способ обезвоживания углеводородного сырья и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания углеводородного сырья, включающий высокочастотную магнитную обработку углеводородного сырья сигналом в формируемом им магнитном поле, отличающийся тем, что формируют импульсное магнитное поле, а управление процессом обработки углеводородного сырья осуществляют путем изменения частоты и амплитуды импульсов в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья.

2. Способ обезвоживания углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что импульсное магнитное поле формируют вдоль вектора поступательного движения потока.

3. Способ обезвоживания углеводородного сырья по п.1, отличающийся тем, что обработку проводят в трубе скважины непосредственно в процессе добычи.

4. Устройство для обезвоживания углеводородного сырья, включающее индуктор в виде однослойной катушки, размещенной на каркасе из немагнитного материала, с плоским ферромагнитным сердечником в форме шнека внутри катушки, генератор импульсов, состоящий из высоковольтного разрядника, блока конденсаторов переменной емкости, выпрямителя напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразователя напряжения, системы управления, и анализатор с чувствительным элементом для определения обводненности углеводородного сырья, закрепленным на каркасе индуктора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобыче и нефтепереработке и может быть использовано при добыче, сборе и подготовке нефти на промыслах в процессе глубокого обезвоживания углеводородного сырья.

Известен способ магнитной обработки жидкости и устройство для его осуществления [патент № 2311942, МПК B01D 17/06, опубл. 10.12.2007], заключающийся в том, что магнитную обработку ведут в одну или несколько ступеней. Перед каждой ступенью из трубопровода предварительно удаляют свободный газ и выделившуюся воду. Устройство для магнитной обработки жидкости включает электромагнит в виде обмотки на корпусе из диамагнитного материала, блок питания и управления. В корпусе каждого электромагнита перед его обмоткой установлены патрубки для отвода свободного газа и выделившейся воды из нефтяной эмульсии. Недостатками способа являются дополнительные временные затраты в связи с необходимостью предварительного экспериментального подбора режима для конкретного объекта. Недостатком устройства является сложность осуществления его монтажа.

Известен способ обезвоживания и обессоливания нефти [патент № 2160762, МПК C10G 33/00, опубл. 20.12.2000], заключающийся в высокочастотной магнитной обработке нефти сигналом в формируемом им магнитном поле. Сигнал формируют с набором спектральных компонент как результирующий сигнал системы не менее трех источников СВЧ суммированием их выходных сигналов и управлением взаимной связью между ними. Недостатком способа является ограничение его применения границами обводненность нефти не более 10%, что делает невозможным применение его на большинстве месторождений, где обводненность может достигать значения до 90%. Способ предусматривает предварительный подбор значений интегральной мощности экспериментальным путем для каждого типа обрабатываемого образца углеводородного сырья, что требует дополнительных ресурсов. Кроме того, способ невозможно применять непосредственно в процессе добычи углеводородного сырья в скважине. Таким образом, ограниченные функциональные возможности способа отражаются на эффективности обезвоживания добываемого углеводородного сырья. Данное техническое решение принято за прототип способа.

Известно устройство [а.с. № 191728, МПК С10, опубл. 26.01.1967] для разрушения нефтяных эмульсий при помощи переменного магнитного поля, состоящее из рабочей камеры с рубашкой, на корпус которой надеты электромагнитные катушки, снабженной шнековым завихрителем. Недостатком этого устройства является невозможность его расположения непосредственно внутри трубы в скважине, отсутствие возможности управления частотой и величиной тока в зависимости от обводненности углеводородного сырья и, как следствие этого, снижение эффективности обезвоживания и качества углеводородного сырья.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является повышение качества добываемого углеводородного сырья и эффективности его обезвоживания при минимальных энергетических, временных и аппаратных затратах.

Техническим результатом группы изобретений является эффективное обезвоживание углеводородного сырья в непрерывном потоке с помощью создания условий для управляемого ускоренного разделения фаз нефть-вода непосредственно в процессе добычи.

Поставленная задача решается способом обезвоживания углеводородного сырья, включающим высокочастотную магнитную обработку углеводородного сырья сигналом в формируемом им магнитном поле, в котором в отличие от прототипа формируют импульсное магнитное поле, а управление процессом обработки углеводородного сырья осуществляют путем изменения частоты и амплитуды импульсов в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья.

Согласно изобретению импульсное магнитное поле формируют вдоль вектора поступательного движения потока.

Согласно изобретению обработку проводят в трубе скважины непосредственно в процессе добычи.

Поставленная задача решается также устройством для обезвоживания углеводородного сырья, включающим индуктор в виде однослойной катушки, размещенной на каркасе из немагнитного материала, с плоским ферромагнитным сердечником в форме шнека внутри катушки, генератор импульсов, состоящий из высоковольтного разрядника, блока конденсаторов переменной емкости, выпрямителя напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразователя напряжения, системы управления, и анализатор с чувствительным элементом для определения обводненности углеводородного сырья, закрепленным на каркасе индуктора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема устройства для обезвоживания углеводородного сырья.

Устройство содержит индуктор 1, размещенный в трубе 2, генератор импульсов 3 и анализатор 4 с чувствительным элементом для определения обводненности углеводородного сырья 5. Индуктор 1 в виде однослойной катушки выполнен на каркасе из немагнитного материала (не показан). На этом же каркасе находится чувствительный элемент 5 анализатора 4 в виде катушки индуктивности. Внутрь индуктора 1 помещен плоский ферромагнитный сердечник в форме шнека 6. Индуктор 1 электрически соединен с генератором импульсов 3, который включает в себя высоковольтный разрядник 7, соединенный с индуктором 1, блок конденсаторов переменной емкости 8, соединенный с индуктором 1 и с разрядником 7, выпрямитель напряжения 9, связанный с блоком конденсаторов 8, высоковольтный трансформатор 10, вторичная обмотка W₂ которого соединена с выпрямителем напряжения 9, преобразователь напряжения 11, связанный с первичной обмоткой W₁ высоковольтного трансформатора 10, и систему управления 12, первым выходом которая соединена с преобразователем напряжения 11, вторым выходом - с блоком конденсаторов 8, а входом - с анализатором 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Добываемое в скважине углеводородное сырье выкачивается из пласта на поверхность, проходит по трубе 2 через размещенный в ней индуктор 1 и подвергается воздействию импульсного магнитного поля индуктора 1. После включения (подачи электропитания) устройства запускается чувствительный элемент 5 анализатора 4 для определения степени обводненности добываемого углеводородного сырья. Чувствительный элемент 5 анализатора 4 представляет собой катушку индуктивности, находящуюся на каркасе индуктора 1, питающуюся переменным током заданной частоты от анализатора 4. Ток в цепи катушки индуктивности и соответственно потери энергии P_a в катушке зависят от степени обводненности углеводородного сырья и являются информационными параметрами для формирования сигнала, который подается с анализатора 4 в систему управления 12. В зависимости от этого сигнала в системе управления 12 формируется команда управления, которая корректирует величину тока, длительность разряда и периодичность последующих разрядов для передачи на индуктор. С первого выхода системы управления 12 на преобразователь напряжения 11 подается управляющий сигнал, корректирующий напряжение на первичной обмотке W₁ высоковольтного трансформатора 10. Высокое напряжение с вторичной обмотки W₂ подается через выпрямитель напряжения 9 на блок конденсаторов 8. Со второго выхода системы управления 12 на блок конденсаторов 8 подается управляющий сигнал, изменяющий энергию разряда путем подключения необходимого количества конденсаторов. После полной зарядки подключенных конденсаторов происходит пробой в высоковольтном разряднике 7, и далее в индукторе 1 формируется импульсное магнитное поле, которое непосредственно воздействует на протекающее по трубе 2 углеводородное сырье. Таким образом, изменение величины напряжения и соответственно изменение величины тока на чувствительном элементе 5 анализатора 4 в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья являются основой для формирования импульсного магнитного поля индуктора 1, вызывающего обезвоживание обрабатываемого углеводородного сырья. Для усиления эффекта обезвоживания углеводородного сырья в индукторе 1 закреплен плоский ферромагнитный сердечник в форме шнека 6. Режимы работы устройства для обезвоживания углеводородного сырья различаются по количеству подключенных в цепь конденсаторов в блоке 8 в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья. При высокой степени обводненности напряженность поля падает по причине поглощения электромагнитного поля (возникновения токов Фуко) индуктора 1 водной частью углеводородного сырья. С целью повышения эффективности работы и поддержания эффективного уровня обезвоживания производится корректировка энергии разряда в контуре разрядника 7. В результате в зоне индуктора 1 поддерживается наиболее эффективное для данного уровня обводненности углеводородного сырья электромагнитное поле. Режим воздействия на углеводородное сырье выбирается в соответствии с полученным на анализатор 4 значением потери энергии Р_а с чувствительного элемента анализатора 5 следующим образом.

Потери энергии в чувствительном элементе 5 на вихревые токи, возникающие в водной части углеводородного сырья, определяются по известной формуле [Электротехника: Учебно-методический комплекс. / И.М. Коголь, Г.П. Дубовицкий, В.Н. Бородянко, В.С. Гун, Н.В. Клиначев, В.В. Крымский, А.Я. Эргард, В.А. Яковлев; Под редакцией Н.В. Клиначева. - Offline версия 2.2. - Челябинск, 2008]:

,

где k_в - коэффициент, определяемый экспериментально;

f_a - частота воздействия;

B_m - максимальная магнитная индукция;

d - толщина листа электротехнической стали сердечника;

- удельное сопротивление материала сердечника.

В роли сердечника в чувствительном элементе 5 выступают глобулы воды, содержащиеся в углеводородном сырье. Поэтому потери энергии, которая поглощается глобулами воды углеводородного сырья, рассчитывают, принимая величины d и как средний диаметр капель воды в углеводородном сырье и удельное сопротивление воды с растворенными в ней солями соответственно.

После того как чувствительный элемент 5 анализатора 4 начинают питать током от анализатора 4 с заданной частотой f_a, анализатором 4 считываются потери энергии Р _а, возникающие при прохождении тока через чувствительный элемент 5. Для заданной частоты f_a 1 кГц и тока 1А замеряемые анализатором 4 потери энергии будут указывать на процент обводненности углеводородного сырья, проходящего по трубе 2 через чувствительный элемент 5 анализатора 4. Согласно проведенным исследованиям:

1) при Р_а от 0,001 до 0,22106 минимальное содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 1 до 15% от общего объема сырья, выбирается режим работы с одним включенным в цепь конденсатором (С1);

2) при Р_а от 0,22106 до 0,3509 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 16 до 30% от общего объема сырья, выбирается режим работы с двумя включенными в цепь конденсаторами (С1+С2);

3) при P_a от 0,3509 до 0,55703 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 31 до 60% от общего объема сырья, выбирается режим работы с тремя включенными в цепь конденсаторами (С1+С2+С3);

4) при P_a от 0,55703 до 0,7778 содержание воды в углеводородном сырье находится в диапазоне от 61 до 99% от общего объема сырья, выбирается режим работы с четырьмя включенными в цепь конденсаторами (C1+С2+С3+С4).

В зависимости от количества подключенных в цепь конденсаторов блока конденсаторов 8 изменяется частота и амплитуда импульсов подаваемого на индуктор 1 сигнала и осуществляется управление процессом обработки в зависимости от степени обводненности поступающего в трубу 2 углеводородного сырья.

Примеры конкретного выполнения

1. В качестве углеводородного сырья использовалась эмульсия Бариновско-Лебяжинского месторождения (УПСВ Утевская, скв. № 8) обводненностью 60% от общего объема сырья. Сырье обрабатывалось предложенными способом и устройством. В результате опытов было выявлено, что наиболее эффективное обезвоживание углеводородного сырья происходит в режиме работы трех конденсаторов (С1+С2+С3) при указанном значении обводненности и составило 61,1% от общего объема содержащейся в углеводородном сырье воды.

2. В качестве углеводородного сырья использовалась эмульсия Боровского месторождения обводненностью 30% от общего объема сырья. Сырье обрабатывалось предложенными способом и устройством. В результате опытов было выявлено, что наиболее эффективное обезвоживание углеводородного сырья происходит в режиме работы двух конденсаторов (С1+С2) при указанном значении обводненности и составило 77% от общего объема содержащейся в углеводородном сырье воды.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано способов обезвоживания углеводородного сырья, позволяющего с минимальными временными и энергетическими затратами и минимальным аппаратным вмешательством осуществить отделение воды в процессе добычи непосредственно в скважине, не нарушая и не прерывая его.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений реализуема практически и обладает следующими преимуществами.

1. Способ позволяет осуществить выбор режима воздействия в зависимости от степени обводненности углеводородного сырья непосредственно в процессе его добычи.

2. Устройство для обезвоживания углеводородного сырья обладает возможностью формирования импульсного магнитного поля с различными параметрами в автоматическом режиме посредством системы управления.

3. Размещение индуктора непосредственно в потоке углеводородного сырья позволяет существенно повысить эффективность процесса обезвоживания углеводородного сырья в связи с увеличением интенсивности воздействия.

Предлагаемая группа изобретений обеспечивает эффективное обезвоживание углеводородного сырья в непрерывном потоке с помощью создания условий для управляемого ускоренного разделения фаз нефть-вода непосредственно в процессе добычи.