Устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности перекачивания по трубопроводу тяжелых вязких нефтей и нефтепродуктов, а также устранения образовавшихся отложений и пробок в трубопроводе путем внешнего акустического воздействия на стенку трубопровода.

Уменьшение затрат во время транспортировки нефти - один из главных факторов экономии. Вязкая нефть не может быстро передвигаться по трубам, что сокращает объем перекачиваемой нефти. Кроме этого, осаждение тяжелых фракций на стенках трубопроводов может существенно уменьшать просвет трубопровода и также снижать пропускную способность.

Среди средств воздействия на нефть и нефтепровод с целью повышения их пропускной способности широкое распространение получили методы воздействия на нефтепровод и поток нефти, обеспечивающие повышение эффективности перекачки за счет уменьшения вязкости нефти. Часть методов основана на нагревании нефти в процессе ее перекачки. Другие методы предусматривают воздействие на нефтепровод электрическими и магнитными полями. Также существуют методы, связанные с размещением внутри трубопровода или врезки в трубопровод устройств механического, ультразвукового, теплового или электромагнитного воздействия.

Известно устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам, содержащее цилиндрический корпус, в котором последовательно размещены завихритель, выполненный в виде направленного внутрь корпуса и плотно вставленного в него тефлонового конуса с центральным отверстием и спиральными бороздами на поверхности, сопло Лаваля, выточенное в цилиндрическом корпусе, и трубка вывода низковязкой фракции, закрепленная по оси корпуса в его торце и введенная в расширяющуюся часть сопла Лаваля, при этом на поверхности расширяющейся части сопла Лаваля выполнены тормозящие ребра, а в боковой стенке цилиндрического корпуса - отверстие для вывода вязкого остатка (Патент РФ №132159, МПК F17D 1/16, 28.03.2013 г.).

Недостатком известного устройства является малая мощность возбуждаемых колебаний, а также необходимость его врезки в трубопровод и проведение сварочных работ, что значительно усложняет конструкцию и приводит к прерыванию потока нефти и снижению эффективности ее перекачки.

Известно устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам, содержащее электронный блок и подключенную к нему электрическим кабелем ультразвуковую колебательную систему. Электронный блок представляет собой электронное устройство, преобразующее энергию электрической сети промышленной частоты в энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты. Одним из основных требований, предъявляемых к электронному генератору, является необходимость обеспечения устойчивой работы на резонансной частоте ультразвуковой колебательной системы при любых нагрузках и мощностях излучения. В процессе работы колебательной системы рабочий инструмент создает вокруг себя ультразвуковое поле высокой интенсивности. Интенсивность ультразвуковых колебаний подбирается достаточной для образований кавитации на поверхности рабочего инструмента. В результате воздействия кавитации и ультразвуковых колебаний происходит снижение вязкости нефти и входящих в ее состав других жидкостей. Парафин, содержащийся в нефти и нефтепродуктах в качестве примеси, под действием ультразвуковых колебаний эмульгируется в нефть, это снижает его выпадение на стенках трубопровода и резервуаров и повышает эффективность перекачивания. Также в процессе работы происходит нагрев рабочего инструмента и обрабатываемой жидкости, за счет вязкого трения в жидкости и теплопередачи от излучателя, что также способствует снижению вязкости. В результате вокруг рабочего инструмента создается область жидкости с пониженной вязкостью, которая легко откачивается с применением традиционных насосных установок (Патент РФ №2346206, МПК F17D 1/16, 03.10.2007 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость введения ультразвукового преобразователя внутрь трубопровода, что значительно усложняет конструкцию и приводит к прерыванию потока нефти.

Известно устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам, содержащее электронный блок из двух генераторов монохромотического сигнала, параллельно подключенных к усилителю так, чтобы настройки их амплитуд и частот удовлетворяли определенной формуле, или из источника широкополосного сигнала, в качестве которого может быть использован, например, генератор шумовых сигналов с широким диапазоном частот (100 Гц - 200 МГц), подключенный через усилитель к по меньшей мере одному виброакустическому излучателю, способному функционировать в трубопроводе. Излучатель помещен в трубу. Излучатели могут быть установлены по длине трубопровода через равные интервалы. Кусок стенки трубы может быть заменен на специально профилированную мембрану, колебания которой обеспечиваются колебаниями сердечника, на обмотку которого подается электрический ток необходимой частоты (набора частот). Сердечник с обмоткой расположен с внешней стороны трубы. Скважность расположения таких источников определяется величиной ожидаемого эффекта (Патент РФ №2350830, МПК F17D 1/16, 29.11.2007 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость размещения виброакустического излучателя внутри трубопровода, что значительно усложняет конструкцию и приводит к торможению потока нефти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению (прототипом) является известное устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам, содержащее электронный блок, акустические излучатели, соединенные с выходом электронного блока, и средство передачи акустических колебаний на перекачиваемую по трубопроводу нефть, корпус которого выполнен в виде модуля для передачи воздействий на массив обрабатываемого материала, акустические излучатели выполнены в виде двух излучателей акустических волн, один из которых имеет форму цилиндра, размещенного в емкости, заполненной рабочей жидкостью, коаксиально этому излучателю расположен второй излучатель акустических волн, имеющий кольцеобразную форму, зазор между излучателями образует емкость, заполненную рабочей жидкостью, при этом обе емкости с рабочей жидкостью сообщены между собой посредством перепускных каналов, выполненных между ними, при этом электронный блок содержит два генератора, настроенных соответственно на резонансные частоты цилиндрического излучателя частотой 100÷1000 Гц, и кольцеобразного излучателя частотой 20÷35 кГц (Патент РФ №54662, МПК F17D 1/16, 12.12.2005 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость модификации элементов трубопровода и проведение сварочных работ, что значительно усложняет конструкцию и приводит к прерыванию потока нефти и снижению эффективности ее перекачки.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности перекачки нефти и упрощение конструкции за счет обеспечения внешнего монтажа устройства на трубопровод без необходимости модификации элементов трубопровода и проведения сварочных работ.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам, содержащем электронный блок, акустические излучатели, соединенные с выходом электронного блока, и средство передачи акустических колебаний на перекачиваемую по трубопроводу нефть, средство передачи акустических колебаний на перекачиваемую по трубопроводу нефть выполнено в виде двух одинаковых симметричных относительно оси трубопровода частей, включающих опорные брусья с закрепленными на них резьбовыми шпильками и гайками и акустические волноводы, выполненные в виде призм с проточками под посадочный внешний диаметр трубопровода, при этом акустические излучатели размещены между соответствующими опорными брусьями и акустическими волноводами с обеспечением жесткого акустического контакта между акустическими излучателями и трубопроводом, причем акустические излучатели выполнены в виде наборов пьезокерамических колец с противоположной поляризацией, а электронный блок содержит генератор сигналов произвольной формы, усилитель мощности и высоковольтный источник постоянного напряжения, причем выход генератора сигналов произвольной формы и выход высоковольтного источника постоянного напряжения подключены к соответствующим входам усилителя мощности, выходы которого подключены к соответствующим акустическим излучателям.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства и средство его крепления на трубопроводе, а на фиг. 2 представлена блок-схема электронного блока и его подключения к акустическим излучателям.

Устройство для интенсификации перекачки тяжелых нефтей по трубопроводам содержит акустические излучатели 1, средство передачи акустических колебаний на перекачиваемую по трубопроводу нефть, выполненное в виде двух одинаковых симметричных относительно оси трубопровода 2 частей, включающих опорные брусья 3 с закрепленными на них резьбовыми шпильками 4 и гайками 5, и акустические волноводы 6, выполненные в виде призм с проточками под посадочный внешний диаметр трубопровода 2, при этом акустические излучатели 1 размещены между соответствующими опорными брусьями 3 и акустическими волноводами 6 с обеспечением жесткого акустического контакта между акустическими излучателями 1 и трубопроводом 2, причем акустические излучатели 1 выполнены в виде наборов пьезокерамических колец с противоположной поляризацией, а электронный блок содержит генератор сигналов произвольной формы 7, усилитель мощности 8 и высоковольтный источник постоянного напряжения 9, причем выход генератора сигналов произвольной формы 7 и выход высоковольтного источника постоянного напряжения 9 подключены к соответствующим входам усилителя мощности 8, выходы которого подключены к соответствующим акустическим излучателям 1.

Устройство работает следующим образом.

Акустические излучатели 1 закрепляют на трубопроводе 2 между соответствующими опорными брусьями 3 и акустическими волноводами 6 с обеспечением жесткого акустического контакта между акустическими излучателями 1 и трубопроводом 2 посредством резьбовых шпилек 4 и гаек 5. С выхода генератора сигналов произвольной формы 7 и с выхода источника питания постоянного напряжения 9 сигналы подаются на вход усилителя мощности 8, с выхода которого сигналы подаются на акустические излучатели 1, которые возбуждают мощные акустические колебания, передающиеся через акустические волноводы 6 на внешнюю стенку трубопровода 2. Для эффективной передачи колебаний волноводы 6 выполнены в виде призм с проточкой под посадочный диаметр трубопровода. Волноводы 6 являются сменными и подбираются под необходимый посадочный диаметр трубопровода 2. Небольшое пятно контакта позволяет прижать волновод 6 к стенке трубопровода 2 с большим усилием, что необходимо для эффективной передачи колебаний. Такой метод крепления устройства на трубопроводе не требует внесения конструктивных изменений в трубопровод, в том числе проведения сварочных работ. Подключение акустических излучателей 1 производится в соответствии с полярностью пьезокерамических колец, так чтобы они работали синфазно. Генератор сигналов произвольной формы 7 управляет усилителем мощности 8 и позволяет возбуждать колебания требуемого спектра. В том числе возможно возбуждение колебаний с широким спектром, что позволяет подбирать резонансные частоты, на которых акустическое воздействие будет наиболее эффективным.

Таким образом устройство обеспечивает повышение эффективности перекачки нефти и упрощение конструкции за счет обеспечения внешнего монтажа устройства на трубопровод без необходимости модификации элементов трубопровода и проведения сварочных работ.