Разработка электромагнитного дегидратора для промысловой подготовки нефти

Abstract

Актуальность. Добываемая нефть большинства месторождений нашей страны имеет значительную обводненность. Содержание воды в нефти достигает 98-99 %. Перекачка нефти с водой по промысловым трубопроводам очень неэкономична. Поэтому нефтяная промышленность испытывает потребность в установках для отделения воды (дегидраторах). Существует несколько способов дегидрации: химические, механические, термические и электрические методы. Все эти методы имеют свои достоинства и недостатки. В статье предлагается электромагнитный дегидратор, в котором используется совместное воздействие электрического и магнитного полей. Авторами предложена оригинальная конструкция магнитоэлектродегидратора, предназначенного для эксплуатации в нефтяной промышленности в целях обезвоживания и обессоливания нефти. В данном устройстве электрическое поле создается системой электродов, а пульсирующее магнитное поле - однофазной обмоткой. Под воздействием электрического поля заряженные частицы воды начинают двигаться к противоположно заряженному электроду, при этом разноименно заряженные капли двигаются навстречу друг другу. Обмотка создает пульсирующее магнитное поле, которое индуцирует в каплях воды вихревые токи и взаимодействует с магнитными полями, создаваемыми этими токами. Совместное воздействие электрического и магнитного полей увеличивает частоту столкновений капель, что приводит к их слиянию и увеличению размера. Вследствие этого капли быстрее осаждаются под действием силы тяжести, что позволяет увеличить производительность дегидратора. Цель: разработать конструкцию магнитоэлектродегидратора и провести исследование его характеристик; построить математическую модель процессов разделения воды и нефти и получить графики зависимостей; сформулировать требования к источникам питания для электромагнитных дегидраторов. Объекты: установки подготовки нефти, дегидраторы для разделения водонефтяных эмульсий, установки с электромагнитным воздействием. Методы: теория электрического поля, теория магнитного поля, математическое моделирование, программа для математических и инженерных вычислений Mathcad. Результаты. Предложена конструкция магнитоэлектродегидратора, математическая модель процессов разделения воды и нефти. Получены графики зависимостей магнитной индукции от частоты и производительности дегидратора. Построена зависимость времени между столкновениями капель от частоты магнитного поля. Сформулированы требования к источнику питания для электромагнитного дегидратора.

The relevance. The produced oil of most of the fields in our country has a significant water cut. The water content in oil reaches 98-99 %. Pumping oil with water through field pipelines is very uneconomical. Therefore, the oil industry is in need of water separation units (dehydrators). There are several methods of dehydration: chemical, mechanical, thermal and electrical methods. All these methods have their advantages and disadvantages. The article proposes an electromagnetic dehydrator, which uses the combined effect of electric and magnetic fields. The authors proposed an original design of a magnetoelectrodehydrator. Magnetoelectric dehydrator is designed for operation in the oil industry for dehydration and desalting of oil. The electric field is created by a system of electrodes. A pulsating magnetic field is created by a single-phase winding. Under the influence of an electric field, charged water particles begin to move towards an oppositely charged electrode. Oppositely charged drops move towards each other. The winding creates a pulsating magnetic field. The latter induces eddy currents in the water droplets. Droplet size increases. Droplets settle faster under the action of gravity, which allows you to increase the performance of the dehydrator. The main aims of the research are to develop the design of a magnetoelectrodehydrator; to conduct a study of its characteristics; to build a mathematical model of water and oil separation and obtain dependency graphs; to formulate requirements for power sources for electromagnetic dehydrators. Objects: oil treatment plants, dehydrators for the separation of water-oil emulsions, plants with electromagnetic influence. Methods: electric field theory, magnetic field theory, mathematical modeling, program for mathematical and engineering calculations Mathcad. Results. The article proposes the design of a magnetoelectrodehydrator. A mathematical model of water and oil separation is proposed. Graphs of dependences of magnetic induction on the frequency and performance of the dehydrator are obtained. The dependence of the time between droplet collisions on the frequency of the magnetic field is plotted. The article formulates the requirements for a power source for an electromagnetic dehydrator.