1、引言
稀土永磁技術廣泛應用在生產(chǎn)、生活的各個領域。但在石油生產(chǎn)領域的應用歷史還不太久遠。磁防蠟技術蘇聯(lián)在六十年代就開始研究，而把磁降粘技術成功用到抽油機井開采工藝上。我國在這方面起步較晚。但自從1985年大慶應用磁技術取得成功以來，我國各油田在磁技術應用上取得較快發(fā)展，先后在大慶、遼河、玉門、新疆、華北等14個油田，進行了磁防蠟、磁降粘、磁增注、磁防垢、磁破乳等方面的研究，都取得不同程度的成效，獲得較大經(jīng)濟效益。由于磁處理技術成本低廉、設備簡單、效益突出、使用期長，所以它，在采油工程中越來越受到人們的重視，這也進一步促進了它的發(fā)展完善。
遼河油田1986年開始著手將磁技術應用于油田油井應用方面的探討。針對遼河油田
稠油井多的特點，對稠油井的磁降粘、降凝、脫水、增注及稠油集輸管線的降粘防垢等技術難題進行了探討和研究，在現(xiàn)場應用方面取得了較大的突破。對于磁降粘降凝技術，從開始研究至今，做了上萬條磁化前后粘溫曲線的室內(nèi)試驗，而且進行了針對某一油田地質(zhì)區(qū)塊的磁路優(yōu)選試驗，解決了由于稠油井原油粘度高而影響產(chǎn)量的問題，設計研制的磁降粘器，適合現(xiàn)場稠油條件，深受現(xiàn)場的歡迎。同時也開發(fā)完善了磁增注技術，為油田后期的注水開發(fā)解決了生產(chǎn)難題。
我國稀土資源極其豐富，占世界總儲存量的90％以上，為我國大量生產(chǎn)永磁材料提供了可靠的保證。因此推廣和研究結構簡單、成本低廉的磁處理技術，很適合我國國情，也將帶來顯著的經(jīng)濟效益。
2、國內(nèi)外現(xiàn)狀
上世紀60年代以來，蘇聯(lián)和美國在油田應用磁技術方面進行了試驗研究，取得了室內(nèi)實驗成果和現(xiàn)場試驗資料。1983年，蘇聯(lián)科技工作者，對同一油田兩口產(chǎn)油井的輸油管線進行交流電磁場試驗，發(fā)現(xiàn)油井的產(chǎn)油量雖然保持穩(wěn)定，但管線的輸送能力都明顯增加，平均輸送能力增加10‰美國Hrdroworld公司，采用永磁式磁化調(diào)節(jié)器，對輸油管線進行磁處理試驗，發(fā)現(xiàn)處理前需要在冬天關閉管線，處理則能四季暢通。70年代后期，蘇聯(lián)的科技工作者對含粘土的砂巖進行磁增注研究，收到明顯效果。
大慶采油一廠，開始安裝磁降粘器四口井，輸油管線回壓下降。華北油田室內(nèi)磁降粘試驗顯示原油粘度明顯下降。事實說明，磁技術工藝在油井中的應用是比較成功的。
3、技術機理
所謂磁處理技術就是通過磁場對物質(zhì)(原油和水)發(fā)生作用，使它的性質(zhì)發(fā)生相應的變化，以改善生產(chǎn)狀況和提高生產(chǎn)效率。在油田采油工藝中屬于物理采油范圍。大量室內(nèi)實驗和現(xiàn)場效果表明磁化效應特性是客觀存在的，但在機理研究方面還沒有取得突破性的成果，盡管世界上有許多學者仍在努力的進行探索，創(chuàng)立了許多關于解釋磁化效應的假說，直至目前尚沒有任何一個假說具有實用價值。因此，磁處理技術在油田的應用在缺乏理論指導的前提下，僅能依靠大量的模擬試驗來摸索應用方面的規(guī)律。本文從兩個部分探討稀土永磁材料在稠油井生產(chǎn)工藝中應用情況。
3．1磁降粘技術
磁降粘技術應用到稠油井開采工藝上，我國油田還是第一次。我們側重的是磁性器件在油田的應用性探討和研究，磁處理技術機理方面的研究和磁性材料加工工藝方面的研究不是我們研究的范圍，但我們要對這兩方面的研究結果有所了解和掌握，這樣會有助于我們的應用性研究深入進行下去。
3．1．1技術關鍵
首先進行各油田磁處理技術應用調(diào)研工作，總結近幾年來我國應用磁技術的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)磁技術工藝條件優(yōu)化研究遠遠落后于工業(yè)化應用，加之磁應用機理方面又不清楚，使磁技術在油田推廣沒有什么規(guī)則可尋，基于這種不利的情況，我們把室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗有機結合起來，開展工藝參數(shù)優(yōu)化研究，自行研制組裝磁降粘器，從而掌握磁降粘器在現(xiàn)場使用的效果。
通過大量的室內(nèi)試驗，對一口油井的室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)進行分析，總結、整理、發(fā)現(xiàn)同一口油井的原油，通過不同的磁場有不同的效果，這說明了原油的油品和磁場有直接的對應關系，所以，針對某一口油井的磁降粘器，我們親自在室內(nèi)優(yōu)選磁路，然后進行安裝、現(xiàn)場試驗。
3．1．2技術指標
實驗中我們選用的磁性材料主要有釹鐵硼和釤鈷兩中類型，由于釹鐵硼材料的居里溫度較低，高溫使用受到一定的限制，在高溫的環(huán)境下我們選用釤鈷材料。工作溫度要達到370。C以上，在常溫的環(huán)境下我們選用NdFeB材料、工作溫度要達到100。C；同時要求磁性材料的熱穩(wěn)定性要好，溫升100。C降至50。C測量磁感應強度不可逆損失<5％；選用NdFeB材料時，含氧量<7500ppmm，含氫量100ppm；在50。C時測量最大的磁能積≥165kJ／m3。
3．1．3室內(nèi)試驗體可靠
由于磁技術降粘機理不清，關鍵問題是尋找一種間接評價磁降粘器效果的方法。首先進行室內(nèi)試驗，因為如果室內(nèi)試驗能評價磁降粘的效果，就能避免了現(xiàn)場實驗的盲目性，所以重要的任務是先搞室內(nèi)試驗。從大量的國內(nèi)外磁處理技術資料及磁降粘技術現(xiàn)場應用效果分析來看，在壓力一定的條件下，改變了油管中原油粘度，相應地降低了原油在油管中流動的阻力。阻力減少，相應增加生產(chǎn)壓差，壓差的增加，將有利于原油的開采。大量的實驗對比，總結出用溫粘曲線法檢驗磁降粘器的效果比較直觀、方便。為此，我們購進了西德哈克公司生產(chǎn)的RV．20粘度計。購置了超聲波粘度計等一套實驗設備。建立起磁處理技術實驗室。
利用粘溫曲線法得出結論：未經(jīng)過磁化的與磁化過的原油的粘溫曲線相比，其粘溫曲線相對位置是有變化的，即磁化后的原油粘度有所變化。磁場組合不同，磁化效果也不同。
3．1．4現(xiàn)場試驗
遼河油田原油類型繁多，不但有稀油、稠油、還有高凝稠油。其中稠油占有較大比例，目前在高升、歡喜嶺、曙光、錦州、興采、冷東六個油田均有稠油區(qū)塊投人開發(fā)，針對上述稠油井生產(chǎn)情況，我們決定在部分稠油井上應用磁降粘技術。分析我國油田稠油開采的現(xiàn)狀，總結了近幾年來磁處理技術在油田應用的經(jīng)驗，我們進行了稠油抽油機生產(chǎn)井的磁降粘試驗，根據(jù)室內(nèi)試驗結果，考慮不同的原油物性，進行現(xiàn)場試驗的磁路設計，都見到了明顯的效果。其中有部分油井在停摻稀油情況下正常生產(chǎn)。
3．1．5效果分析
從現(xiàn)場試驗情況來分析，實驗成功的每口油井的摻油量都有降低一半以上的效果。從室內(nèi)資料分析：降粘率在50％．79％，如果油井在50"C條件下，粘度在3000mPa．S以下，上磁降粘器以后降粘率為(1500．630)mPa．S。在這個范圍內(nèi)稠油井可以停摻一半油仍能正常生產(chǎn)。
稠油井摻稀油生產(chǎn)，摻量都是按比例的。油井產(chǎn)量高時，摻量按比例增高，油井產(chǎn)量低時，摻人量按比例減少，而使用磁降粘器以后情況反而相反，油井產(chǎn)量高時，摻量很少或者不摻；油井產(chǎn)量低比高時得多摻一些?；谶@樣的情況，磁降粘器的安裝位置也是經(jīng)過大量的現(xiàn)場試驗確定的，從每300米一個，到200米一個、100米一個、磁路設計也是根據(jù)現(xiàn)場效果與室內(nèi)試驗結合起來設計的，主要注重的是現(xiàn)場效果?，F(xiàn)場效果是檢驗室內(nèi)成果的一種直接手段。
3．2磁增注技術
我國大部分油田是注水開發(fā)的。注水開發(fā)的目的是保持地層能量和提高地層原油的采收率。當注水壓力不變時，注入水量的多少直接影響原油的產(chǎn)量。隨著油田的連續(xù)開發(fā)，產(chǎn)油量中含水增高，注水量越來越大。由于注入水對地層造成的污染及地層自身的變化，地層含水易于飽和，注水壓力越來越高，注水越來越困難。長期以來。油田開采中一直在尋找增加注水量的新途徑。國內(nèi)外有資料表明，磁處理技術可以達到增注的目的。我們在具體的生產(chǎn)實驗中也證明了這個結論。
在石油生產(chǎn)過程中使用磁處理技術對注水井進行磁增注措施時，必須安裝一磁化裝置。并使該磁化裝置內(nèi)部能建立一個對處理介質(zhì)合適的恒定磁場，這種磁場的建立有兩種基本方式，一種是由電磁鐵通過電流的大小建立磁場，另一種是用永磁體建立磁場。由于電磁鐵的體積大，安裝不方便，因而在石油礦產(chǎn)中實際應用的很少。絕大部分磁化處理裝置采用的是稀土永磁材料。
實驗室及現(xiàn)場應用效果表明，水的磁化效應具體可歸納為以下幾個方面：①磁處理水有明顯的防垢作用；②磁處理水可以使懸浮顆粒大小發(fā)生變化；③磁處理減少了腐蝕產(chǎn)物的影響；④磁場降低了水的表面張力；⑤磁場對水中細菌的有影響；⑥磁處理水對粘土膨脹有抑制作用。
4、磁處理裝置的設計及安裝
油田上應用的磁化處理裝置常用的主要有三種類型，一種是內(nèi)磁式結構：一種是內(nèi)裝外磁式結構；另一種是外磁式結構。
4．1內(nèi)磁式結構
內(nèi)磁式結構的磁處理裝置的特點是磁力線能大部分作用于被處理介質(zhì)，漏磁損失小。磁路組合分別有：N．s極相對分布；N．s極相間分布；N．S極相對疊加分布；
4．2內(nèi)裝外磁式結構
這種結構的磁處理裝置的磁體同極相對，中間加有軟鐵做成的極靴，從而獲得較高的磁通密度。
4．3外磁式結構
這種結構的磁處理裝置使用在輸送介質(zhì)管道的外部，磁體安裝在一個矩形或者半矩形的容器內(nèi)，形成兩組磁極，依靠管道的導磁性形成磁力線回路。外磁式結構的磁處理裝置一般都用于油田管道和設備防垢。
4．4安裝
為了便于注水井測試、管理，磁增注器大多數(shù)安裝在井口附近的管線上，僅在少數(shù)井上開展了磁增注器隨油管下人注水井內(nèi)，或井下、井下同時安裝的串聯(lián)形式。
5、磁增注技術在油田應用中應該注意的幾個方面的問題
1)磁增注技術可以使注水井增加注水量，但是它有一定的適用條件，一定要先作巖心模擬試驗，取得效果后再進行推廣。
2)磁增注是一個緩慢的過程，要等1—3個月后才能明顯看到增注效果，因此不可急于求成。
3)磁技術雖然有增注效果，但是它替代不了注水井的油層改造措施，經(jīng)驗表明，注水井經(jīng)酸化處理后，再注磁化水能起到延長酸化有效期2—3倍的作用。
4)在采用精細過濾裝置處理油田注入水以后，再配上磁技術，不僅可以增加注水量，而且還可以鞏固水質(zhì)的凈化效果。
6、磁增注技術在油田應用效果分析
大量的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，磁增注具有明顯的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1)注水量明顯增加
2)注磁化水使吸水指數(shù)上升
3)注水井的滲流特性發(fā)生了變化
4)地層的吸水層位發(fā)生了變化
5)對應的油井產(chǎn)量增加
7、結論
雖然磁增注在油田應用效果很好，但由于其磁化機理還不夠完善，磁化設備還沒有系列規(guī)范，具體的參數(shù)還有待于進一步優(yōu)選，因此該技術進一步推廣還有一定的困難。另外，磁處理技術不是一項可以隨意應用的簡單技術，它是一種交叉的邊緣學科，涉及到眾多參數(shù)的優(yōu)化組合，所以要搞好磁增注技術在油田上的廣泛應用需要做大量的基礎研究工作，作好模擬試驗和現(xiàn)場試驗的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，形成磁增注機理的統(tǒng)一認識，不斷總結經(jīng)驗，逐步摸索出適合油田需要的最佳磁增注工藝體系，以便取得更顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，對未來石油工業(yè)的發(fā)展將具有十分重大的意義。
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