变频变幅式电磁防蜡防垢降粘装置

HWSP-FLQ变频变幅式电磁防蜡降粘器油井用电磁防蜡器是依据磁防蜡理论设计的一种电磁发生设备，将其连接在井口管线，整个油管作为电磁线圈铁芯的一部分，从而将磁场传导作用到整个管柱上，因具有良好的防蜡降粘效果而广泛地应用于油田。通过调研及现场测试，目前现场在用的电磁防蜡器在技术上实现了磁防蜡理论的某一方面，表现在工作频率固定、磁场强度固定、磁场形式单一，这导致其对油井井液物性的适应性差，影响了防蜡降粘的效果；另外为防止过热损坏，很多防蜡器的工作电流很小，磁场强度低，工作时表面温度很低，严重制约了防蜡效果的发挥。为此，总结以往各种电磁防蜡器现场应用中存在的主要问题，并进一步结合磁防蜡理论，即电磁共振理论、DLVO理论、磁致分子排列取向理论等电磁防蜡的机理，设计研发了HWSP-FLQ型变频变幅式电磁防蜡降粘器，在技术上更贴近和诠释了电磁防蜡的基础理论，同时植入了一套严谨的温度控制方案，使防蜡器能连续工作的时间最大化并防止防蜡器过热损坏，从而提高防蜡降粘的效果及其工作的可靠性。一、HWSP-FLQ型变频变幅式电磁防蜡降粘器的主要设计依据该电磁防蜡降粘器的总体技术方案主要是基于电磁防蜡的机理、油井液的物性参数以及现场应用的防蜡器存在的问题而确定形成的。（1）具有两种磁场形式磁致分子取向排列论认为磁场可使原油中的石蜡分子作有序的流动而避免沉积。磁感应共振论强调原油中的石蜡分子与交变电磁场产生感应共振，导致分子振动增强，分子之间的相互作用力减弱，进而导致蜡质的聚集状态改变，所结成的晶体破碎而弥散。基于上述理论，研制的电磁防蜡降粘器，要能够产生一定频率的直流脉冲电磁场和交变电磁场。（2）采用有利于防蜡效果的磁场位形线圈结构磁致分子取向排列论认为磁场使原油中的石蜡分子作有序的流动而避免沉积，这要求电磁防蜡降粘器能产生有利于这种有序流动的磁场位形。基于上述理论，研制的电磁防蜡器要采用均匀型线圈结构，这种结构的线圈将漆包铜线分若干层缠绕，在管道中形成水平磁场，有利于避免蜡质沉积。如图1所示。（3）在结构尺寸确定的前提下，磁场强度要最大化。DLVO理论强调在外磁场作用下，蜡晶胶粒间的范德华引力势能的增加使晶粒的位能可以越过势垒，导致部分蜡晶胶粒可以在势能的第二最小值处集结，从而使蜡晶呈疏松的网状结构，以及作为石蜡溶液的轻质馏分比例相对增高，这使得石油粘度降低、石蜡不容易沉积。如图2所示，磁场强度对粘度的影响。基于上述理论，研制的电磁防蜡降粘器的磁场强在结构尺寸确定、保证不过热损坏的前提条件下，要越大越好，而且可对其进行调节。图1磁场位形图2磁场强度与粘度关系（4）采用较高的磁场频率研究表明在以直流电磁场作为处理磁场时，磁处理次数是一个很关键的因素。而且磁感应共振论要求所设计的电磁防蜡降粘器要能够提供较高频率的磁场。如图3所示，磁场频率对原油粘度的影响。基于上述理论，研制的电磁防蜡降粘器，要能够产生较高频率的直流脉冲电磁场和交变电磁场。（5）采用自动扫频变频变幅工作方式由于井液的物性、组分，油井采出液中的石蜡成分主要为C16H34---C63H128的正构烷烃成分，不是单一的成分。不同分子量的成分产生极化、共振的磁场强度和磁场频率是不同的，油井液的这一特点决定了单一固定频率的电磁防蜡器的现场适应性差，也就影响了防蜡降粘的效果。基于上述理论，研制的电磁防蜡器要能够在一定的频率范围内，自动变频变幅工作，以适应井液中大多数的石蜡组分，从而才能保证对各种井液组分都具有良好的防蜡降粘效果。根据以上电磁防蜡的机理和原油的物性参数特点，我们研制的电磁防蜡降粘器要可以产生不同强度和频率的直流脉动磁场和交变磁场，并可以自动变频变幅工作，才能有效达到防蜡降粘的效果。HWSP-FLQ型变频变幅式电磁防蜡降粘器就是依据上述电磁防蜡机理而研发设计的，在设计上完全实现了产生上述电磁场的工作模式，现场应用取得了较好的防蜡降粘效果。二、HWSP-FLQ型变频变幅电磁防蜡降粘器的主要功能特点及技术参数图3磁场频率与粘度关系1、主要功能特点（技术优势）（一）技术上全面实现电磁防蜡机理，具有良好的防蜡降粘效果和适应性。（1）多种工作模式，克服了磁场形式单一的问题，形成了多种磁场形式：直流脉冲、交流脉冲、直流脉冲扫频、交流脉冲扫频。而以往的电磁防蜡器制造完成后都为单一工作模式，适应能力差。（2）励磁频率可调，克服了以往电磁防蜡器100Hz固定单一频率的问题。在直流脉冲或交流脉冲工作模式下，励磁频率可在50-1000Hz范围内任意设定。（3）励磁电流可调，克服了其他电磁防蜡器励磁电流固定的问题。在直流脉冲或交流脉冲工作模式下，励磁最大电流范围可以在1—5A之间选择，并保证防蜡器不产生过热损坏、稳定可靠工作。以往的一些电磁防蜡器，为了防止过热、延长其工作寿命，设计励磁电流很小，工作时表面温度很低，防蜡效果相应大打折扣。（4）自动变频变幅功能。在扫频工作模式下，励磁电流和励磁频率自动调整，在使用简便的同时，更适应井液多组分的特点。而以往防蜡器为100Hz单一固定频率，工作频率、工作电流等励磁参数固定不变。（5）在结构尺寸固定的前提下，防蜡器主体电磁发生器设计耐温等级为H级绝缘强度，最高耐温180℃，可保证防蜡器能在高温条件下长期稳定工作，防止温度升高时绝缘强度降低导致的线圈匝间击穿等故障。（6）温度检测控制功能，更适用于低产井和间抽井。根据防蜡器工作时的温度自动调整防蜡器的励磁电流，温度越高防蜡器的图4HWSP-FLQ型变频变幅电磁防蜡降粘器工作电流自动调节的越小，防止防蜡器过热损坏。该功能尤其适用于低产井和间抽井的防蜡降粘。低产井由于流速低，井液在流动过程中更容易产生结蜡；而间抽井在停抽期间，井液中的蜡质成分也更容易沉积在管柱杆柱上，导致举升设备启动困难。因此，低产井和间抽井更需要防蜡器始终处于工作状态。由于井液少或无井液流过防蜡器内管，防蜡器的散热条件变差，容易导致防蜡器过热损坏。以往防蜡器为解决这一问题采取的一个措施是降低防蜡器设计的工作电流，这严重制约了防蜡效果的发挥；另一个措施是停抽期间使防蜡器也停止工作，导致防蜡器在停抽期间无防蜡降粘作用，而停抽期间正是最容易产生蜡质沉积的时候。（二）防蜡降粘的同时，由于电磁场工作频率范围的扩大，理论上对垢成份的分子也在一定程度上产生了极化共振作用，使设备也具有一定的防结垢作用。2、主要技术参数励磁最大电流：1----5A功率变化范围：200---500W频率调整范围：50---1000Hz适应环境温度：-40℃----80℃通径：DN50额定工作压力：6Mpa安装连接方式：卡箍接头或法兰三、结构构成形式及制作工艺1、产品结构产品主要由电磁发生器、功率模块和驱动控制板等部分组成。根据用户要求可采用分体结构，也可采用一体化结构。电磁发生器主要由316不锈钢管、H级高频低阻漆包线圈、H级绝缘纸、H图5现场井安装情况级别绝缘漆、不锈钢外壳保护罩、300℃绝缘导热罐封胶、卡箍构成；驱动控制板主要由功率控制单元、频率调节、幅度调节、温度检测控制单元等构成。2、制作工艺（1）绕线前不锈钢内管涂刷绝缘漆，并缠绕一层绝缘纸；（2）线圈缠绕匝间保持均匀紧实，防止匝间重叠混乱，以保证磁场位型；（3）每层线圈要刷绝缘漆、包绝缘纸，防止匝间及层间短路；（4）电磁发生器总成后，外壳保护罩内用绝缘导热灌封胶灌封，防止工作时产生电磁振动影响寿命；（5）电磁波发生器灌封后在80℃的环境条件下固化烘干，保持3小时固化时间，断电自然降至常温。（6）电磁发生器卡箍与不锈钢内管采用油管扣连接，打水压试验，6Mpa维持5分钟不泄漏。（6）整机总成后通电48小时老化试验及出厂试验。四、现场试验应用效果1、采油六厂试验安装2口井。这两口井皆为冷输油井，冬季地面管线蜡堵严重，通球经常受阻不能通过，半个月左右就要热洗一次。安装该防蜡器后，通球可以正常通过，热洗周期延长至两个月以上，目前防蜡器已连续工作1年以上。2、采油三厂三矿安装10口井。这些井是为试验特别选定的疑难井，由于产液量低，实行间抽工作制。停抽期间由于杆管结蜡原因频繁导致启抽时抽油杆不能下落。安装该防蜡器后这一问题彻底解决。目前该防蜡器已经连续工作半年以上，工作可靠稳定。以往这些井都安装过其他厂家的防蜡器，10天左右即损坏，主要原因是停抽期间防蜡器没有散热，导致过热开裂、线圈断等故障。