原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置

摘要

本发明公开了原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置，属于石油开采和集输技术技术领域，原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置，包括非导磁承压介质输送管道，它可以实现实时监控非导磁承压介质输送管道中的原油介质的温度与前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的运行参数，根据不同的温度和井况通过一体机内的HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块控制磁场的频率和磁场强度，并且调整磁化距离，提高装置防蜡防垢的适用范围，并且提高装置阻蜡防垢后的缓蚀效果。

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采和集输技术领域，更具体地说，涉及原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置。

背景技术

原油开采中，采出液都有一定量的蜡沉积物。结蜡是油田采油生产中经常遇到的物理现象和生产难题。蜡按结晶形状可分为石蜡和地蜡两种。结蜡形成三维空间的带状、片状蜡沉积物，其主要是由石蜡C14-C35的正构烷烃组成，并兼有一定量的地蜡C36-C55和微晶蜡。此外，蜡沉积物中还有胶质、沥青质及少量水、泥沙、盐垢等有机物和无机物。

石蜡分子在油藏条件下一般处于溶解状态，采油过程中当天然气从原油中溢出分离后，采出液物理属性发生变化，其对蜡的溶解能力会显著下降。在含蜡原油生产过程中，随着温度、压力属性的不断降低，原油的流速、气液相等属性产生变化，溶解在原油中的蜡就会结晶析出，不断长大、聚集和沉积，最后形成固态、半固态的三维空间网状结构的结蜡块，将液态原油包括其中，使原油凝固，失去流动性，逐渐沉积结晶附着在油管壁、抽油杆及输油管壁上，不断积聚致使采油及输油管路阻塞，影响采油、输油的正常生产。

目前国内外现有的防蜡、清蜡方法多种多样，各有利弊。主要有：机械清理、热力清防蜡、化学清防蜡、内衬涂层防蜡、超声波及电磁防蜡等方式。但大都费时费力，耗能高，施工难度大，成本较高，重复进行，有的对地层污染严重，副作用较多。而有源电磁防蜡技术是近年来应用于生产的一种先进和科学的防蜡措施，具有成本低、工艺简便、效果明显，以及便于管理维护、节能环保的特点，因此得到了广泛的推广应用。但目前普通电磁防蜡技术，基本为单频率脉冲磁场，脉冲磁场频率单一，磁场强度固定，有的采用永久磁铁方式，输出功率无法调整，磁化作用距离短，不同井况均采用单一频率或磁场强度，致使防蜡防垢适应范围窄，不同井况无法调整，造成一系列防蜡阻垢缓蚀效果不佳及失效的问题存在理论研究不够深，针对性不强，适用范围窄，效率低和效果差的问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置，它可以实现实时监控非导磁承压介质输送管道中的原油介质的温度与前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的运行参数，根据不同的温度和井况通过一体机内的HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块控制磁场的频率和磁场强度，并且调整磁化距离，提高装置防蜡防垢的适用范围，并且提高装置阻蜡防垢后的缓蚀效果。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置，包括非导磁承压介质输送管道，所述非导磁承压介质输送管道的外壁依次套接安装有前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统，所述前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统均由电磁转换线圈和参量检测装置组成，且前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统中的电磁转换线圈产生的磁场为梯级谐波磁场，磁场的有源矢量依次增大，所述前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统中的参量检测装置均与HMI/PLC一体机电连接；

所述HMI/PLC一体机内设有电源滤波隔离降压模块、控制及主电源适配模块、HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块，所述电源滤波隔离降压模块由滤波电路、降压隔离变压器和AC-DC转换模块组成，电源滤波隔离降压模块的输出端与控制及主电源适配模块电连接，所述控制及主电源适配模块的输出端电连接有HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块，所述HMI/PLC一体化程序控制模块与自适应频率算法产生模块电连接，且HMI/PLC一体化程序控制模块接收前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统中参量检测装置反馈的检测信号，所述自适应频率算法产生模块输出端与多谐波产生模块电连接，所述多谐波产生模块接受自适应频率算法产生模块的频率信号，且多谐波产生模块的输出端电连接IGBT驱动及谐波功率产生模块，所述IGBT驱动及谐波功率产生模块电连接前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统内的电磁发生线圈。

进一步的，所述前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的外壁分别包裹有铠装防护罩，能够对前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统起到隔离作用，减少干扰，并且能够提高使用寿命。

进一步的，所述前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统之间固定安装有电热线圈，电热线圈能够对非导磁承压介质输送管道内的原油介质温度进行调节。

进一步的，所述前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统、后端电磁谐波转换及参量检测系统和电热线圈包裹在密封外壳内，密封外壳能够对整个工作装置封装，用于保护工作装置。

进一步的，所述密封外壳内填充有隔热防水填充层，隔热防水填充层能够防止外界的湿热环境对损坏前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统，提高使用寿命。

进一步的，所述HMI/PLC一体化程序控制模块配套设置有系统算法控制软件，系统算法控制软件能够根据不同的使用环境调节输出给自适应频率算法产生模块的运行参数，提高装置的适用性。

进一步的，所述多谐波产生模块的多谐波发生器有效覆盖频率10-500Hz，多谐波产生模块有效覆盖频率广，能够提高装置的防蜡防垢的适用范围。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现实时监控非导磁承压介质输送管道中的原油介质的温度与前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的运行参数，根据不同的温度和井况通过一体机内的HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块控制磁场的频率和磁场强度，并且调整磁化距离，提高装置防蜡防垢的适用范围，并且提高装置阻蜡防垢后的缓蚀效果。

（2）前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的外壁分别包裹有铠装防护罩，能够对前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统起到隔离作用，减少干扰，并且能够提高使用寿命。

（3）前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统之间固定安装有电热线圈，电热线圈能够对非导磁承压介质输送管道内的原油介质温度进行调节。

（4）前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统、后端电磁谐波转换及参量检测系统和电热线圈包裹在密封外壳内，密封外壳能够对整个工作装置封装，用于保护工作装置。

（5）密封外壳内填充有隔热防水填充层，隔热防水填充层能够防止外界的湿热环境对损坏前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统，提高使用寿命。

（6）HMI/PLC一体化程序控制模块配套设置有系统算法控制软件，系统算法控制软件能够根据不同的使用环境调节输出给自适应频率算法产生模块的运行参数，提高装置的适用性。

（7）多谐波产生模块的多谐波发生器有效覆盖频率10-500Hz，多谐波产生模块有效覆盖频率广，能够提高装置的防蜡防垢的适用范围。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明的安装结构示意图。

图中标号说明：

1 电源滤波隔离降压模块；2控制及主电源适配模块；3 HMI/PLC一体化程序控制模块；4自适应频率算法产生模块；5多谐波产生模块；6 IGBT驱动及谐波功率产生模块；7前端电磁谐波转换及参量检测系统；8中部电磁谐波转换及参量检测系统；9后端电磁谐波转换及参量检测系统；10非导磁承压介质输送管道；11系统算法控制软件；12HMI/PLC一体机；13铠装防护罩；14电热线圈；15密封外壳；16隔热防水填充层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-3，原油采输管道全扫频电磁防蜡阻垢缓蚀装置，包括非导磁承压介质输送管道10，非导磁承压介质输送管道10为承压流体输送管，输送原油时不产生涡流效应,非导磁承压介质输送管道10的外壁依次套接安装有前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9均由电磁转换线圈和参量检测装置组成，且前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9中的电磁转换线圈产生的磁场为梯级谐波磁场，磁场的有源矢量依次增大，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9中的参量检测装置均与HMI/PLC一体机12电连接，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9的外壁分别包裹有铠装防护罩13，能够对前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9起到隔离作用，减少干扰，并且能够提高使用寿命，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9之间固定安装有电热线圈14，电热线圈14能够对非导磁承压介质输送管道10内的原油介质温度进行调节，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8、后端电磁谐波转换及参量检测系统9和电热线圈14包裹在密封外壳15内，密封外壳15能够对整个工作装置封装，用于保护工作装置，密封外壳15内填充有隔热防水填充层16，隔热防水填充层16能够防止外界的湿热环境对损坏前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9，提高使用寿命；

请参阅图1-2,HMI/PLC一体机12内设有电源滤波隔离降压模块1、控制及主电源适配模块2、HMI/PLC一体化程序控制模块3、自适应频率算法产生模块4、多谐波产生模块5和IGBT驱动及谐波功率产生模块6，电源滤波隔离降压模块1由滤波电路、降压隔离变压器和AC-DC转换模块组成，电源滤波隔离降压模块1的输出端与控制及主电源适配模块2电连接，分别提供控制及运行电源，为系统提供高质量稳定的电能供给，控制及主电源适配模块2的输出端电连接有HMI/PLC一体化程序控制模块3、自适应频率算法产生模块4、多谐波产生模块5和IGBT驱动及谐波功率产生模块6，主电源适配模块2为HMI/PLC一体化程序控制模块3、自适应频率算法产生模块4、多谐波产生模块5和IGBT驱动及谐波功率产生模块6供电，HMI/PLC一体化程序控制模块3与自适应频率算法产生模块4电连接，HMI/PLC一体化程序控制模块3配套设置有系统算法控制软件11，系统算法控制软件11能够根据不同的使用环境调节输出给自适应频率算法产生模块4的运行参数，提高装置的适用性，接受系统运行参数测控信号，实现算法产生、人机交互、运行控制、参数设定及运行参数、状态显示，自适应频率算法产生模块4接受HMI/PLC一体化程序控制模块3控制信号和运行监测的温度、电流反馈信号，运算产生频率参考信号，同时反馈给HMI/PLC一体化程序控制模块3，并为多谐波产生模块5提供频率源，多谐波产生模块5的多谐波发生器有效覆盖频率10-500Hz，多谐波产生模块5有效覆盖频率广，能够提高装置的防蜡防垢的适用范围,多谐波产生模块5接受自适应频率算法产生模块4的频率信号，同时根据运行监测的温度、电流反馈信号，产生不同频率和脉宽的直流脉冲信号，提供多谐波矢量磁场控制信号，稳定输出传输至IGBT驱动及谐波功率产生模块6，IGBT驱动及谐波功率产生模块6接受多谐波产生模块5的控制信号，经隔离驱动电路，送入IGBT模块，对数字谐波矢量磁场信号进行功率放大，提供有源功率数字谐波矢量磁场电流源，输送到电磁转换线圈。

工作时，原油介质在非导磁承压介质输送管道10流经，依次通过前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9，前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9中的参量检测装置将经过的原油介质的温度参数和电磁转换线圈的工作参数反馈给HMI/PLC一体化程序控制模块3，通过HMI/PLC一体化程序控制模块3实现算法产生、人机交互、运行控制、参数设定及运行参数和状态显示，自适应频率算法产生模块4接受HMI/PLC一体化程序控制模块3控制信号和运行监测的温度、电流反馈信号，运算产生频率参考型号，同时反馈给HMI/PLC一体机12，并为多谐波产生模块5提供频率源，多谐波产生模块5据运行监测的温度、电流反馈信号，产生不同频率和脉宽的直流脉冲信号，提供多谐波矢量磁场控制信号，稳定输出传输至IGBT驱动及谐波功率产生模块6，通过IGBT驱动及谐波功率产生模块6驱动前端电磁谐波转换及参量检测系统7、中部电磁谐波转换及参量检测系统8和后端电磁谐波转换及参量检测系统9协同运转，产生不同优选矢量的大功率谐波磁场，分别作用于不同距离的原油介质，可以实现实时监控非导磁承压介质输送管道中的原油介质的温度与前端电磁谐波转换及参量检测系统、中部电磁谐波转换及参量检测系统和后端电磁谐波转换及参量检测系统的运行参数，根据不同的温度和井况通过一体机内的HMI/PLC一体化程序控制模块、自适应频率算法产生模块、多谐波产生模块和IGBT驱动及谐波功率产生模块控制磁场的频率和磁场强度，并且调整磁化距离，提高装置防蜡防垢的适用范围，并且提高装置阻蜡防垢后的缓蚀效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。