磁场产生装置 |
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| 申请号 | CN201510014537.8 | 申请日 | 2015-01-12 | 公开(公告)号 | CN104563965A | 公开(公告)日 | 2015-04-29 |
| 申请人 | 中国科学院大学; | 发明人 | 王晓东; 廖艳飞; 王勃; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 磁场 产生装置，所述磁场产生装置包括：多个小磁 块 ；所述小磁块顺序排列为闭合圆环的磁场单元排布在油管内壁上；或者所述小磁块按照一定的 螺旋 角 螺旋排布在油管内壁上；所述小磁块产生空间分布的螺旋磁场，当石油在所述油管内经过所述螺旋磁场时， 原油 的物性发生改变，减小蜡的粘性。本发明磁场产生装置基于磁魔环空间布置的磁防蜡结构，利用特殊磁化方向的小磁块经组合和堆砌产生空间分布的螺旋磁场，当石油通过具有特定分布和强度的磁场时，原油的物性发生改变，达到降粘防蜡的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁场产生装置，其特征在于，所述磁场产生装置包括：多个小磁块； |
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| 说明书全文 | 磁场产生装置技术领域[0001] 本发明涉及一种磁场产生装置，尤其涉及一种用于油通道上防止结蜡的磁场产生装置。 背景技术[0002] 原油是成份复杂的各种烃的混合物，一些油田的原油在开采过程中，随着原油的温度和压力的降低，极易形成蜡晶，粘附在油管壁上，随着工作时间的延长，蜡层增厚，造成油管的堵塞，通常采用定期洗井的方法予以清除，这不仅耽误了日常生产，还增加了生产成本。 [0003] 目前，磁防蜡技术是使用较多的防蜡技术之一。原油是一种抗磁性物质，当原油以一定的流速经过特定的磁场，磁场可对原油具有一定的作用，使其一些化学物理性质发生改变,阻止蜡晶的形成,从而达到降粘防蜡的目的，磁效应防蜡就是基于这个原理。 [0004] 由磁场产生方式的不同，磁防蜡器主要分为永磁式(使用永磁体产生磁场)和电磁式(使用电磁线圈产生磁场)两种。电磁式防蜡装置因电路的井下安装，操作维护，以及电能消耗等制约因素，很难达到预期的防蜡效果。 [0005] 现有的稀土永磁防蜡防垢装置的内芯管与外管内交替排列的高强稀土永磁体组成环形多极磁场，外管外套磁屏蔽管。中国专利CN202667203U磁场是由具有一定弧度的瓦型的稀土永磁体交错排列，且在径向形成一个完整的环形磁场，但其缺点是，在轴向上大部分空间上磁场的强度不是很高，磁场结构较为复杂，由于内芯管随抽油杆一起作运动，抽油杆负荷增大，此外，对于较脆的永磁材料来说，往复运动也容易引起机械失效。 发明内容[0006] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种磁场产生装置，基于磁魔环空间布置的磁防蜡结构，利用特殊磁化方向的小磁块经组合和堆砌产生空间分布的螺旋磁场，当石油通过具有特定分布和强度的磁场时，原油的物性发生改变，降粘防蜡。 [0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种磁场产生装置，所述磁场产生装置包括：多个小磁块； [0009] 所述小磁块产生空间分布的螺旋磁场，当石油在所述油管内经过所述螺旋磁场时，原油的物性发生改变，减小蜡的粘性。 [0010] 进一步的，所述磁场单元为至少一个。 [0011] 进一步的，所述小磁块顺时针或者逆时针排列。 [0012] 进一步的，所述小磁块为扇形。 [0013] 进一步的，所述小磁块之间为粘接连接或机械固定。 [0014] 进一步的，所述小磁块为永磁体。 [0015] 本发明磁场产生装置基于磁魔环空间布置的磁防蜡结构，利用特殊磁化方向的小磁块经组合和堆砌产生空间分布的螺旋磁场，当石油通过具有特定分布和强度的磁场时，原油的物性发生改变，达到降粘防蜡的效果。附图说明 [0016] 图1为本发明磁场产生装置实施例一的示意图； [0017] 图2是本发明磁场产生装置的小磁块的磁化方向示意图； [0018] 图3为本发明磁场产生装置实施例一每个磁场单元中各小磁块的磁化方向的结构示意图 [0019] 图4是本发明磁场产生装置实施例一的磁感应强度沿轴向的分布图； [0020] 图5是本发明磁场产生装置实施例一中磁力线分布图之一； [0021] 图6是本发明磁场产生装置实施例一中磁力线分布图之二； [0022] 图7是本发明磁场产生装置实施例一中磁场体截面的磁感应强度的灰度分布图； [0023] 图8为本发明磁场产生装置实施例二的示意图； [0024] 图9为本发明磁场产生装置实施例二每个磁场单元中各小磁块的磁化方向的结构示意图； [0025] 图10是本发明磁场产生装置实施例二的磁感应强度沿轴向的分布图； [0026] 图11是本发明磁场产生装置实施例二中磁力线分布图之一； [0027] 图12是本发明磁场产生装置实施例二中磁力线分布图之二； [0028] 图13是本发明磁场产生装置实施例二中磁场体截面的磁感应强度的灰度分布图。 具体实施方式[0029] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 [0030] 图1为本发明磁场产生装置实施例一的示意图，如图所示，本实施例的磁场产生装置包括多个小磁块1。 [0031] 小磁块1顺序排列为闭合圆环的磁场单元排布在油管内壁上。磁场单元上的小磁块可以为顺时针排列，或者逆时针排列。 [0032] 具体的，小磁块为扇形永磁体，在周向上由多块(设为n块)小磁块围绕而成，共有n种磁化方向。以某一小磁块(例如1号小磁块)为起点，顺时针或逆时针编号，则磁化方向从第1块小磁块到第n块小磁块每两块之间按顺时针或逆时针旋转360°/n。 [0033] 上述n块小磁体按序号顺时针或逆时针用特种胶粘接首尾连接形成一个闭合圆环作为磁场单元。 [0034] 多个磁场单元(设为m个)用特种胶轴向同轴安装在油管内壁上，相邻两个磁场单元之间的间距为l，由磁场单元制得的磁场体，磁场的导程为mh+(m-1)l。 [0036] 图2是本发明磁场产生装置的小磁块的磁化方向示意图，周向由12块永磁体小磁块围绕而成，共有12种磁化方向。如图所示，1号小磁块的磁化方向为水平向右，磁化方向从1号小磁块到12号小磁块顺时针依次旋转π/6。 [0037] 每一个磁场单元中12个小磁体按序号顺时针用特种胶首尾连接形成一个闭合圆环，本实施例中共四组磁体单元，如图1所示，即A1、A2、A3和A4。图3为本发明磁场产生装置实施例一每个磁场单元中各小磁块的磁化方向的结构示意图。 [0038] 如图1所示，四组磁体单元依次旋转0、π/2、π、3π/2，相邻磁体单元在轴向上间距为20mm，螺旋磁场体A的磁场导程为140mm。 [0039] 将上述磁场体同轴安装在油管内壁上。 [0040] 图4是本发明磁场产生装置实施例一的磁感应强度沿轴向的分布图。当钕铁硼永磁材料的B＝1T时。图4是本发明磁场产生装置实施例一的磁感应强度沿轴向的分布图，图中为y＝0mm，x＝-50mm磁感应强度沿轴向的分布图，其中轴向分量Bz和径向分量Br的幅值都很大，方位角分量Bt的幅值也较大，且磁场梯度均较大。Bz的幅值可达100mT，Br的幅值可达120mT，磁感应强度B在任何高度都高于70mT。 [0041] 图5是本发明磁场产生装置实施例一中磁力线分布图之一，图6是本发明磁场产生装置实施例一中磁力线分布图之二。图5是螺旋磁场体A在y＝0mmxz截面上的磁力线分布图，图6是螺旋磁场体A在x＝0mm yz截面上磁力线分布图。 [0042] 图7是本发明磁场产生装置实施例一中磁场体截面的磁感应强度的灰度分布图，中间较为均一的颜色表明中心处的磁场分布较均匀。最大磁感应强度可达131mT，且不低于34.7mT。 [0043] 可按照图1所示的结构在轴向上进行周期性的重复摆放，例如，采用A-1,A-2,A-3,A-4,A-1,…的顺序在过油通道上进行堆砌。使其布满在油管的易结蜡区域，产生空间分布的螺旋磁场，当石油在所述油管内经过所述螺旋磁场时，原油的物性发生改变，减小蜡的粘性，达到充分地降粘防蜡效果。 [0044] 图8为本发明磁场产生装置实施例二的示意图，如图所示，本实施例的磁场产生装置包括多个小磁块1。小磁块1按照一定的螺旋角螺旋排布在油管内壁上。 [0045] 具体的，小磁块为扇形永磁体，在周向上由多块(设为n块)小磁块围绕而成，共有n种磁化方向。以某一小磁块(例如1号小磁块)为起点，顺时针或逆时针编号，则磁化方向从第1块小磁块到第n块小磁块每两块之间按顺时针或逆时针旋转360°/n。 [0046] 相邻两个小磁块沿逆时针或顺时针方向依次错开一定的水平角α(以弧度计)，使组成的螺旋磁场的升角为β(以弧度计)，若小磁块围成的圆环的厚度为h，名义半径为R，则有α＝arctan(h/(βR))。 [0047] 由逆时针或顺时针方向的小磁块形成的磁场体单元，磁场的导程为mnh+(m-1)l。相邻磁体单元顺时针或逆时针旋转一定角度θ(以弧度计)，为了获得更大的磁场梯度，优先选择θ＝2π/m。 [0048] 为了得到更强的磁场，可以将磁场体在周向上均匀布置1-4个。 [0049] 两种螺旋磁场体布置方式在空间上都具有“螺旋”特征，都使得过油通道上的磁感应强度幅值和梯度较大，利于起到防蜡作用。 [0050] 再如图8所示，本实施例包括2个磁场单元，分别为B1、B2。其中B1是相邻两个永磁体小磁块沿顺时针方向依次错开一定的水平角π/6，并在轴向高度上上升一个小磁块的厚度20mm；B-2是相邻两个永磁体小磁块沿顺时针方向依次错开一定的水平角π/6，并在轴向高度上下降一个小磁块厚度20mm。 [0051] 如图8所示，螺旋磁场体B中两个磁体单元B1和B2，以B1为基准，B2则旋转π/2，并且两磁体单元轴向间距为20mm，螺旋磁场体B的磁场导程为500mm。图9为本发明磁场产生装置实施例二每个磁场单元中各小磁块的磁化方向的结构示意图。将上述磁场体同轴安装在油管内壁上。 [0052] 图10是本发明磁场产生装置实施例二的磁感应强度沿轴向的分布图。当钕铁硼永磁材料的B＝1T时，图10是本实施例螺旋磁场体B中x＝0mm，y＝-50mm磁感应强度沿轴向的分布，其中径向分量Br的幅值很大，接近90mT，且各个方向的磁场分量的梯度都较大。 [0053] 图11是本发明磁场产生装置实施例二中磁力线分布图之一，图12是本发明磁场产生装置实施例二中磁力线分布图之二。图11是实施例二螺旋磁场体在y＝0mm xz截面上的磁力线分布图，图12是实施例二螺旋磁场体中x＝0mmyz截面上的磁力线分布图。 [0054] 螺旋磁场体中心处的磁感应强度都很大，对于油路截面半径较大甚至大于20mm的场合仍有足够强的磁场，可对原油进行充分的磁处理。 [0055] 图13是本发明磁场产生装置实施例二中磁场体截面的磁感应强度的灰度分布图，中间较为均一的颜色表明中心处的磁场分布较均匀。最大磁感应强度可达90.4mT。 [0056] 对于实施例二，磁感应强度总体上较实施例一低一些，这是因为同一高度上实施例二的螺旋磁场体中在周向上只有一块小磁块，而对于实施例一的螺旋磁场体而言则有12块。 [0057] 可按照图9所示的结构在轴向上进行周期性的重复摆放，例如，采用B-1,B-2,B-1,…的顺序在过油通道上进行堆砌。使其布满在油管的易结蜡区域，产生空间分布的螺旋磁场，当石油在所述油管内经过所述螺旋磁场时，原油的物性发生改变，减小蜡的粘性，达到充分地降粘防蜡效果。 [0058] 本发明磁场产生装置具有以下优点： [0059] (1)本发明提出的基于磁魔环螺旋磁场的磁防蜡结构，其中的小磁块磁化方向采用磁魔环结构的，所制得的磁场单元在工作区间的磁感应强度更大对经过的原油进行更好优的磁处理； [0060] (2)本发明提出的基于磁魔环螺旋磁场的磁防蜡结构，所制得的磁场单元的漏磁场极小，有效的利用了磁场； [0061] (3)本发明提出的基于磁魔环螺旋磁场的磁防蜡结构，其中的小磁块磁化方向采用了磁魔环结构，径向上的磁场均匀度高，不受油管横截面的大小所限，可以允许单位时间内磁处理更多的原油。 [0062] (4)本发明提出的基于磁魔环螺旋磁场的磁防蜡结构，特殊设计的旋转磁场体，可以获得轴向上更大的磁场梯度。 [0063] 本发明的上述特点和优点，保证了采用本发明装置的磁防蜡技术能高效预防油管、油井内的结蜡问题。 [0064] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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