专利名称：采油用磁热防蜡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油田釆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-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° C以上，而作为该类装置的主要部件一-.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(空心袖 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扞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。通常对于曰产液20方的含蜡油井，如果要较好的解决降粘问题，需用6 000w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、 安装繁瑣、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tf S 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K,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的材质简单的逸 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l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
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可解决前述缺点的采油用磁热防蜡装置，以 提高采油管内涡流的发热效率，阻止析蜡。为达到前述目的，本发明的技术方案是 一种采油用磁热防蜡装置，包括有套置并固定 于抽油杆上的发热管和紧贴油管内壁固定的磁体，所述发热管内壁嵌套有髙磁导率的金属 管，套置有发热管部分的抽油杆为中空结构。
其中，中空抽油杆套嵌于所述高磁导率的金属管内，该中空抽油杆两端通过肋条与常规 抽油杆固定连接。
其中，所述的磁体分层设置于油管内壁，相邻层磁体间的磁化方向呈"径向-轴向"交
错的Hal bach阵列分布。
其中，相邻磁体层之间设有填充材料。
其中，所述的磁体具体为钕铁硼磁钢。
其中，所述的磁体两端设置有磁轭，该磁轭将磁体紧固。
其中，所述的发热管由高电导率的铜、铜合金、铝或银的材质制成。
其中，该装置还包括有用于对抽油杆进行扶正的防偏扶正器，其设置于油管内，外壁紧
固于油管内壁。
其中，所述的发热管具体是通过两端的环状固定帽固定在中空抽油軒上的。 其中，所述的环状固定帽为镂空结构。
本发明通过将磁体采用Halbach阵列排布后，使磁力线的分布发生了质的变化发热管 和金属管侧需要发热涡流的区域磁通量明显增大，而油管一侧较为稀疏，从而提升了发热管 的发热效率.，本发明结构可改变磁力线分布状况，从而尽可能地提升了发热功率,，本发明"; 用于析蜡点以下的某位置，该位置通常离地面500-6G0米左右，其温度--般在45-55度之间 在该温度环境下，钕铁硼磁钢不会出现退磁现象，因此使用寿命长。
图l是已有的电磁加热防蜡装置的示意图2是本发明的结构示意图3是本发明的磁钢磁化方向示意图4是本发明的环状固定帽的结构示意图5是HALBACH充磁方式的磁力线的分布示意图6是本发明的防偏扶正器的结构示意图7是本发明的发热简连接结构示意图。
具体实施例方式
F面结合附图，对本发明进行详细描述。
如图2所示，本发明包括有固定于外管(加粗油管13)内壁的环型磁钢3和固定于中空 抽油杆4上的发热管6。由图可知，本发明的中空抽油杆4仅位于设置发热管部分的油管段。 中空抽油杆4通过肋条15与常规抽油杆(实心结构)8固定连接(可以是焊接).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的两端由环型磁轭2固定 磁轭2的作用是放置在磁体回路或两磁极中心、引导磁力线通过以减少磁通损失的高磁导率 材料，可以是软磁铁、纯铁或低碳钢。本发明中的磁钢3为钕铁硼磁钢，填充物14同时用 于在中空抽油杆4抽动过程中对这些磁钢进行保护，防止其碎裂。发热管6由铜、铜合金-铝、银或者其他具有高电导率(相对电导率大于60%，电导率越高越好)的材质制成，并固 定在中空抽油杆4上。紧贴发热管6的内壁嵌套有具有较高磁导率的金属管](),金属管10 可由导磁钢、铁、镍铁合金或者硅钢等高磁导率的材质制成。本发明对金属管l()的磁导率 要求大于IOOO即可。本领域技术人员应当理解，磁导率越大本发明的使用效果越好,.
环状固定帽9固定于发热管6的两端，通过环状固定帽9将发热管6、高磁导率的金属 管10同时固定在中空抽油杆4上。中空抽油杆4的内腔形成环形空间7，发热管6和磁钢3 之间形成环形空间5。如图4所示，环状固定帽9为镂空结构，其包括紧固发热管6的紧固 端90、抽油杆8紧固端93和连接该两紧固端的肋条91,肋条91之间形成镂空92,中空抽 油杆4与常规抽油杆8之间通过肋条15连接，因此环形空间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。为保证环形空间7内的液体流动不会受到阻碍.镂空92 的面积不小于环形空间7的截面面积。环形空间5同样也是过油空间。本发明环形空间5的 截面面积大于环形空间7的截面面积，以保证发热管6产生的热量能尽可能多地被原油带走。
在实际抽油过程中，为保证常规的过油面积不会因为本发明的使用而减小，固定设置/ 磁钢3的外管]3是经过加粗的油管。本发明的加粗油管]3同样也采用高磁导率的金属管， 而不是普通材质的油管。这种高磁导率的油管的材质可以是强度达到普通油管强度的磁导率 较高的其他金属管，如导磁钢管等。加粗油管13采用高磁导率的材质后，可减小磁路的磁 阻，同时起到屏蔽磁场的作用。
如图3所示，本发明的磁钢3为径向和轴向相结合充磁的磁化方式，每相邻两块之间的
磁化方向为轴向-径向交替，每相邻径向或轴向排布的磁钢磁化方向相对，即轴向排布的四
块磁钢形成一循环单元，即沿轴向上形成HALBACH永磁结构。如图5所示，这种HALBACH充
磁方式的结构使磁力线的分布发生了质的变化发热管6和高磁导率金属管IO恻需要发热
涡流的区域磁力线分布明显较密，而油管13 —侧的磁力线分布较为稀疏。这样不仅可以在轴向产生交替变化的磁场，而且比辐向磁化、轴向分块排列的磁钢结抅产生更高效的磁场. 在抽油过程中，当抽油机拉动常规抽油杆8上下移动时，中空抽油杆4将带动导电发热体6 和导电发热体6内层的金属管IO上下移动并切割固定于加粗油管13内壁的环型磁铜3所形 成的间隔磁场，从而导致发热管6和高磁导率金属管IO产生电涡流热，对流经的原油进行 力口热。
为保证空心抽油杆4正常工作，如图6所示，本发明还设置有对抽油杆8进行扶正的防 偏扶正器11,其内均布有扶正齿110。本发明的磁钢3的内直径略大于普通油管1的内径， 以保证磁钢在实际采油过程中不被磨损。防偏扶正器11与磁钢3 —起安装在加粗的油管1 内，扶正齿110形成的内径略大于发热管6的外径，防偏扶正器11可保证常规抽油杆8在 油管内的运动方向始终沿轴向。扶正齿110的多少可根据实际需要设定，但以不影响出油为 宜。
如图7所示，本发明的金属管IO可采用分段结构，金属管10的分段处由紧固件63包 覆并将其连接。发热管6具体为分段结构，由多个分段的发热体62组成，发热体62两端设 置有紧固保护头61，以将发热体62固定于金属管10的紧固件63之间。金属管10的分段处 设有间隙65:紧固件63与其相邻的紧固保护头61之间设有间隙64。间隙64可使发热管6 以略微松散的方式连接起来，使其有一定柔韧性，方便下井作业，也使其能在防偏磨扶正器 ll的控制下微量运动，从而减少发热管6运动过程中被磨损。本发明中的金属管IO也是发 热源之一，在抽油杆运动过程中，金属管10也将产生部分涡流热并发热，其与发热管6 —起 构成本发明的发热总体。
如图2所示，本发明加粗油管和普通油管之间通过过渡油管12连接。过渡油管12较普 通油管1粗、比加粗油管13略细，以保证加装了发热管6的中空抽油杆8的上下行程始终 都在加粗的油管13、以及加粗的油管13两端的过渡油管12组成的空间内，同时，过渡油管 12加粗也是为了保证过流面积的稳定。
本发明的发热管6嵌套在具有高磁导率的金属管10上，金属管IO用来改变磁力线的路 径-使尽可能多的磁力线垂直于发热管6的轴向切面，这样可保证发热管6上的轴向和切向 磁力线分量达到最小，同时减少了磁力线漏失，降低了环路磁阻，从而大幅度的提高同等条 件下发热管6的涡电流。使用时，通过抽油机的往复运动把机械能尽可能多地转化为电能. 并直接产生涡流热。
为了提升本发明的发热效率，在发热管6内壁还增设了导磁金属管10,可减少了磁路的 磁阻，使磁场的磁力线明显比未使用导磁金属管10的磁力线更加垂直于竖直放置的发热管6 的切向，因此其发热的效率会极大提高。本发明中的导磁金属管IO相当于发电机中的铁芯。
通过模拟试验验证，本发明的发热效率是普通磁热防蜡装置的发热效率的3-5倍' 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围,.
权利要求
1. 一种采油用磁热防蜡装置，包括有套置并固定于抽油杆上的发热管和紧贴油管内壁固定的磁体，所述发热管内壁嵌套有高磁导率的金属管，其特征在于，套置有发热管部分的抽油杆为中空结构。
2、 根据权利要求1所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，中空抽油杆套嵌于所述 高磁导率的金属管内，该中空抽油杆两端通过肋条与常规抽油扞固定连接。
3、 根据权利要求1或2所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的磁体分层设 置于油管内壁，相邻层磁体间的磁化方向呈"径向-轴向"交错的Hal bach阵列分布。
4、 根据权利要求3所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，相邻磁体层之间设有填 充材料。
5、 根据权利要求3所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的磁体具体为钕铁 硼磁钢。
6、 根据权利要求3所述的釆油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的磁体两端设置有 磁轭，该磁轭将磁体紧固。
7、 根据权利要求3所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的发热管由高电f卜 率的铜、铜合金、铝或银的材质制成。
8、 根据权利要求3所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，该装置还包括有用于对 抽油杆进行扶正的防偏扶正器，其设置于油管内，外壁紧固于油管内壁。
9、 根据权利要求3所述的釆油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的发热管具体是通 过两端的环状固定帽固定在中空抽油杆上的。
10、 根据权利要求9所述的采油用磁热防蜡装置，其特征在于，所述的环状固定帽为镂 空结构。
全文摘要
本发明公开了一种采油用磁热防蜡装置，包括有套置并固定于抽油杆上的发热管和紧贴油管内壁固定的磁体，所述发热管内壁嵌套有高磁导率的金属管，套置有发热管部分的抽油杆为中空结构。本发明通过将磁体采用Halbach阵列排布后，使磁力线的分布发生了质的变化发热管和金属管侧需要发热涡流的区域磁通量明显增大，而油管一侧较为稀疏，从而提升了发热管的发热效率。本发明结构可改变磁力线分布状况，从而尽可能地提升了发热功率。
文档编号E21B37/00GK101205804SQ200610170618
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者张国成 申请人:张国成