[发明专利]采油用磁热防蜡装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田采油用井下用清防蜡装置，尤其涉及一种采油用磁热防蜡装置。

背景技术

原油是成份复杂的各种烃的混合物。很多油田的原油中都含有石蜡，开采时这些石蜡会自然析出，粘着于油管壁上，随着时间的推移将会影响生产，严重的会造成油管的堵塞。因此，防蜡和清蜡成为石油开采中的重要课题。

目前，使用较多的防蜡技术包括磁防蜡技术。

磁防蜡是一项原油防蜡技术，其主要原理利用高性能稀土永磁材料作为磁能体，建立一个稳定的强磁场，对流过该磁场原油中的石蜡分子进行整体激励作用。当原油通过达到足够大磁场强度及梯度的磁场时，由于洛仑兹力的作用，使得在结晶温度附近处于无序热运动中的蜡分子获得能量，从而调整彼此的磁撞方位，提供了普遍的结晶生核条件，使原来分子之间存在的吸引力(结晶色散力)在一定时间内变成相互排斥的力，从而生成了大量直径很小，呈球状的微晶(为常见蜡晶直径的1/10000)悬浮在原油中。这些微晶保持相对运动，不靠近、不结合，以单晶体游离态存在，不会结晶，从而，达到防蜡的目的。这样就大大削弱了在管壁及抽油杆上析结出片状硬蜡，以及在原油中形成片状石蜡的网状络合物的可能性，同时也降低了原油的流动阻力。

磁防蜡技术具有成本低、使用简单等优点。基于该理论的磁防蜡器通常挂接在采油管的底部，该位置的温度通常很高，一般达到80℃以上，而作为该类装置的主要部件--磁钢，长期工作在高温状态下，退磁现象会非常严重，因此其有效使用周期短，致使其清防蜡效率低下、适应性较差。

还有一种使用较多的防蜡技术是电加热器技术。电加热器主要是由电热抽油杆(空心抽油杆内装耐温电缆)、变频电源控制柜和相关组件组成。其原理是利用三相工频电源通过变频电源控制柜变成频率可调的电源，单相输出给耐温电缆和空心抽油杆构成的回路加热系统供电，当变频电流通过空心杆体时会迅速产生趋肤效应热，同时由于空心杆和电缆之间的邻近效应和圆环效应又产生涡流热，两种热量都集中在电热抽油杆上，从而使电热抽油杆周围的原油温度升高，粘稠度降低。通常对于日产液20方的含蜡油井，如果要较好的解决降粘问题，需用6000w以上的电加热器。该装置的优点是清防蜡效果好，但明显具有结构复杂、安装繁琐、耗电量大、容易损坏等缺陷。

目前已有的一种电磁加热防蜡装置，如图1所示，包括有固定于油管1内壁的环型磁钢3和固定于抽油杆8上的发热体6。其加热原理是：在抽油过程中，当抽油机拉动抽油杆8上下移动时，固定于抽油杆8上的导电发热体6也将上下移动并切割固定于油管1内壁的环型磁钢3所形成的间隔磁场，从而产生涡电流(基于法拉第电磁感应定律)。其中，环型磁钢3由环型填充物14隔开，这些间隔排列的环型磁钢3和填充物14的两端由环型固定块21固定。发热体6的两端通过环状固定帽9将由单一的高电导率材质如铜、铜合金及其他高电导率的材质制成的管状发热体6固定在抽油杆8上。在抽油杆8和管状发热体6之间形成环形空间7以及管状发热体6和磁钢3之间形成环形空间5；环状固定帽9为镂空结构，使环形空间7与油管内腔导通，形成过流空间，用于抽油过程中原油通过。环形空间5同样也是过油空间。

由于在低频交变磁场中，高的电导率更适合产生涡流，因此其发热体6的材质简单的选择了单层的铜或者其他具有高电导率的材质作为发热体，但这类金属的磁导率较小、漏磁现象严重，不能改变磁场的磁力线分布，而且，油管1的材质也是普通材质的油管，不具有较高的磁导率，导致磁路中的磁阻偏大，从而导致发热功率低下。

图1所示装置可以实现涡流与强磁同时作用于原油中的石蜡，起到降粘的作用，但其发热功率非常低下，在保证油田正常采油工况和过程的情况下，其每米磁钢所能产生的理论涡流热不超过700W，通常对于日产液20方的含蜡油井，需用6000w以上的电磁加热防蜡装置才能较好地解决降粘问题。考虑到磁场本身对含蜡原油的有效作用，使用已有的电磁加热防蜡装置，也还需要4200W-3000W的加热功率。要达到4200W-3000W的加热功率，这种装置的磁钢长度将达到6米以上，其磁钢成本就将达到6万元。如果考虑发热体成本和制造管理成本，其总成本将达到10万元。

对于电磁加热防蜡装置而言，如何利用磁场来生成热能是关键，一般是利用金属发热体切割磁力线而产生的涡流发热，因此，磁力线的分布是决定发热体内发热效率的主要因素。目前电磁加热防蜡装置中主要是利用高磁导的磁钢来提高磁场强度，从而提高磁力线的密集度，提升发热效率。在高磁场强度的情况下，使那些不发热的部件也开始变得发热了。

发明内容