RU2721955C1 - Wave action device for oil stock preparation - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil industry, in particular, to devices for preparation of oil stock for pipeline transport and its processing. Device includes three interchangeable units: ultrasonic unit, electromagnetic unit and magnetic unit, made with possibility of interconnection in different sequence and located between inlet and outlet mixing chambers. Ultrasonic unit is a cylindrical housing with waveguides arranged inside which transmit ultrasonic oscillations from magnetostriction transducers to the processed medium. Electromagnetic unit is a cylindrical housing with a channel arranged inside the channel and arranged in an extended solenoid fed with alternating current. Magnetic unit is a cylindrical housing with a channel inside the channel made of tubes-activators placed in an extended annular permanent magnet. Blocks are fixed between each other via flange joints.

EFFECT: technical result is change in hydrocarbon composition of processed raw material, reduced viscosity, content of iron sulphide and water, destruction of oil-field emulsions.

6 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам для осуществления подготовки нефтяного сырья к трубопроводному транспорту и его переработке и может быть использовано на нефтепромысле для разрушения нефтепромысловых эмульсий и повышения эффективности транспортировки за счет снижения вязкости, обезвоживания нефтяного сырья и изменения углеводородного состава.The invention relates to the oil industry, and in particular to devices for preparing crude oil for pipeline transport and its processing, and can be used in the oil field to break oil emulsions and increase transportation efficiency by reducing viscosity, dehydration of the crude oil and changing the hydrocarbon composition.

На сегодняшний день в нефтяной инженерии существует множество положительных примеров использования устройств и способов различного волнового воздействия:Today in petroleum engineering there are many positive examples of the use of devices and methods for various wave effects:

- обработка эксплуатационных и нагнетательных скважин для повышения их продуктивности и увеличения нефтеотдачи пластов;- treatment of production and injection wells to increase their productivity and increase oil recovery;

- обработка фильтров. НКТ. насосов и другого оборудования для профилактики и предотвращения образования парафиновых и других асфальто-смолистопарафиновых отложений;- filter processing. Tubing. pumps and other equipment for the prevention and prevention of the formation of paraffin and other asphalt-resin-paraffin deposits;

- обработка участков промысловых и магистральных трубопроводов, технологических емкостей и т.п.для изменения реологических свойств нефтей и нефтепродуктов (снижение вязкости и др.);- treatment of sections of field and trunk pipelines, technological tanks, etc. to change the rheological properties of oils and petroleum products (lower viscosity, etc.);

- обработка нефтей и нефтепродуктов в процессе переработки с целями увеличения глубины и качества переработки;- processing of oil and oil products in the refining process with the goal of increasing the depth and quality of processing

- обработка сварных швов для снятия остаточных напряжений и продление срока службы сварных конструкций.- processing of welds to relieve residual stresses and extending the service life of welded structures.

Известно устройство для подготовки высоковязких нефтепродуктов к транспорту (патент РФ 2584840, 20.05.2016), позволяющее снизить их вязкость и понизить температуру застывания. Устройство содержит корпус в виде единого проточного модуля, в котором расположены конусный струеобразователь, диспергирующая пята и немагнитная опора внутреннего ярма электромагнита, при этом выходное сопло конусного струеобразователя расположено соосно с диспергирующей пятой, внутреннее ярмо электромагнита жестко соединено с диспергирующей пятой и имеет общий сквозной канат, а на внутреннее ярмо электромагнита намотана катушка электромагнита постоянного тока, соединенная с гермовводом, при этом немагнитная опора внутреннего ярма электромагнита установлена за диспергирующей пятой. Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции, длительный период обработки и применимость только для парафинистых нефтей, причем значительный эффект по улучшению реологических свойств проявляется только при температурах близких к температурам застывания нефти.A device is known for preparing highly viscous petroleum products for transport (RF patent 2584840, 05/20/2016), which allows to reduce their viscosity and lower pour point. The device comprises a housing in the form of a single flow module, in which a conical jet former, dispersing heel and non-magnetic support of the internal yoke of the electromagnet are located, while the output nozzle of the conical jet former is located coaxially with the dispersing heel, the inner yoke of the electromagnet is rigidly connected to the dispersing fifth and has a common through rope, and a DC coil of a direct current electromagnet is wound around the internal yoke of the electromagnet, connected to a pressure lead, while the non-magnetic support of the internal electromagnetic yoke is installed behind the dispersing heel. The disadvantages of this device are the design complexity, a long processing period and applicability only for paraffinic oils, and a significant effect on improving the rheological properties is manifested only at temperatures close to the pour point of the oil.

Существует устройство для магнитной обработки потока текучей среды (патент РФ 2447262, 10.04.2012), содержащее, по меньшей мере, одну согласованную пару соединенных магнитов противоположной полярности из редкоземельных металлов, при этом каждый упомянутый магнит имеет радиально внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, проходящие вдоль оси в продольном направлении и заканчивающиеся в поперечном направлении с образованием пары плоских поверхностей, соединяющих упомянутые внутреннюю изогнутую поверхность с упомянутой внешней изогнутой поверхностью, причем каждый магнит является диаметрально заряженным и имеет внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, имеющие одинаковую полярность, и пару плоских поверхностей, имеющих одинаковую полярность, но противоположную полярности изогнутых поверхностей, при этом пара магнитов соединена посредством совмещения упомянутых противоположно заряженных плоских поверхностей, посредством чего поток текучей среды, проходящий относительно упомянутой пары соединенных магнитов, подвергается воздействию магнитного поля. К недостаткам данного устройства можно отнести, что оно нацелено на уменьшение образования твердых отложений применительно к добыче нефти с целью улучшения эксплуатационных характеристик штанговых насосов. Помимо этого авторы не приводят данных по влиянию магнитной обработки на реологические свойства и время релаксации нефтяных сред.There is a device for magnetic processing of a fluid stream (RF patent 2447262, 04/10/2012) containing at least one matched pair of connected magnets of opposite polarity of rare earth metals, each magnet having radially inner and outer curved surfaces extending along axes in the longitudinal direction and ending in the transverse direction with the formation of a pair of flat surfaces connecting said inner curved surface to said outer curved surface, each magnet being diametrically charged and having inner and outer curved surfaces having the same polarity, and a pair of flat surfaces having the same polarity, but opposite to the polarity of the curved surfaces, wherein the pair of magnets is connected by combining said oppositely charged flat surfaces, whereby a fluid flow passing relative to said pair with united magnets, is exposed to a magnetic field. The disadvantages of this device can be attributed to the fact that it is aimed at reducing the formation of solid deposits in relation to oil production in order to improve the operational characteristics of sucker rod pumps. In addition, the authors do not provide data on the effect of magnetic treatment on the rheological properties and relaxation times of oil media.

Наиболее близким аналогом является устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения (патент РФ 2382933, 27.02.2010). Устройство содержит две секции - микроволновую и ультразвуковую, образующие единый модуль обработки. При этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круговым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачный материал для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну. Труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы. Недостатками данного устройства являются большие энергозатраты и его использование только для сильно обводненных нефтей (содержание воды в нефти 46-52% масс.). В результате обработки таких нефтей в ультразвуковой секции могут образоваться устойчивые водонефтяные эмульсии, которые на следующей стадии подготовки нефти потребуют дополнительных затрат для их разрушения и обезвоживания.The closest analogue is a device for reducing the viscosity of oil and oil products using the combined effects of microwave energy and ultrasonic radiation (RF patent 2382933, 02.27.2010). The device contains two sections - microwave and ultrasound, forming a single processing module. In this case, the microwave section contains magnetron generators, each of which is connected through horn emitters and communication windows to a circular waveguide having a coaxially located tube made of radiolucent material for transporting oil, and the ultrasonic section contains magnetically cooled radiators with water pressed inside metal cups welded between into a cylindrical column. A tube of radiolucent material and a cylindrical column have the same diameter and are coaxially connected through flanges. The disadvantages of this device are its high energy consumption and its use only for heavily flooded oils (the water content in oil is 46-52% by weight). As a result of processing such oils in the ultrasonic section, stable oil-water emulsions can form, which at the next stage of oil preparation will require additional costs for their destruction and dehydration.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства волнового воздействия для подготовки нефтяного сырья, характеризующегося простотой конструктивного исполнения и обеспечивающего улучшение физико-химических свойств, изменение реологических свойств и увеличение степени обезвоживания нефтяного сырья с целью снижения затрат на его транспортировку и дальнейшую переработку.The technical task of the invention is to expand the functionality of the wave action device for the preparation of crude oil, characterized by the simplicity of the design and providing improved physico-chemical properties, changing the rheological properties and increasing the degree of dehydration of the crude oil in order to reduce the cost of its transportation and further processing.

В зависимости от требуемых задач техническим результатом изобретения является возможность изменения углеводородного состава, разрушения нефтепромысловых эмульсий, снижения вязкости и содержания сульфида железа и воды при обработке нефтяного сырья в заявляемом устройстве.Depending on the required tasks, the technical result of the invention is the possibility of changing the hydrocarbon composition, the destruction of oil emulsions, lowering the viscosity and content of iron and water sulfide when processing petroleum feed in the inventive device.

Конструкция патентуемого устройства волнового воздействия представлена на чертеже (фиг. 1), гдеThe design of the patented wave action device is shown in the drawing (Fig. 1), where

1 - ультразвуковой блок;1 - ultrasonic unit;

2 - электромагнитный блок;2 - electromagnetic block;

3 - магнитный блок;3 - magnetic block;

4 - волновод-излучатель;4 - waveguide emitter;

5 - трубка-активатор;5 - activator tube;

6 - протяженный электромагнит (соленоид);6 - an extended electromagnet (solenoid);

7 - протяженный кольцевой постоянный магнит;7 - an extended annular permanent magnet;

8 - фланцевое соединение;8 - flange connection;

9 - штуцер для ввода реагента;9 - fitting for reagent input;

10 - входная смесительная камера;10 - input mixing chamber;

11 - выходная смесительная камера.11 - output mixing chamber.

Технический результат достигается за счет устройства волнового воздействия (фиг. 1), включающего три взаимозаменяемых блока (ультразвуковой блок 1, электромагнитный блок 2 и магнитный блок 3), расположенных между смесительными камерами 10 и 11. Ультразвуковой блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенными внутри волноводами-излучателями 4 (не менее двух), передающими ультразвуковые колебания от магнитострикционных преобразователей в обрабатываемую среду. Отличительной особенностью ультразвукового блока от существующих конструкций является размещение волноводов-излучателей перпендикулярно потоку движения жидкости. Электромагнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов 5. Трубка-активатор 5 представляет собой металлическую трубу, помещенную в протяженный электромагнит (соленоид) 6, питаемый переменным током напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Магнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов 5. Трубка-активатор 5 представляет собой металлическую трубу, помещенную в протяженный кольцевой постоянный магнит 7. Отличительной особенностью магнитного блока от существующих конструкций является сборка кольцевого постоянного магнита из восьми составных частей, размещенных вокруг металлической трубы. Каждая составная часть представляет собой усеченную пирамиду с вершиной 45°. Количество трубок-активаторов в магнитном и электромагнитном блоках будет варьироваться в зависимости от скорости потока и внутреннего диаметра трубы. Длина блоков будет зависеть от физико-химических свойств и углеводородного состава исходного нефтяного сырья. Между собой блоки крепятся через фланцевые соединения 8.The technical result is achieved due to the wave action device (Fig. 1), which includes three interchangeable units (ultrasonic unit 1, electromagnetic unit 2 and magnetic unit 3) located between the mixing chambers 10 and 11. The ultrasonic unit is a cylindrical body with waveguides located inside - emitters 4 (at least two) transmitting ultrasonic vibrations from magnetostrictive transducers to the medium being treated. A distinctive feature of the ultrasonic unit from existing structures is the placement of waveguides-emitters perpendicular to the fluid flow. The electromagnetic block is a cylindrical body with a channel placed from inside the activator tubes 5. The activator tube 5 is a metal tube placed in an extended electromagnet (solenoid) 6, powered by an alternating current voltage of 380 V, frequency 50 Hz. The magnetic block is a cylindrical body with a channel placed inside of the activator tubes 5. The activator tube 5 is a metal tube placed in an extended ring permanent magnet 7. A distinctive feature of the magnetic block from existing structures is the assembly of the ring permanent magnet of eight components, placed around a metal pipe. Each component is a truncated pyramid with a peak of 45 °. The number of activator tubes in the magnetic and electromagnetic blocks will vary depending on the flow rate and the inner diameter of the tube. The length of the blocks will depend on the physicochemical properties and hydrocarbon composition of the feedstock. The blocks are fastened to each other through flange connections 8.

Поставленная задача решается путем прокачивания нефтяного сырья через заявленное устройство с последовательной активацией в блоках волнового воздействия. В зависимости от требуемой задачи, физико-химических свойств и характеристик нефтяного сырья подбирается последовательность соединения блоков и в каждом из них устанавливаются рабочие параметры для эффективной обработки. Использование фланцевых соединений позволяет производить сборку блоков установки волнового воздействия или их перестановку в необходимой последовательности. Возможны два варианта сборки: два блока или три блока. Магнитный блок перед отсоединением не требует каких-либо дополнительных действий, в то время как для ультразвукового и электромагнитного блока необходимо вначале прекратить подачу электроэнергии и отсоединить блоки от источников питания.The problem is solved by pumping petroleum feeds through the claimed device with sequential activation in wave exposure units. Depending on the desired task, physico-chemical properties and characteristics of the crude oil, a sequence of block connection is selected and in each of them operating parameters are set for effective processing. The use of flanged joints allows the assembly of units for installation of wave action or their rearrangement in the required sequence. Two assembly options are possible: two blocks or three blocks. Before disconnecting the magnetic unit does not require any additional actions, while for the ultrasonic and electromagnetic unit it is necessary to first shut off the power supply and disconnect the units from power sources.

Нефтяное сырье по своим коллоидно-химическим свойствам является дисперсной системой со сложной внутренней организацией и способно изменяться под воздействием различных внешних факторов. Принцип действия устройства основан на различных эффектах воздействия на нефтяные дисперсные системы, создаваемых физическими полями. При ультразвуковом воздействии в результате кавитации происходит образование и схлопывание пузырьков газа в жидкой среде, что сопровождается локальным увеличением температуры и давления и образованием большого количества ударных волн. Результатом этого является интенсификация процессов переноса тепла и массы, разложение высокоплавких высокомолекулярных парафинов и разрушение агрегатов смолисто-асфальтеновых веществ, вследствие чего изменяются физико-химические (эксплуатационные) свойства нефтяного сырья. При магнитной обработке изменение реологических и физико-химических свойств нефтяного сырья основано на различной поляризуемости и магнитной восприимчивости структурообразующих компонентов нефтяной дисперсной системы. Под действием магнитного поля происходит изменение направления спинов молекул и нарушение устойчивости системы (значительные структурные преобразования, наблюдаются для нефтяных образцов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ, связаны преимущественно с процессом распада ассоциатов и высокомолекулярных соединений), сопровождающееся образованием новых парамагнитных и антиоксидантных центров.Crude oil in its colloidal chemical properties is a dispersed system with complex internal organization and is able to change under the influence of various external factors. The principle of operation of the device is based on various effects of exposure to oil disperse systems created by physical fields. Under ultrasonic action, cavitation results in the formation and collapse of gas bubbles in a liquid medium, which is accompanied by a local increase in temperature and pressure and the formation of a large number of shock waves. The result of this is the intensification of heat and mass transfer processes, the decomposition of high-melting high-molecular paraffins and the destruction of aggregates of resinous-asphaltene substances, as a result of which the physicochemical (operational) properties of the crude oil change. In magnetic processing, the change in the rheological and physicochemical properties of the crude oil is based on different polarizability and magnetic susceptibility of the structure-forming components of the oil disperse system. Under the influence of a magnetic field, the direction of the spins of the molecules changes and the stability of the system is violated (significant structural transformations are observed for oil samples with a high content of tar-asphaltene substances, mainly associated with the decomposition of associates and high molecular weight compounds), accompanied by the formation of new paramagnetic and antioxidant centers.

Ультразвуковая и магнитная обработка нефтяного сырья в различных сочетаниях позволяет повысить эффективность изменения реологических и физико-химических свойств и реализуется в использовании предлагаемого устройства.Ultrasonic and magnetic processing of crude oil in various combinations can improve the efficiency of changes in rheological and physico-chemical properties and is implemented in the use of the proposed device.

В заявленном устройстве с целью повышения эффективности процессов предусмотрена возможность ввода реагента, для этого в смесительных камерах 10 и 11 предусмотрен штуцер 9. Ввод реагента в сочетании с волновой обработкой позволит разрушать высокоустойчивые водонефтяные эмульсии, например, стабилизированные гелеобразными ассоциатами, увеличивать степень снижения вязкости и время релаксации.In order to increase the efficiency of the processes, the inventive device provides the possibility of introducing a reagent, for this purpose a fitting 9 is provided in the mixing chambers 9. Injecting a reagent in combination with wave processing will allow destroying highly stable water-oil emulsions, for example, stabilized by gel-like associates, increasing the degree of viscosity reduction and time relaxation.

Устройство имеет универсальную конструкцию и может быть размещено либо на нефтепромысле врезкой в трубопровод, либо автономно.The device has a universal design and can be placed either in the oil field by tapping into the pipeline, or autonomously.

Пример. Тестирование по оценке эффективности применения волнового воздействия (ПМ - постоянное магнитное поле, ЭМ - электромагнитное поле, УЗ-ультразвуковые колебания) проводилось на опытно-лабораторной установке с различными образцами нефтяного сырья (табл. 1).Example. Testing to assess the effectiveness of the use of wave action (PM - constant magnetic field, EM - electromagnetic field, ultrasonic ultrasonic vibrations) was carried out on an experimental laboratory installation with various samples of oil raw materials (Table 1).

Claims (6)

1. Устройство волнового воздействия для подготовки нефтяного сырья, характеризующееся тем, что оно содержит по меньшей мере два из трех взаимозаменяемых блоков: ультразвуковой блок, электромагнитный блок, магнитный блок, выполненных с возможностью соединения между собой в различной последовательности и расположенных между входной и выходной смесительными камерами, при этом ультразвуковой блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенными внутри волноводами-излучателями, передающими ультразвуковые колебания от магнитострикционных преобразователей в обрабатываемую среду, электромагнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов, представляющих собой металлические трубки, помещенные в протяженный соленоид, питаемый переменным током, магнитный блок представляет собой цилиндрический корпус с размещенным внутри каналом из трубок-активаторов, представляющих собой металлические трубки, помещенные в протяженный кольцевой постоянный магнит.1. The wave action device for the preparation of crude oil, characterized in that it contains at least two of three interchangeable blocks: an ultrasonic block, an electromagnetic block, a magnetic block, made with the possibility of connection between each other in different sequences and located between the input and output mixing cameras, while the ultrasonic unit is a cylindrical body with internally placed waveguides-emitters that transmit ultrasonic vibrations from magnetostrictive transducers to the medium being processed, the electromagnetic block is a cylindrical body with a channel placed inside of the activator tubes, which are metal tubes placed in an extended the solenoid powered by alternating current, the magnetic block is a cylindrical body with a channel placed from inside the activator tubes, which are metal tubes placed in an extended annular constant th magnet. 2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блоки соединены между собой посредством фланцев.2. The device according to claim 1, characterized in that the blocks are interconnected by means of flanges. 3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что смесительные камеры снабжены штуцерами для ввода реагента.3. The device according to claim 1, characterized in that the mixing chambers are equipped with fittings for introducing a reagent. 4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что волноводы-излучатели расположены перпендикулярно потоку движения обрабатываемой среды.4. The device according to claim 1, characterized in that the waveguides-emitters are located perpendicular to the flow of motion of the processed medium. 5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что кольцевой постоянный магнит состоит из восьми частей, размещенных вокруг металлической трубы.5. The device according to claim 1, characterized in that the annular permanent magnet consists of eight parts located around a metal pipe. 6. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что составные части кольцевого постоянного магнита представляют собой усеченные пирамиды с вершиной 45°.6. The device according to claim 5, characterized in that the components of the annular permanent magnet are truncated pyramids with a vertex of 45 °.

Images