МАГННИТНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ БОРЬБЫ С ОСЛОЖНЕНИЯМИ В НЕФТЕДОБЫЧЕ

Факты использования магнитной обработки. Магнитная обработка водных систем исследуется давно. Есть сведения, что такие опыты проводил еще М.В. Ломоносов. Первый патент на магнитную обработку воды с целью ее "умягчения" был получен в Германии в 1892 году. Промышленное применение данных аппаратов было начато бельгийским инженером Т. Вейнерманом в 1934 году. Известно влияние магнитного поля на свойства водных систем. Например, воздействуя с помощью магнитов на жидкости добиваются изменения их структуры, плотности, вязкости, температуры замерзания, поверхностного натяжения, коррозионной активности, электропроводности, растворимости солей и рН. Благодаря исследованиям Мирзаджанзаде А.Х., Тебенихина, Классена и ряда других разработаны теоретические основы и выявлены ряд интересных фактов: cущественное влияние относительно слабых магнитных полей магнитных полей напряженностью 10-30 кА/м2 на водные системы; длительное сохранение свойств после магнитной обработки; полиэкстремальность напряженности магнитного поля, при которой проявляется наибольший эффект магнитной обработки. В настоящее время известно более пяти тысяч публикаций посвященных магнитной обработке. Согласно данным публикациям магнитная обработка используется и исследуется в различных отраслях.

Медицина.Наибольшее количество аппаратов магнитной обработки используется в медицине. Например, аппарат магнитной обработки крови "Исток-Мок", магнитные массажеры и аппликаторы, пояс магнитофорный, установки УМОВ-4008, СО-2,СО-3 и др. НПО " Антей" выпускает аппараты "Офтемагс", с помощью которого лечат, с зрение, "Элемагс"- улучшает слух. Возник термин "магнитотерапия". С использованием аппаратов магнитной обработки лечат онкологические и женские заболевания, экземы, псориазы, неврологические и кардиологические болезни и другие. Практически все современные медицинские центры используют магнитотерапию.

В крови найдены нано-частицы магнетита, воздействую на которые магнитным полем можно активизировать перенос ионов через мембрану клетки ( "Изобретатель и рационализатор", 1995, №11).

На одной из лучших здравниц города Сочи – курортный комплекс "Русь", установлен оздоровительный фонтан, распыляющий воду подвергнутую магнитной обоработке.

Сельское хозяйство.Полив омагниченной водой блаприятно сказывается на урожайности овощных и зерновых культур. Магнитная обработка применяется для приготовления кормов, обработки семян.

Пищевая промышленность. Магнитная обработка применяется при производстве сахара, мясопродуктов, молочной продукции, алкогольных и безалкогольных напитков.

Текстильная промышленность. Магнитная обработка используется при крашении материалов и водоподготовке.

Теплоэнергетика.Аппараты магнитной обработки наиболее широко внедрены в теплоэнергетике для водоподготовки и предотвращения отложения солей жесткости. Применение аппаратов оговорено СНи П. Это электоро-магнитные аппараты и аппараты на постоянных магнитах. Более эффективны аппараты в которых используется воздействие различными физическими полями. Например электромагнитный пульсатор ПЭ, выпускаемом в Бресте. Принцип работы ПЭ основан на магнитной обработке воды импульсными полями и создании на поверхностях нагрева магнитострикционных колебаний сдвига на межатомном уровне. В результате этого происходит дробление, отслаивание, частичное превращение в сметанообразующую массу солей накипи и частичное растворение ее намагниченной водой, что позволяет удалять ее из котла в процессе продувок и дренирования.

В основу приборов "MERUS" положена современная технология, основанная на использовании концентрации естественных магнитных и электромагнитных полей с модулированной передачей их атомам, составляющим молекулу воды. Аналогичные устройства разработаны фирмой "Телос", в которых водные системы обрабатываются сверхслабыми электромагнитными полями с резонансно-активной модуляцией на жидкости.

Широко рекламируются электронные умягчители воды "WATER KING" , которые генерируют электромагнитные волны звукового диапазона. Известны"очистительные устройства чешского производства"КРАФТИНГ", которые способны физическим способом препятствовать образованию водного камня и предназначены для защиты отдельных потребителей, бойлеров, автоматических стиральных машин, посудомоечных машин, электрических и газовых проточных нагревателей". В Израиле выпускаются аналогичные установки "МЭДЖИК", а в Словакии установки "ANTI Ca⁺⁺".

Химические технологии. Способ воздействия на технологические среды с помощью слабых электромагнитных полей получил название физического катализа в соответствии с общими принципами теории катализа. Катализ с использованием слабых электромагнитных полей позволяет управлять в сторону увеличения или уменьшения такими физическими характеристиками веществ или их смесей, как вязкость, коэффициент диффузии, поверхностное натяжение, краевой угол смачивания, растворимость, теплотами плавления, кристаллизации и возгонки и рядом других индивидуальных и аддитивных характеристик веществ, соединений и смесей ряда веществ. Например под воздействием магнитной обработки природных и синтетических соединений, происходит увеличение адсорбционных свойств сорбентов , катализаторов. Магнитная обработка используется при производстве целюлозы, фенолформальдегидных связующих.

Машиностроение и металлургия.Аппараты магнитной обработки внедрены для повышения качества смазочно-охлаждающих жидкостей, прочности керамических форм в литейном производстве, водоподготовке при производстве металлопроката.

Строительство. ВНИИЖелезобетон разработал технологию применения слабых магнитных полей установки "Магнитрон" в строительном комплексе, для повышения качественных показателей бетона.

Транспорт. На автомобильном транспорте внедрены устройства магнитной обработки охлаждающей жидкости и топлива. Например устройства SuperFuelMAX (США). При прохождении топлива через магнитное поле, происходит расщепление углеводородной цепи на более мелкие составляющие с последующей их ионизацией, что, в свою очередь, ведет к более полному сгоранию горючей смеси. Магнитная обработка внедрена для воздействия на охлаждающую воду дизелей.

В нефтегазодобыче сложились ряд направлений борьбы с осложненими в которых используются магнитные технологии:

1) снижение коррозионной активности продукции транспортируемой по промысловым трубопроводам;

2) предотвращение асфальтосмолопарафиноотложений (АСПО);

3) предотвращение солеотложений;

4) воздействие на водонефтяные эмульсии с целью повышения эффективности их разрушения.

Коррозия. Снижение коррозионной активности добываемой и транспортируемой по промысловым трубопроводам жидкости связано с воздействием на один из ее компонентов - высокоминерализованную воду. Наибольший эффект магнитной обработки на снижение коррозионной активности проявляется в карбонатных, сульфатных и сульфидных средах. Однако по лабораторным и промысловым данным магнитную обработку целесообразно использовать совместно с ингибиторной защитой, что позволяет снижать дозировку, повышать эффективность ингибиторов. Лучшие результаты получены при воздействии постоянного магнитного поля (табл. 9.1, рис. 9.1).

Таблица 9.1

Эффективность магнитной обработки по снижению скорости коррозии стали 20 в минерализованных пластовых водах

а б в

Рис.9.1 Внешний вид образцов: а – новый; б – в среде без магнитной обработки; в – в среде с магнитной обработкой (Сергеевское месторождение, Башкирия)

Асфальтосмолопарафиноотложения.Воздействие магнитных полей следует отнести к наиболее перспективным из физических методов для предотвращения асфальтосмолопарафиноотложений. Под действием магнитного поля на движущуюся жидкость, происходит разрушение агрегатов, состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа, находящихся в нефти и попутной воде. В каждом агрегате содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч микрочастиц, поэтому разрушение агрегатов приводит к резкому (в 100-1000 раз) увеличению концентрации центров кристаллизации парафинов и солей и формированию на поверхности ферромагнитных частиц пузырьков газа микронных размеров. В результате разрушения агрегатов кристаллы парафина выпадают в виде тонкодисперсной, объемной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений на поверхности НКТ, насосном оборудовании уменьшается пропорционально уменьшению средних размеров выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твердую фазу кристаллов парафина. По некоторым данным образование микропузырьков газа в центрах кристаллизации после магнитной обработки в ряде условий проявляется газлифтный эффект.

Cолеотложения.Образование неорганических солей при добыче обводненной нефти в процессе разработки большинства месторождений России стало распространенным явлением. Отложения солей происходят при всех способах эксплуатации скважин, однако наиболее отрицательные последствия от солеотложения возникают при добыче нефти штанговыми глубинными насосами (ШГН) и установками электропогружных центробежных насосов (ЭЦН). Кристаллические образования неорганических солей на рабочих органах глубинных насосов приводят к повышенному их износу, заклиниванию и слому вала погружного центробежного электронасоса, заклиниванию плунжера ШГН и т. п.

Межремонтный период работы фонда "солепроявляющих" скважин существенно уменьшается. Кроме того, в результате роста обводненности продукции скважин образуются отложения солей в поверхностном оборудовании, групповых, замерных установках, нефтесборных коллекторах и системах подготовки нефти.

При магнитной обработке водная система выводится из относительно стабильного состояния, в объеме, а не на поверхности формируется множество мелких кристаллов. Провоцирование кристаллообразования приводит к тому, что в дальнейшем стабильность водной системы увеличивается. В качестве примера на рис. 9.2 приведены фотографии кристаллов хлористого натрия, выпавшего в осадок из пересыщенного раствора. Кристаллы выпавшие из раствора прошедшего магнитную обработку правильной формы, незначительно отличаются друга по размерам.

а	б

Рис. 9.2. Кристаллы хлористого натрия выпавшие из раствора без магнитной (а) и с магнитной (б) обработкой

Эмульсеобразование. В процессе добычи нефть смешивается с водой и образует трудно разрушаемую тонкодисперсную эмульсию. Образование эмульсий – основная причина удорожания ее транспортировки и подготовки. При увеличении содержания воды в нефти на 1%, транспортные расходы возрастают на 3-5%. Воздействую на водонефтяные эмульсии переменным магнитным полем, и особенно импульсным можно существенно ускорить расслоение водонефтяных эмульсий (рис.9.3).

а

б

Рис. 9.3. Дисперсность водонефтяной эмульсии до (а) и после (б) магнитной обработки (х 50)

Микрокристаллы парафина и минимальные частицы с поверхностью, модифицированной ПАВ нефти, а также смолами и асфальтенами, концентрируются на межфазной поверхности и процесс получает свое завершение при расслоении нефтяных эмульсий в отстойной аппаратуре, что обуславливает образование в ней так называемых промежуточных слоев. Промежуточный слой, содержащий значительное количество парафинов, смол, асфальтенов, механических примесей и стойкой эмульсии снижает эффективность работы отстойников, уменьшая их полезный объем и препятствуя дренированию отделяемой воды.

Практика показала, что применение только термохимических методов не обеспечивает эффективной обработки промежуточных слоев. Лучшие результаты получены в БашНИПИнефть под руководством М.Голубева с использованием аппаратов магнитной обработки. Способ реализовывался следующим образом:

- определение времени образования в отстойном аппарате промежуточного слоя критической толщины;

- своевременный отбор из аппарата промежуточного слоя и его обработка переменным магнитным полем низкой частоты;

- подача обработанной продукции на вход аппарата.

Электромагнитные установки УМП. Уфимский государственный нефтяной технический университет совместно с Инжиниринговой компанией "Инкомп-нефть" разработали электромагнитные установки УМП (ТУ 39-80400-008-99), которые отличаются различным исполнением индуктора и управляющей станции (табл .9.2 ).

Таблица 9.2

Технические характеристики и параметры установок УМП

Установка УМП включает монтируемый на трубопровод индуктор и станцию управления.

Установка УМП-108-014 разработана для обработки водонефтяной эмульсии . Включает индуктор, соединенный кабелем с блоком управления (рис.9.4).

а	б

Рис.9.4. Электромагнитная установка УМП-108-014: а – блок управления; б – индуктор установки

Установка УМП-159-006 состоит из блока управления и соединяемого с ним индуктора, врезаемого в трубопровод. Поток жидкости обрабатывается переменным магнитным полем, направленным поперек потока. Форма изменения напряженности магнитного поля – синусоида. Индуктор состоит из магнитопровода, изготовленного из трансформаторного железа, между полюсами которого помещается труба из немагнитного непроводящего материала (стеклопластика) (рис. 9.5). Разработана для снижения коррозионной активности транспортируемой по трубопроводам системы ППД.

Установка УМП-325-005, состоит из блока управления, и соединяемого с ним внешнего индуктора с сердечником, врезаемого в трубопровод. Поток жидкости обрабатывается переменным магнитным полем с импульсным изменением напряженности, направленным поперек потока (рис. 9.6).

Установки на постоянных магнитах.Установки магнитной обработки жидкости на основе постоянных магнитов достаточно широко используются в нефтедобыче. Это так называемые магнитные муфты, установки УМОН, магнитные аппараты "МА-Пермнефть", предназначенные для предотвращения парфиноотложений, воздействия на водонефтяные эмульсии, снижения коррозионной активности транспортируемой продукции. В их конструкции используются сверхсильные постоянные магниты на основе редкоземельных элементов.

а

б

Рис.9.5. Электромагнитная установка УМП-159: а – блок управления; б - индуктор установки

а

б

Рис. 9.6 – Электромагнитная установка УМП-325-005: а – блок управления; б – индуктор установки

В Уфимском государственном нефтяном техническом университете совместно с Инжиниринговой компанией "Инкомп-нефть" разработаны установки для магнитной обработки жидкости типа УМЖ на основе постоянных магнитов (ТУ-3980400-005-99). Установки УМЖ выпускаются четырех модификаций: скважинные для установок ШГН; скважинные для установок ЭЦН, для газовых скважин; для трубопроводных систем нефтесбора и ППД.

Опыт применения установок УМЖ, например, на низконапорных водоводах ТПП "Урайнефтегаз" получено снижение скорости коррозии в среднем на 35%. При этом отмечено снижение содержания СО₂ на 29%, H₂S на 28%, О₂ на 41%, СВБ в три раза. Установки УМЖ-73 позволили резко сократить обработки скважин осложненых по АСПО. Средний межремонтный период увеличился с 298 сут. до 535 сут.

ГЛАВА 10