение эффективной обработки жидкостей с изменяющимися с широком диапазоне скоростями движения потока жидкости за счет создания протяженной непрерывной магнитной системы при одновременном упрощении. Сущность: устройство включает ферромагнитный корпус, установленный внутри него с образованием кольцевой полости протяженный каркас (К) в виде полого сердечника и магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов (М). В боковых стенках корпуса выполнены сквозные прорези (П), а на наружной поверхности К - продольные углубления (У). В каждую П и У установлен протяженный тонкостенный упругий кожух, в котором без зазора установлены в ряд М, при этом М обращены к рабочему зазору внутренними главными поверхностями одноименными полюсами. Кожух и М образуют модуль. Для компоновки устройства предварительно берут протяженный тонкостенный упругий кожух и проталкивают внутрь него до упора нерабочей торцовой поверхностью каждый М. Перед установкой последующего М предыдущий М жестко фиксируют в кожухе и прекращают его фиксировать после жесткого фиксирования установленного с ним без зазора последующего М. Сформированный модуль устанавливают вплотную в кольцевую полость устройства. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к магнитной обработке жидкостей в широком диапазоне скоростей движения потока /от малых до больших/, для предотвращения асфальто-смоло-парафинистых отложений на нефтепромысловом оборудовании, для снижения коррозионной активности добываемой жидкости и т.п. преимущественно в скважинах, оборудованных погружными глубиннонасосными установками.

Изобретение также может быть использовано в теплоэнергетике, водоснабжении, при обогащении полезных ископаемых и т.п. для стимулирования химической активности используемых веществ.

Известно устройство для магнитной обработки жидкости для предотвращения отложений парафина и неорганических солей в насосно-компрессорных трубах, в нефтепроводах, включающее корпус с установленным внутри протяженным стержнем каркасом и магнитную систему блоков постоянных магнитов, попарно закрепленных на стержне с разноименно направленными полюсами друг к другу. В пределах каждого блока пары магнитов установлены с разворотом на заданный угол относительно предыдущей пары /1/.

При прохождении потока жидкости через устройство осуществляется последовательность магнитная обработка жидкости каждой парой магнитов по всей длине устройства изменяющимся по направлению магнитным потоком.

Однако известное устройство не обеспечивает эффективную обработку жидкости в том случае, когда происходит изменение во времени скорости потока жидкости в широком диапазоне от 0,02 до 2,0 м/с, например, вследствие изменение физико-химических свойств газо-нефтяной смеси. Это объясняется конструктивным выполнением устройства, когда магнитная система составлена из пар постоянных магнитов, распределенных по длине устройства на фиксированном расстоянии одной пары от другой, т.е. магнитная система в таком устройстве является прерывистой. Характер распределения магнитных полей в такой магнитной системе эффективен не для каждого состава жидкости и не для любой скорости ее течения.

Чтобы обеспечить эффективную магнитную обработку жидкости таким устройством требуется корректировка параметров устройства /изменение количества пар магнитов, изменение величины зазоров между торцами магнитов, изменение скорости движение потока жидкости/ для каждого конкретного состава и скорости ее течения, что практически неосуществимо при работе устройства в глубинных условиях, поскольку физико-химические свойства жидкости в скважине имеют тенденцию меняться с периодичностью менее суток, а подъем оборудования из скважины с такой периодичностью невозможен.

К тому же известное устройство из-за наличия центрального стержня невозможно использовать при глубинно-насосной добыче нефти.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является устройство для магнитной обработки жидкости, включающее ферромагнитный корпус трубу и размещенные внутри корпуса протяженный каркас в виде полого сердечника из немагнитного материала и магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов в виде стержней прямоугольного сечения, магнитные полюса которых расположены в главных поверхностях. Магниты установлены рядами вдоль оси корпуса и закреплены снаружи на каркасе с образованием рабочего зазора между внутренними главными поверхностями, а наружные главные поверхности магнитов закрыты магнитопроводом /2/. Магниты одного ряда сцентрированы с магнитами другого ряда, соседние магниты в ряду разнесены, причем их полюса реверсированы как между собой, так и относительно магнитов противолежащего ряда.

Жидкость, проходя по рабочему каналу полого сердечника, подвергается магнитной обработке магнитными полями, перпендикулярными рабочему каналу, причем направление каждого поля противоположно направлению смежных полей.

Хотя это устройство можно использовать при глубинно-насосной добыче жидкости, однако и оно не обеспечивает эффективную магнитную обработку жидкости с изменяющимися с широком диапазоне скоростями потока жидкости по той же причине, что и в аналоге, а именно постоянные магниты в рядах установлены на фиксированном расстоянии друг от друга. Поэтому такая конструкция устройства позволяет проводить эффективную магнитную обработку жидкости только определенного состава, при определенной скорости ее течения, при определенной длине магнитной системы /количества магнитов в ряду/. Любое изменение скорости движения жидкости, например, вследствие изменения ее физико-химических свойств требует корректировки параметров магнитного поля, что сложно в наземных условиях эксплуатации устройства, а в глубинных условиях эксплуатации устройства практически неосуществимо.

Известен способ компоновки устройства для магнитной обработки жидкости, включающий установку внутри ферромагнитной трубы протяженного каркаса из немагнитного материала с образованием кольцевого зазора между ними и закрепление снаружи на протяженном каркасе магнитной системы, состоящей из плоских постоянных магнитов. Магниты закрепляют попарно, разноименными полюсами в главных поверхностях, на определенном расстоянии между парами, которое выбирается таким, чтобы не допустить отсутствия напряженности магнитного поля по длине устройства, с одной стороны, и размагничивающего воздействия магнитов соседних пар, с другой стороны. Магниты со сквозными отверстиями закрепляют жестко на каркасе при помощи винтов /1/.

Однако известный способ компоновки устройства для магнитной обработки жидкости из-за жесткого закрепления магнитов на каркасе не позволяет использовать такое устройство для эффективной магнитной обработки жидкости с изменяющимися во времени в широком диапазоне скоростями потока жидкости, поскольку не обеспечивается переналадка магнитной системы для корректировки ее параметров. К тому же, наличие большого количества крепежных деталей значительно усложняет технологию сборки устройства.

Целью изобретения является обеспечение эффективной магнитной обработки жидкостей с изменяющимися в широком диапазоне скоростями движения потока за счет создания протяженной непрерывной магнитной системы при одновременном упрощении.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для магнитной обработки жидкости, включающем ферромагнитный корпус и размещенные внутри корпуса протяженный каркас в виде полого сердечника и магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов в виде стержней прямоугольного сечения, магнитные полюса у которых расположены в главных поверхностях, установленных рядами вдоль оси корпуса и закрепленных снаружи на каркасе с образованием рабочего зазора между внутренними главными поверхностями, а наружные главные поверхности магнитов закрыты магнитопроводом, новым является то, что в боковых стенках корпуса выполнены сквозные продольные прорези, а на наружной поверхности каркаса напротив прорезей в корпусе выполнены продольные углубления, в каждую прорезь в корпусе и в выполненное напротив нее углубление в каркасе установлен протяженный тонкостенный упругий кожух, в который последовательно без зазора между нерабочими торцовыми поверхностями установлены в ряд постоянные магниты, внешняя поверхность которых сопряжена с внутренней поверхностью кожуха, при этом магниты в каждом ряду обращены к рабочему зазору одноименными полюсами, а прорези в корпусе снаружи перекрыты ферромагнитным магнитопроводом.

Поставленная цель достигается также тем, что в способе компоновки устройства для магнитной обработки жидкости, включающем установку внутри ферромагнитной трубы протяженного каркаса из немагнитного материала с образованием кольцевой полости между ними, установку и закрепление снаружи на каркасе магнитной системы, состоящей из постоянных магнитов, новым является то, что предварительно перед установкой магнитной системы каждый постоянный магнит проталкивают в протяженный тонкостенный упругий кожух до упора нерабочей торцовой поверхностью, перед установкой каждого последующего магнита предыдущий магнит жестко фиксируют во внутренней полости кожуха и прекращают его фиксировать после жесткого фиксирования установленного без зазора с ним последующего магнита, при этом все магниты в каждом кожухе устанавливают в ряд одноименными полюсами в главных поверхностях по всей длине магнитной системы, после чего кожухи с магнитной системой устанавливают в кольцевую полость вплотную между каркасом и ферромагнитной трубой.

Предварительное формирование магнитной системы в модули, когда каждый постоянный магнит проталкивают в протяженный гибкий тонкостенный упругий кожух до упора нерабочей торцовой поверхностью и жестко фиксируют перед установкой без зазора каждого последующего магнита предыдущий магнит во внутренней полости кожуха, позволило сформировать протяженную непрерывную магнитную систему любой длины. А последующая установка таких модулей в кольцевую полость между каркасом и ферромагнитным корпусом позволила создать заявляемое устройство для магнитной обработки жидкости с протяженной непрерывной магнитной системой. Это позволяет сделать вывод, что изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Выполнение кожуха тонкостенным и упругим позволяет выполнить его протяженным, любой длины, и, как следствие, установить в нем любое неограниченное количество постоянных магнитов. В другой стороны, такой упругий кожух может воспринимать любые деформации под действием приложенной силы.

Такое выполнение кожуха позволяет каждый предыдущий магнит при установке жестко фиксировать во внутренней полости кожуха под действием приложенной силы извне и устанавливать каждый последующий магнит до контакта с предыдущим без зазора, выполняя условие, что все магниты в ряду имеют одинаковые магнитные полюса в главных поверхностях. Установленные таким образом магниты образуют протяженную непрерывную магнитную систему.

А поскольку постоянные магниты в кожухе устанавливают в ряд с одноименными полюсами в главных поверхностях по всей длине магнитной системы, то появилась возможность после установки таких сформированных модулей в кольцевую полость устройства создать в рабочем зазоре протяженное многомерное магнитное поле, характеризующееся наличием в рабочем зазоре поперечных составляющих, распределенных в пространстве во взаимно-перпендикулярных плоскостях: одна составляющая перпендикулярно главной рабочей поверхности магнита, другая параллельно главной рабочей поверхности магнита, а также продольной составляющей, вызванной неоднородностью структуры материала постоянных магнитов.

Формирование магнитной системы в модули позволяет установить в кольцевую полость устройства, по меньшей мере, хотя бы один модуль, имеющий в главных поверхностях магнитный полюс, противоположный по отношению к полюсам внутренних главных поверхностей в других модулях. Любое сочетание магнитных полюсов в модулях /либо все одноименные, либо разноименные с чередованием в любой последовательности/, а также количество модулей позволяет создать магнитное поле с преобладанием то одной, то другой поперечной составляющей магнитного поля.

Так, например, в случае, когда в устройстве установлено два модуля друг против друга, причем внутренние главные поверхности магнитов в модулях имеют разноименные магнитные полюса, в рабочем зазоре образуется магнитное поле, в котором присутствуют обе поперечные составляющие с преобладанием составляющей, перпендикулярной главной рабочей поверхности магнитов.

В случае, когда главные внутренние поверхности этих двух модулей обращены друг к другу одноименными полюсами, в рабочем зазоре образуется магнитное поле с преобладанием поперечной составляющей, перпендикулярной главной рабочей поверхности магнитов, причем эти составляющие в одном модуле направлены встречно поперечным составляющим другого модуля.

В случае, когда в устройстве установлено модулей более двух, может быть комбинация модулей, когда магнитные полюса в модулях чередуются. Тогда в рабочем зазоре образуется магнитное поле, в котором присутствуют обе поперечные составляющие.

Очевидно, протяженная непрерывная магнитная система позволила создать в рабочем зазоре устройства неразрывное магнитное поле, которое, как показали экспериментальные данные, обеспечивает эффективную и стабильную магнитную обработку жидкостей с изменяющимися в широком диапазоне скоростями течения.

Благодаря тому, что каждый кожух с магнитной системой установлен вплотную в кольцевой полости в выполненные в каркасе продольные углубления и в продольные сквозные прорези в корпусе, а также благодаря тому, что прорези в корпусе снаружи перекрыты ферромагнитным магнитопроводом, обеспечивается концентрация всего основного магнитного потока в рабочем зазоре и значительно уменьшаются поля рассеяния основного потока с торцевых поверхностей кожуха.

Таким образом, изобретение обеспечивает эффективную магнитную обработку жидкостей в широком диапазоне скоростей течения.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 и 3 - сечение А-А на фиг. 1/ с четным и нечетным количеством модулей/.

Устройство состоит из корпуса 1, выполненного в виде толстостенной ферромагнитной трубы, протяженного каркаса 2, выполненного в виде полого сердечника, например, из немагнитного материала, и магнитной системы, состоящей из постоянных магнитов 3, выполненных в виде вытянутых стержней прямоугольного сечения, у которых магнитные полюса расположены в главных поверхностях. Каркас 2 установлен внутри корпуса 1 с образованием кольцевой полости 4, в боковых стенках корпуса 1 выполнены сквозных продольные прорези 5, а на наружной поверхности каркаса 2 напротив прорезей 5 выполнены продольные углубления 6. В каждую прорезь 5 и выполненное напротив нее углубление 6 в кольцевой полости 4 установлен протяженный тонкостенный упругий кожух 7, в котором последовательно без зазора между нерабочими торцовыми поверхностями размещены в ряд постоянные магниты 3, при этом магниты 3 в каждом ряду обращены к рабочему зазору 8 внутренними главными поверхностями, имеющими одноименные магнитные полюса. Кожух 7 плотно охватывает магниты 3, при этом сам кожух 7 установлен в прорези 5 и углубления 6 вплотную, а снаружи прорези в корпусе 1 перекрыты ферромагнитным магнитопроводом 9. Кожух 7 и установленные в нем магниты 3 образуют модуль. Количество таких модулей в устройстве может быть любым: четным /фиг.2/ либо нечетным /фиг.3/, при этом магнитные полюса в главных поверхностях во всех модулях могут иметь одинаковые полюса, обращенные в сторону рабочего зазора, либо по меньшей мере один модуль может быть установлен в корпусе 1 с противоположными магнитными полюсами в главных внутренних плоскостях по отношению к другим модулям.

Для компоновки предлагаемого устройства предварительно берут протяженный тонкостенный упругий кожух 7. Первый магнит 3 проталкивают внутрь кожуха 7 до упора в торец кожуха 7 нерабочей торцевой поверхностью с помощью, например, диамагнитного стержня и жестко фиксируют первый магнит во внутренней полости кожуха 7, например, с помощью струбцины. После этого проталкивают второй магнит 3 во внутреннюю полость кожуха 7 до упора в нерабочий торец первого магнита и вновь жестко фиксируют второй магнит другой струбциной, и только после этого прекращают фиксировать в кожухе 7 первый магнит 3. Такая последовательность проталкивания магнитов 3 до упора, фиксирование их и прекращение фиксирования производят для всего ряда магнитов 3, причем все магниты в кожухе 7 устанавливают в ряд одноименными полюсами в главных поверхностях по всей длине магнитной системы.

Количество магнитов 3 в кожухе 7 может быть любым, благодаря чему формируется магнитная система требуемой длины. Последний магнит 3 в ряду устанавливают в упор с торцовой поверхностью кожуха 7. Кожух 7 плотно охватывает снаружи магнитную систему, образуя тем самым модуль. Скомпонованный модуль устанавливают в кольцевую полость 4 устройства вплотную между каркасом 2 и корпусом 1. Модули могут быть установлены с одноименными магнитными полюсами в главных внутренних плоскостях магнитов 3, обращенных в сторону рабочего зазора 8, а могут иметь разноименные полюса по отношению друг к другу.

Работает устройство следующим образом. Устройство устанавливают на насосно-компрессорных трубах ниже известной границы отложения парафина. Жидкость, проходя по рабочему зазору 8, подвергается магнитной обработке магнитными полями, образованными протяженной непрерывной магнитной системой.

Проведены лабораторные испытания по определению эффективности магнитной обработки жидкости при изменяющихся скоростях потока жидкости предлагаемым и известным устройством /1/.

Магнитная система в таких устройствах была набрана из постоянных магнитов Ч36Р /Nd-Fe-B/, габаритные размеры 10^х33х33 мм, кл. А, группа 5МП.

Испытания проводились с заявляемыми устройствами, модули которых были составлены: из 5 магнитов /длина активной части магнитной системы L=165 мм/, из 13 магнитов /L=430 мм/ и из 17 магнитов /L=560 мм/. Длина активной части магнитной системы в устройстве по аналогу составила 560 мм. Магнитная система в таком устройстве была составлена из 8 пар магнитов в виде шайб 56х24х8 мм, установленных на расстоянии 20 мм одной пары от другой и закрепленных на стрежне квадратного сечения 14х14мм.

В предлагаемом устройстве модули были установлен с разноименными магнитными полюсами /S-N/ по отношению друг к другу. В известном устройстве главные поверхности магнитов в каждой паре также имели разноименные /S-N/ магнитные полюса.

Магнитной обработке была подвергнута проба поверхностной нефти из скважины Туркинского месторождения /отбор пробы 09.02.95/ с плотностью ρ 0,851 г/см³ и вязкостью m9,69 мПа с.

В таблице приведены данные об эффективности магнитной обработки нефти предлагаемым и известным устройствами /1/ при разных скоростях течения жидкости.

Испытания показали 1. Предлагаемое устройство обеспечивает высокую эффективность магнитной обработки жидкости в широком диапазоне скоростей.

2. Предлагаемое устройство с непрерывной магнитной системой значительно эффективное /Э_ср. 44,29%/, чем устройство/1/ с прерывистой магнитной системой /Э_ср. 4,79%/.

3. Эффективность магнитной обработки повышается с увеличением длины магнитной системы. При длине модуля L 165 мм Э_ср. 36,10% при длине модуля L 430 мм Э_ср. 39,69% и при длине модуля L 560 мм Э_ср.44,29% 4. Предлагаемое устройство имеет стабильную эффективность магнитной обработки нефти в широком диапазоне скоростей течения жидкости. Величина среднеквадратичного отклонения эффективности магнитной обработки жидкости в предлагаемом устройстве составила ±1,79% /при длине модуля L 560 мм/, в то время как в известном устройстве эта величина составляет ±4,63% при той же длине активной части магнитной системы, в том же диапазоне скоростей.

5. Устройство при изготовлении имеет высокую технологичность.

6. Широкая область применения устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для магнитной обработки жидкости, включающее ферромагнитный корпус и размещенные в нем протяженный каркас в виде полого сердечника и магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов в виде стержней прямоугольного сечения, магнитные полюса у которых расположены в главных поверхностях, установленных рядами вдоль оси корпуса и закрепленных снаружи на каркасе с образованием рабочего зазора между внутренними главными поверхностями, а наружные главные поверхности магнитов закрыты магнитопроводом, отличающееся тем, что в боковых стенках корпуса выполнены сквозные продольные прорези, а на наружной поверхности каркаса напротив прорезей в корпусе выполнены продольные углубления, в каждую прорезь в корпусе и в выполненное напротив нее углубление в каркасе установлен протяженный тонкостенный упругий кожух, в который последовательно без зазора между нерабочими торцевыми поверхностями установлены в ряд постоянные магниты, внешняя поверхность которых сопряжена с внутренней поверхностью кожуха, при этом магниты в каждом ряду обращены к рабочему зазору одноименными полюсами, а прорези в корпусе снаружи перекрыты ферромагнитным магнитопроводом.

2. Способ компоновки устройства для магнитной обработки жидкости, включающий установку внутри ферромагнитной трубы протяженного каркаса из немагнитного материала с образованием кольцевой полости между ними, установку и закрепление снаружи на каркасе магнитной системы, состоящей из постоянных магнитов, отличающийся тем, что предварительно перед установкой магнитной системы каждый постоянный магнит проталкивает в протяженный тонкостенный упругий кожух до упора нерабочей торцевой поверхностью, перед установкой в кожух каждого последующего магнита предыдущий магнит жестко фиксируют во внутренней полости кожуха и прекращают его фиксировать после жесткого фиксирования установленного без зазора с ним последующего магнита, при этом все магниты в каждом кожухе устанавливают в ряд с одноименными полюсами в главных поверхностях по всей длине магнитной системы, после чего кожухи с магнитной системой устанавливают в кольцевую полость вплотную между каркасом и ферромагнитной трубой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.02.2007        БИ: 04/2007