К питання механізмі магнітної обробки

К питання механізмі магнітної обработки.

к.т.н. Шайдаков В. В., Чернова К. В., Ємельянов А.В.

В статті приведено одне з гіпотез про який вплив магнітного поля на водні системи. На основі цієї гіпотези описаний механізм впливу магнітної обробки промислових рідин різні їх властивості. Розглянуто вплив магнітної обробки на АСПО і солеотложения, освіту стійких емульсій і перебіг коррозионных процессов.

Обработка водних систем магнітним полем — одне з найбільш спірних напрямів у науці. Досить широко примененяемая у різноманітних галузях промисловості, магнітна обробка до нашого часу немає чіткої загальноприйнятої теоретичної основи. Здебільшого дослідження у напрямі ведуться на базі накопичених фактів — результатів дослідів і упроваджень, часто трудновоспроизводимых, і гіпотез, часом суперечать одна одній [1].

По думці А. Х. Мирзаджанзаде, С. Колокольцева, О. Л. Бучаченко, Р. З. Сагдеева, К. М. Салихова, при магнітної обробці водних середовищ зрівнятися з енергією теплового руху, і впорядкувати внутрішню структуру можуть структурні хімічні зв’язку, які характеризуються взаємодією двох або кількох атомів, які зумовлюють освіту стійкою многоатомной системи, і супроводжуються істотною перебудовою електронних оболонок що пов’язують атомів. У цьому необхідно враховувати динаміку процесу, усе ж електронні орбіти, складові оболонку, безупинно роблять коливальні руху. Щоб існувала стійка і стабільна зв’язок атомів, необхідна певна кореляція рухається електронів, тобто коливання електронних орбіт взаємодіючих атомів мали бути зацікавленими синхронні. Синхронність коливань електронів в атомах свідчить про наявність дисперсионного взаємодії між атомами. Дисперсионные сили мають електромагнітну і квантову природу і є одній з різновидів межмолекулярного взаємодії, званого силами Ван-дер-Ваальса. Дисперсионные сили творяться у результаті коливань електронів сусідніх атомів чи молекул однаковою мірою фазі, у своїй взаємне тяжіння призводить до зближенню цих атомів чи молекул й освіті між ними связи.

Если магнітне полі впливає на дві які сусідять молекули, що завдають коливальні руху на відповідності зі своїми спектрами (наборами власних частот), одразу після накладення поля електронні орбіти цих двох частинок почнуть прецессировать з однаковим, ларморовой, частотою навколо паралельних осей. У електронних орбіт різних частинок з’явиться принаймні спільна частота коливань — ларморова. Коливання стануть частково синхронні в часі та просторі, тому між молекулами може виникнути дисперсійна зв’язок. Для цього, ще, необхідним є дотримання умови рівності трьох частот: серед власних коливань двох поруч розташованих молекул слід шукати дві частоти, рівні одночасно одне одному і частоті Лармора. Старі взаємодії руйнуються і виникають численні нові, щільна мережу яких впливає кожну молекулу, кожен атом, і утримує у межах нової що виникла структури. Цим можна пояснити тривале збереження властивостей водних систем після їх магнітної обработки.

Известно, що дію магнітного поля носить полиэкстремальный характер. При наростання напруженості магнітного поля, ларморова частота, що залежить від неї лінійно, також невпинно зростає. Позаяк спектр власних частот молекул не безперервний, виконання рівності трьох частот можливе лише окремих значень напруженості магнітного поля. Звідси й полиэкстремальность.

Парадоксален факт помітного впливу слабких магнітних полів (напруженістю, наприклад, 10−30 кА/м2) на водні розчини й біологічні об'єкти. Це можна пояснити тим, що молекули даних речовин, особливо органічних, дуже масивні і, спектр їх своїх власних коливань перебуває у області низьких і наднизьких частот. І це означає, що умова рівності трьох частот із найбільшою ймовірністю реалізовуватиметься у області слабких значень напруженості магнітного поля, дають малі ларморовы частоти.

В нафтогазової галузі застосування магнітної обробки водних середовищ, заснований на вищевикладеної теорії, ввозяться кількох основних напрямах: боротьби з асфальто-смолистыми і парафиновыми відкладеннями (АСПО), солеотложениями, запобігання утворенню стійких емульсій й відповідне зниження коррозионной активності перекачиваемых жидкостей.

Воздействие магнітного поля на АСПО.

Для запобігання АСПО використання магнітних пристроїв почалося п’ятдесяті роки уже минулого століття, а й через малої ефективності поширення не одержало. Були Відсутні магніти, досить і стабільно працюють у умовах свердловини. У 1995;2001 рр. інтерес для використання магнітного поля для на АСПО значно зріс, що пов’язані з появою над ринком широкого асортименту высокоэнергетических магнітів з урахуванням рідкісноземельних металів. Механізм впливу магнітного поля освіту АСПО, відповідно до [2,3], виглядає так: в що просувалася рідини відбувається руйнація агрегатів, які з субмікронних ферромагнитных мікрочастинок сполук заліза, що є при концентрації 10−100 г/т не в нафті і попутної воді. У кожному агрегаті міститься від кількох основних сотень за кілька тисяч мікрочастинок, тому руйнація агрегатів призводить до різкого (в 100−1000 раз) збільшення концентрації центрів кристалізації парафінів і солей та формування на поверхні ферромагнитных частинок пухирців газу мікронних розмірів. У результаті руйнації агрегатів кристали парафіну випадають як тонкодисперсной, об'ємної, стійкою суспензії, а швидкість зростання відкладень зменшується пропорційно зменшенню середніх розмірів що випали разом з смолами і асфальтенами в тверду фазу кристалів парафіну. Освіта микропузырьков газу центрах кристалізації після магнітної обробки забезпечує газліфтний ефект, що веде до деякому зростанню дебіту свердловин [1].

Воздействие магнітного поля на солеотложения.

Использование магнітного поля для боротьби із заснуванням солеотложений грунтується ось на чому принципі: магнітне полі впливає на кінетику кристалізації, обуславливающее збільшення концентрації центрів кристалізації у своїй води (мал.1), водна система виводиться з щодо стабільного стану, зростає швидкість освіти осадів та формується безліч дрібних кристалів практично однакового розміру (рис. 2,3).

.

Рис. 1. Вплив магнітного поля освіту солеотложений Провоцирование кристаллообразования призводить до того, що у, замість відкладень солей лежить на поверхні устаткування, завись утворюється обсягом розчину, виноситься з небезпечної зони і можна видаляти з допомогою спеціальних пристроїв [4].

.

Рис. 2. Форма і розміри кристалів хлориду натрію до магнітної обработки.

.

Рис. 3. Форма і розміри кристалів хлориду натрію після магнітної обработки Обрабатывать магнітним полем водну систему переважно на початок процесу формування кристалів. Так, стосовно устаткуванню, котрий у свердловинах, схильних до солеотложению, бажано встановлювати джерело магнітного поля була в частині колони. Максимальний ефект від участі магнітної обробки можна отримати роботу на водних системах при щодо невисоких шарових температурах (до 70−80 градусів) і підвищеному вмісті іонів солей (250−300 мг/л і від) [2,4,5].

Воздействие магнітного поля на емульсії.

В нафтовидобутку завжди гостро стояла проблема поділу высокостойких водонефтяных емульсій в зв’язки України із недостатньо ефективним впливом деэмульгаторов. На підвищення ефективності деэмульгатора, особливо на высоковязкие і высокопрочные водонефтяные емульсії, застосовуються різні методи, серед яких особливо виділяється обробка емульсії магнітним полем. Розглянемо механізм впливу на водонефтяную емульсію деэмульгатора і магнітного поля.

Изначально емульсія є субстанцію класу «нафту воді «чи «вода не в нафті «, причому межах розділу фаз утворюються так звані «бронирующие оболонки », предотвращающие саморуйнування емульсії. Молекули деэмульгатора, адсорбируясь лежить на поверхні розділу фаз, витісняють менш поверхнево-активні природні емульгатори. Проте, хоча плівка, утворена деэмульгатором, має малої міцністю, дії сил тяжкості замало забезпечення швидкого осадження і коалесценции дрібних крапельок [6]. У цьому з прискорення процесу адсорбционного заміщення можна використовувати підвищення обстоюваної емульсії [2]. Але це рішення який завжди є прийнятним і реализуемым. Розв’язати цю проблему дозволяє магнітна обробка емульсії (рис.4). Застосування магнітного поля викликає поляризацію крапельок води та їх взаємне тяжіння, що зумовлює значному прискоренню коагуляції і коалесценции крапель води (див. мал.5) та його швидкому відстою. Найефективніша магнітна обробка емульсії після додавання у ній деэмульгатора [7].

.

Рис. 4. Вплив магнітного поля на водонефтяную эмульсию.

.

а) б) Рис. 5 Водонефтяная емульсія до (чи після (б) магнітної обработки Воздействие магнітного поля на коррозионные процеси.

Поверхность корродирующего металу зазвичай є многоэлектродный гальванічний елемент, що з двох і більше які різняться один від друга електродів. Спрощено цю поверхню можна як систему, що складається із дільниць два види — анодних і катодных.

Причины виникнення електрохімічної неоднорідності поверхні розділу «метал — електроліт «можуть бути різні. Так для стали 20, має структуру «феррит + перліт », такий причиною то, можливо неоднорідність сплаву. Феррит, що більш як негативний електродний потенціал, у цій гальванічному елементі анодом, а перліт — катодом [8].

Электрохимическая неоднорідність поверхні корродирующего металу призводить до диференціації останньої на анодные — з більш негативним электродным потенціалом, і катодні - з більш позитивним. Ступінь неоднорідності цієї поверхні характеризується величиною різниці электродных потенціалів анодних і катодних участков.

Электрохимическое розчинення металу складається з з трьох основних процессов:

1) анодного — освіти на анодних ділянках гидратированных іонів металу у электролите і вільних электронов:

.

2) перетікання електронів в металі від анодних ділянок до катодным і переміщення катионів і аніонів в розчині (рис. 6).

3) катодного — відновлення електронів певними іонами чи молекулами розчину (деполяризаторами) на катодних участках:

.

Стенка труб із Стали 20.

.

Рис. 6. Схема електрохімічного коррозионного процесса Процесс перетікання електронів від анодного до катодному ділянці вирівнює значення электродных потенціалів їх. За відсутності анодного і катодного (электродных) процесів можлива повна поляризація (рівність электродных потенціалів ділянок), але насправді анодный і катодний процеси тривають, перешкоджаючи наступові повної поляризації, тобто, діє деполяризующе. Звідси, зокрема, є і назва іонів і молекул розчину, які забезпечують перебіг катодного процесу — деполяризаторы. Переміщення електронів від анодного до катодному ділянці відбувається швидше, ніж перебіг электродных процесів (рис. 6), потенціали ділянок (електродів) вирівнюються і системи, зрештою, повністю заполяризовывается [8].

Чем більш негативний електродний потенціал металу, тим більше він схильний до коррозионному руйнації. На думку Абдулліна І.Г. і Хайдарова Ф. Р., під впливом магнітного поля на систему «метал — електроліт «одночасно протікають два взаємовиключні процеси (рис. 7):

сдвиг потенціалу корозії в негативну область, що повинно призвести до зниження коррозионной стійкості металла;

ускорение поляризуемости системи (більш крутий хід галузі поляризационной кривою (рис. 7)), що зумовлює зниження швидкості корозії [7,9].

.

1−1- - без магнітної обробки; 2−2- - після обробки магнітним полем Рис. 7. Поляризаційні криві для стали 20.

Последнее пов’язана з тим, що згадані процеси гідратації іонів металу і підвода деполяризатора до поверхні металу уповільнюються під впливом магнітного поля. Прискорення поляризації при магнітної обробці переважає над процесом збільшення термодинамической нестабільності металу (зрушення потенціалу до область більш негативних значень), у результаті швидкість корозії замедляется.

Список литературы

Магнитная обробка промислових рідин/ Н. В. Инюшин, Л.Є. Каштанова, Г. Б. Лаптєв та інших. — Уфа, ГИНТЛ «Реактив », 2000. — 58 з.: табл., ил.

Персиянцев М. Н. Видобуток нафти на ускладнених умовах. — М.: ТОВ «Недра-Бизнесцентр », 2000. — 653 з.: ил.

Тронов В.П. Механізм освіти смоло-парафиновых відкладень і із нею. — М.: Надра, 1970. — 192 с.

В.С. Духанін. Дослідження впливу магнітного поля на гидратацию іонів в розчинах електролітів і швидкість деяких хімічних реакцій. Канд. дисс. Моск. держ. педагогічний інститут ім. Леніна, М., 1973.

Хуршудов О.Г., Залялиев М. А., Плечев А. В., Никіфоров С.Ю. Запобігання відкладень сульфату барію шляхом магнітної обробки рідини //Розробка і експлуатація нафтових родовищ. — 1995. — N 5. — З. 56−58.

В.В. Шайдаков, Г. Б. Лаптєв, Н. В. Инюшин, Д. М. Халитов, Л.Є. Каштанова // Вплив магнітної обробки на водонефтяные емульсії ТПП «Когалимнафтогаз », УГНТУ — Уфа, 2001. — 10 з. — Рус. — Деп. в ВІНІТІ. — N 1173 — У 2001. — 07.05.2001.

Хайдаров Ф.Р. Підвищення довговічності промислових трубопровідних систем за допомогою регулювання властивостей перекачиваемых рідин методами магнітної обробки. Канд. дисс. Уфимський державний нафтової технічний університет, 2002 г.

Жук. Н. П. Курс теорії корозії та питаннями захисту металів. Навчальний посібник. — М.: «Металургія », 1976 — 472 с.

Абдуллин І.Г., Агапчев В.І., Давидов С. Техніка експерименту в хімічному опір металів. Навчальний посібник. — Уфа: Вид-во УНИ, 1985. — 100 с.