專利名稱：采油用磁熱防蠟裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田采油用井下用清防蠟裝置，尤其涉及一種采油用磁熱防蠟裝置。
背景技術(shù)：
原油是成份復(fù)雜的各種烴的混合物。很多油田的原油中都含有石蠟，開采時(shí)這些石蠟會(huì)自然析出，粘著于油管壁上，隨著時(shí)間的推移將會(huì)影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的會(huì)造成油管的堵塞。因此，防蠟和清蠟成為石油開采中的重要課題。
目前，使用較多的防蠟技術(shù)包括磁防蠟技術(shù)。
磁防蠟是一項(xiàng)原油防蠟技術(shù)，其主要原理利用高性能稀土永磁材料作為磁能體，建立一個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)磁場，對(duì)流過該磁場原油中的石蠟分子進(jìn)行整體激勵(lì)作用。當(dāng)原油通過達(dá)到足夠大磁場強(qiáng)度及梯度的磁場時(shí)，由于洛侖茲力的作用，使得在結(jié)晶溫度附近處于無序熱運(yùn)動(dòng)中的蠟分子獲得能量，從而調(diào)整彼此的磁撞方位，提供了普遍的結(jié)晶生核條件，使原來分子之間存在的吸引力(結(jié)晶色散力)在一定時(shí)間內(nèi)變成相互排斥的力，從而生成了大量直徑很小，呈球狀的微晶(為常見蠟晶直徑的1/10000)懸浮在原油中。這些微晶保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不靠近、不結(jié)合，以單晶體游離態(tài)存在，不會(huì)結(jié)晶，從而，達(dá)到防蠟的目的。這樣就大大削弱了在管壁及抽油桿上析結(jié)出片狀硬蠟，以及在原油中形成片狀石蠟的網(wǎng)狀絡(luò)合物的可能性，同時(shí)也降低了原油的流動(dòng)阻力。
磁防蠟技術(shù)具有成本低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)?；谠摾碚摰拇欧老炂魍ǔ旖釉诓捎凸艿牡撞?，該位置的溫度通常很高，一般達(dá)到80℃以上，而作為該類裝置的主要部件——磁鋼，長期工作在高溫狀態(tài)下，退磁現(xiàn)象會(huì)非常嚴(yán)重，因此其有效使用周期短，致使其清防蠟效率低下、適應(yīng)性較差。
還有一種使用較多的防蠟技術(shù)是電加熱器技術(shù)。電加熱器主要是由電熱抽油桿(空心抽油桿內(nèi)裝耐溫電纜)、變頻電源控制柜和相關(guān)組件組成。其原理是利用三相工頻電源通過變頻電源控制柜變成頻率可調(diào)的電源，單相輸出給耐溫電纜和空心抽油桿構(gòu)成的回路加熱系統(tǒng)供電，當(dāng)變頻電流通過空心桿體時(shí)會(huì)迅速產(chǎn)生趨膚效應(yīng)熱，同時(shí)由于空心桿和電纜之間的鄰近效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)又產(chǎn)生渦流熱，兩種熱量都集中在電熱抽油桿上，從而使電熱抽油桿周圍的原油溫度升高，粘稠度降低。通常對(duì)于日產(chǎn)液20方的含蠟油井，如果要較好的解決降粘問題，需用6000w以上的電加熱器。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是清防蠟效果好，但明顯具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝繁瑣、耗電量大、容易損壞等缺陷。
目前已有的另一種電磁加熱防蠟裝置，如圖1所示，包括有固定于油管1內(nèi)壁的環(huán)型磁鋼3和固定于抽油桿8上的發(fā)熱體6。其加熱原理是在抽油過程中，當(dāng)抽油機(jī)拉動(dòng)抽油桿8上下移動(dòng)時(shí)，固定于抽油桿8上的導(dǎo)電發(fā)熱體6也將上下移動(dòng)并切割固定于油管1內(nèi)壁的環(huán)型磁鋼3所形成的間隔磁場，從而產(chǎn)生渦電流(基于法拉第電磁感應(yīng)定律)。其中，環(huán)型磁鋼3由環(huán)型填充物4隔開，這些間隔排列的環(huán)型磁鋼3和填充物4的兩端由環(huán)型固定塊2固定。發(fā)熱體6的兩端通過環(huán)狀固定帽9將由單一的高電導(dǎo)率材質(zhì)如銅、銅合金及其他高電導(dǎo)率的材質(zhì)制成的管狀發(fā)熱體6固定在抽油桿8上。在抽油桿8和管狀發(fā)熱體6之間形成環(huán)形空間7以及管狀發(fā)熱體6和磁鋼3之間形成環(huán)形空間5；環(huán)狀固定帽9為鏤空結(jié)構(gòu)，使環(huán)形空間7與油管內(nèi)腔導(dǎo)通，形成過流空間，用于抽油過程中原油通過。環(huán)形空間5同樣也是過油空間。
由于在低頻交變磁場中，高的電導(dǎo)率更適合產(chǎn)生渦流，因此其發(fā)熱體6的材質(zhì)簡單的選擇了單層的銅或者其他具有高電導(dǎo)率的材質(zhì)作為發(fā)熱體，但這類金屬的磁導(dǎo)率較小、漏磁現(xiàn)象嚴(yán)重，不能改變磁場的磁力線分布，而且，油管1的材質(zhì)也是普通材質(zhì)的油管，不具有較高的磁導(dǎo)率，導(dǎo)致磁路中的磁阻偏大，從而導(dǎo)致發(fā)熱功率低下。
圖1所示裝置可以實(shí)現(xiàn)渦流與強(qiáng)磁同時(shí)作用于原油中的石蠟，起到降粘的作用，但其發(fā)熱功率非常低下，在保證油田正常采油工況和過程的情況下，其每米磁鋼所能產(chǎn)生的理論渦流熱不超過700W，通常對(duì)于日產(chǎn)液20方的含蠟油井，需用6000w以上的電磁加熱防蠟裝置才能較好地解決降粘問題?？紤]到磁場本身對(duì)含蠟原油的有效作用，使用已有的電磁加熱防蠟裝置，也還需要4200W～3000W的加熱功率。要達(dá)到4200W～3000W的加熱功率，這種裝置的磁鋼長度將達(dá)到6米以上，其磁鋼成本就將達(dá)到6萬元。如果考慮發(fā)熱體成本和制造管理成本，其總成本將達(dá)到10萬元。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有的油井用磁防蠟裝置所存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種可提高熱效率、安裝簡便、成本低的采油用磁熱防蠟裝置。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采油用磁熱防蠟裝置，包括有套置并固定于抽油桿上的發(fā)熱管和緊貼油管內(nèi)壁固定的磁體，所述的發(fā)熱管內(nèi)壁設(shè)置有具有一定磁導(dǎo)率的金屬管。
其中，所述的磁體緊貼的油管為具有一定磁導(dǎo)率的油管。
其中，所述的金屬管、油管的磁導(dǎo)率大于等于1000。
其中，所述的磁體輻向磁化，且分層設(shè)置于油管內(nèi)壁，相鄰磁體的磁化方向相反。
其中，所述的金屬管為分段結(jié)構(gòu)，金屬管的分段處由緊固件包覆并將其連接。所述的發(fā)熱管包括有分段的發(fā)熱體，所述的發(fā)熱體兩端設(shè)置有緊固保護(hù)頭，以將發(fā)熱體固定于所述金屬管上的緊固件之間。所述的金屬管的分段處設(shè)有間隙；所述的緊固件與其相鄰的緊固保護(hù)頭之間設(shè)有間隙。
本發(fā)明發(fā)熱功率較大，可用于析蠟點(diǎn)以下的某位置，該位置通常離地面500-600米左右，其溫度一般在45-55度之間；在該溫度環(huán)境下，釹鐵硼磁鋼不會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，因此使用壽命長。本發(fā)明同時(shí)采用磁場對(duì)石蠟的作用和永磁直線發(fā)電機(jī)直接產(chǎn)生渦流加熱的作用來改善原油流動(dòng)性，從而減小抽油阻力，減少修井次數(shù)。


圖1是已有的電磁加熱防蠟裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的磁鋼磁化方向示意圖；圖4是本發(fā)明的防偏扶正器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的環(huán)狀固定帽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的發(fā)熱筒連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是已有的電磁加熱防蠟裝置磁力線分布示意圖；圖8是本發(fā)明的磁力線分布示意圖；圖9是本發(fā)明油管中各層器件的尺寸示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明是在現(xiàn)有的磁熱防蠟裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。如圖2所示，本發(fā)明包括有固定于油管1內(nèi)壁的環(huán)型磁鋼3和固定于抽油桿8上的發(fā)熱管6。其中，環(huán)型磁鋼3由環(huán)型填充物4隔開，這些間隔排列的環(huán)型磁鋼3和填充物4的兩端由環(huán)型固定塊2固定。磁鋼3為釹鐵硼磁鋼，填充物4為不導(dǎo)磁的非金屬物質(zhì)，在抽油桿8抽動(dòng)過程中以對(duì)這些磁鋼進(jìn)行保護(hù)，防止其碎裂。發(fā)熱管6由銅、銅合金、鋁、銀等或者其他具有高電導(dǎo)率(相對(duì)電導(dǎo)率大于60％，電導(dǎo)率越高越好)的材質(zhì)制成，并固定在抽油桿8上。緊貼發(fā)熱管6的內(nèi)壁固定有具有較高磁導(dǎo)率的金屬管10，金屬管10可由導(dǎo)磁鋼、鐵、鎳鐵合金或者硅鋼等材質(zhì)制成。本發(fā)明金屬管10的磁導(dǎo)率大于1000即可，并且，磁導(dǎo)率越大使用效果越好。發(fā)熱管6的兩端通過環(huán)狀固定帽9將發(fā)熱管6、金屬管10同時(shí)固定在抽油桿8上。金屬管10和抽油桿8之間形成環(huán)形空間7以及發(fā)熱管6和磁鋼3之間形成環(huán)形空間5。如圖5所示，環(huán)狀固定帽9為鏤空結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱管6緊固端90、抽油桿8緊固端93和連接該兩緊固端的肋條91，肋條91之間形成鏤空92。該鏤空92使環(huán)形空間7與油管內(nèi)腔導(dǎo)通，形成過流空間，用于抽油過程中原油通過。為保證環(huán)形空間7內(nèi)的液體流動(dòng)不會(huì)受到阻礙，鏤空92的面積不小于環(huán)形空間7的截面面積。環(huán)形空間5同樣也是過油空間。本發(fā)明環(huán)形空間5的截面面積大于環(huán)形空間7的截面面積，以保證發(fā)熱管6產(chǎn)生的熱量能盡可能多地被原油帶走。
在實(shí)際抽油過程中，為保證常規(guī)的過油面積不會(huì)因?yàn)楸景l(fā)明的使用而減小，固定設(shè)置了磁鋼3的油管1經(jīng)過了加粗。本發(fā)明的加粗油管1同樣也采用高磁導(dǎo)率的金屬管，而不是普通材質(zhì)的油管。這種高磁導(dǎo)率的金屬管的材質(zhì)可以是強(qiáng)度達(dá)到普通油管強(qiáng)度的磁導(dǎo)率較高的油管，如導(dǎo)磁鋼管等。加粗油管1采用高磁導(dǎo)率的材質(zhì)后，可減小磁路的磁阻，同時(shí)起到屏蔽磁場的作用。
本發(fā)明的磁鋼3為輻向充磁的磁化方式，其磁力線分布狀況如圖3所示。本發(fā)明的所有磁鋼3均軸向排列，輻向充磁，且任意兩塊間隔的磁鋼的充磁方向均相反。這種輻向磁化、軸向分塊排列的磁鋼結(jié)構(gòu)可以在軸向產(chǎn)生交替變化的磁場。在抽油過程中，當(dāng)抽油機(jī)拉動(dòng)抽油桿8上下移動(dòng)時(shí)，固定于抽油桿8上的導(dǎo)電發(fā)熱體6也將上下移動(dòng)并切割固定于加粗油管1內(nèi)壁的環(huán)型磁鋼3所形成的間隔磁場，從而產(chǎn)生渦電流。
為保證抽油桿8正常工作，如圖4所示，本發(fā)明還設(shè)置有對(duì)抽油桿8進(jìn)行扶正的防偏扶正器11，其內(nèi)均布有扶正齒110。本發(fā)明的磁鋼3的內(nèi)直徑略大于普通油管1的內(nèi)徑，以保證磁鋼在實(shí)際采油過程中不被磨損。防偏扶正器11與磁鋼3一起安裝在加粗的油管1內(nèi)，扶正齒110形成的內(nèi)徑略大于發(fā)熱管6的外徑，防偏扶正器11可保證抽油桿8在油管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向始終沿軸向。扶正齒110的多少可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，但以不影響過油面積為宜。
如圖6所示，本發(fā)明的金屬管10為分段結(jié)構(gòu)，金屬管10的分段處由緊固件63包覆并將其連接。發(fā)熱管6包括有分段的發(fā)熱體62，發(fā)熱體62兩端設(shè)置有緊固保護(hù)頭61，以將發(fā)熱體62固定于金屬管10的緊固件63之間。金屬管10的分段處設(shè)有間隙65；緊固件63與其相鄰的緊固保護(hù)頭61之間設(shè)有間隙64。間隙64可使發(fā)熱管6以略微松散的方式連接起來，使其能在防偏磨扶正器11的控制下微量運(yùn)動(dòng)，從而減少發(fā)熱管運(yùn)動(dòng)過程中被磨損。
如圖2所示，本發(fā)明加粗油管和普通油管之間通過過渡油管12連接。過渡油管12較普通油管粗、比加粗油管略細(xì)，以保證加裝了發(fā)熱管6的抽油桿8的上下行程始終都在加粗的油管1、以及加粗的油管1兩端的過渡油管12組成的空間內(nèi)，同時(shí)，過渡油管12加粗也是為了保證過流面積的穩(wěn)定。
本發(fā)明的發(fā)熱管6嵌套在具有高磁導(dǎo)率的金屬管10上，金屬管10用來改變磁力線的路徑，使盡可能多的磁力線垂直于發(fā)熱管6軸向，這樣可保證發(fā)熱管6上的軸向磁力線分量達(dá)到最小，同時(shí)減少了磁力線漏失，降低了環(huán)路磁阻，從而大幅度的提高同等條件下發(fā)熱管6的渦電流。使用時(shí)，通過抽油機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)把機(jī)械能盡可能多地轉(zhuǎn)化為電能，并直接產(chǎn)生渦流熱。
如圖7、8所示，分別為未使用導(dǎo)磁金屬管10與使用了導(dǎo)磁金屬管(這里是鐵)10時(shí)磁力線的分布情況。由圖7可知，在未使用導(dǎo)磁金屬管10的情況下，延伸致抽油桿方向的磁力線均形成了開口朝向加粗油管1的拋物線，因此磁力線的軸向分量相對(duì)較大，由于磁力線軸向分量的方向平行于沿軸向運(yùn)行的發(fā)熱管，導(dǎo)致發(fā)熱管產(chǎn)生渦流效率極其低下；另外，部分磁力線已經(jīng)穿過發(fā)熱管經(jīng)過氣隙空間(不導(dǎo)磁的介質(zhì)，如真空、原油)回歸，從而增大了磁路的磁阻，也將導(dǎo)致產(chǎn)生渦流效率低下。而由圖8可知，本發(fā)明在發(fā)熱管6內(nèi)壁增設(shè)了導(dǎo)磁金屬管10后，不僅減少了磁路的磁阻，而且使磁場的磁力線明顯比未使用導(dǎo)磁金屬管10的磁力線更加垂直于豎直放置的發(fā)熱管6的軸向，因此其發(fā)熱的效率會(huì)極大提高。本發(fā)明中的導(dǎo)磁金屬管10相當(dāng)于發(fā)電機(jī)中的鐵芯。
為驗(yàn)證本發(fā)明的發(fā)熱效果，如圖9所示，本發(fā)明選取的各器件的材質(zhì)和尺寸分別為抽油桿半徑R1為9.5mm，環(huán)形空間7的最大外徑R2為17mm，金屬管的厚度待定，發(fā)熱體銅的最大外徑R4為28mm，環(huán)形空間5的最大外徑R5為33mm，油管內(nèi)徑R6為52mm，油管外徑R8為57mm。
本發(fā)明選取同樣的磁鋼(釹鐵硼磁鋼，Br＝1.3T，Hc＝960kA/m)排列方式為軸向相鄰兩塊磁鋼充磁方向相反，磁鋼充磁方向?yàn)檩椣虺浯?，使用磁鋼塊數(shù)為22塊，磁鋼之間間隙為0；下表數(shù)據(jù)為采用ANSYS 10.0軟件仿真得出的

其中，長度單位為毫米，功率單位為瓦特，抽油桿運(yùn)動(dòng)速度為0.5米/秒。
由上表可以看出，當(dāng)不采用鐵金屬管時(shí)，發(fā)熱管的發(fā)熱總功率為1367瓦特，而一旦使用了鐵金屬管(厚度為1mm)，發(fā)熱管與金屬管的發(fā)熱總量躍升為5198瓦特，發(fā)熱功率達(dá)到了未使用鐵金屬管時(shí)的將近4倍。當(dāng)鐵金屬管厚度為5mm、銅發(fā)熱管的厚度為6mm時(shí)，本發(fā)明的發(fā)熱效率最高，達(dá)到了5790瓦特，是未使用鐵金屬管時(shí)的發(fā)熱效率的4.2倍。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采油用磁熱防蠟裝置，包括有套置并固定于抽油桿上的發(fā)熱管和緊貼油管內(nèi)壁固定的磁體，其特征在于，所述的發(fā)熱管內(nèi)壁設(shè)置有具有一定磁導(dǎo)率的金屬管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的磁體緊貼的油管為具有一定磁導(dǎo)率的油管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的金屬管、油管的磁導(dǎo)率大于等于1000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的磁體輻向磁化，且分層設(shè)置于油管內(nèi)壁，相鄰磁體的磁化方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的磁體具體為釹鐵硼磁鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的金屬管為分段結(jié)構(gòu)，金屬管的分段處由緊固件包覆并將其連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的發(fā)熱管包括有分段的發(fā)熱體，所述的發(fā)熱體兩端設(shè)置有緊固保護(hù)頭，以將發(fā)熱體固定于所述金屬管上的緊固件之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的金屬管的分段處設(shè)有間隙；所述的緊固件與其相鄰的緊固保護(hù)頭之間設(shè)有間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，該裝置還包括有用于對(duì)抽油桿進(jìn)行扶正的防偏扶正器，其設(shè)置于油管內(nèi)，外壁緊固于油管內(nèi)壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采油用磁熱防蠟裝置，其特征在于，所述的發(fā)熱管固定于抽油桿上，具體是通過環(huán)狀固定帽固定的；該環(huán)狀固定帽為鏤空結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采油用磁熱防蠟裝置，涉及油田采油用井下用清防蠟裝置，為解決現(xiàn)有磁熱防蠟裝置使用不便而提出，采用的技術(shù)方案為，采油用磁熱防蠟裝置，包括有套置并固定于抽油桿上的發(fā)熱管和緊貼油管內(nèi)壁固定的磁體，所述的發(fā)熱管內(nèi)壁設(shè)置有具有一定磁導(dǎo)率的金屬管。該溫度環(huán)境下，釹鐵硼磁鋼不會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，因此使用壽命長。本發(fā)明采用磁場對(duì)石蠟的作用和永磁直線發(fā)電機(jī)直接產(chǎn)生渦流加熱的作用來改善原油流動(dòng)性，從而減小抽油阻力，減少修井次數(shù)。
文檔編號(hào)E21B36/00GK1920247SQ20061014015
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者李良川, 張國成, 薛賽男 申請(qǐng)人:張國成