Удаление магнитных частиц из текучей среды

УДАЛЕНИЕ МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В изобретении раскрыто устройство (70) для удаления магнитных частиц из жидкости или взвеси,которое содержит генератор (72) вытянутого магнитного поля, корпус (71), отделяющий генератор(72) от жидкости или взвеси, магнитное поле, проходящее через корпус (71), приводящее к тому,что магнитные частицы во взвеси притягиваются к устройству (70) и удерживаются на корпусе(71), а также средство для удаления притянутых частиц из поля, генерируемого генератором (72),позволяющее удалять частицы из устройства (70). Кроме того, предложена система для удаления магнитных частиц из жидкости или взвеси, содержащая один или несколько магнитов, причем магнит или каждый из них заключен в корпус, присоединенный к каркасу. Каркас расположен в канале течения текучей среды, в результате чего корпус или каждый из них, по меньшей мере,частично погружен в текучую среду. 017472 Область, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к установке для удаления магнитных частиц из текучей среды. Установка имеет конкретное применение в нефтегазовой промышленности в связи с отделением железосодержащей стружки от текучего или вязкого жидкого бурового раствора. Уровень техники Нефтяные и газовые скважины обычно имеют свои стволы, облицованные стальными трубами,обычно именуемыми обсадными колоннами. В старых скважинах, когда добыча нефти или газа падает ниже экономически целесообразных уровней, часто бывает полезно использовать по меньшей мере часть ствола скважины. Для обеспечения этой возможности одна альтернатива состоит в полном удалении обсадной колонны. Однако более экономично просто выбурить трубопровод или, по меньшей мере, пробурить отверстие в трубопроводе. Это отверстие можно использовать для вывода буровой установки из ствола скважины и достижения новой части коллектора. Очевидно, такой способ сопряжен с выработкой большого количества стальной стружки, поступающей в основном из трубопровода. Стружка смешивается в процессе бурения с большим количеством бурового раствора (взвеси) либо из ствола скважины, либо от его введения в качестве смазки. Обычно смесь бурового раствора со стружкой содержит достаточное количество воды для обеспечения текучести смеси. В силу высокого содержания стали в буровом растворе, поступающего в ствол скважины, и его потенциальной опасности, отчасти вследствие остроты содержащихся в нем металлических обломков, утилизация или повторное использование бурового раствора может быть затруднено. Один способ очистки предусматривает просто удаление избытка воды из смеси с последующим отделением крупных кусков стружки вручную. Этот режим отделения, несомненно, занимает много времени и представляет опасность. Задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной установки для отделения твердых магнитных или намагничиваемых частиц от системы текучей среды и, в частности, установки, которую можно применять в нефтяной и газовой промышленности. Раскрытие изобретения Согласно первому аспекту изобретения предусмотрено устройство (70) для удаления магнитных частиц стружки из жидкости или взвеси (суспензии) при газовых или нефтяных работах, причем устройство (70) содержит генератор (72) вытянутого магнитного поля, корпус (71), отделяющий генератор (72) от жидкости или взвеси, при этом магнитное поле, проходящее через корпус (71), приводит к тому, что магнитные частицы во взвеси притягиваются к устройству (70) и удерживаются на корпусе (71), средство для удаления, взаимодействующее с внешней частью корпуса, указанное средство для удаления выполнено с возможностью удаления притянутых частиц из магнитного поля, генерируемого генератором (72),позволяющее удалять частицы из устройства (70), при этом указанное средство для удаления содержит очистной барьер (75), взаимодействующий с внешней частью корпуса (71), при этом генератор вытянутого магнитного поля выполнен с возможностью перемещения относительно очистного барьера между первой позицией и второй позицией, причем движение обуславливает выход частиц из поля, генерируемого указанным генератором. Предпочтительно устройство содержит спиральное средство очистки, вращающееся вокруг оси генератора магнитного поля, причем внутренняя поверхность средства очистки входит в контакт с корпусом, и вращение средства очистки перемещает притянутые частицы из поля, генерируемого генератором. В альтернативном варианте устройство предпочтительно включает в себя очистной барьер, входящий в контакт с корпусом вокруг генератора, причем барьер может перемещаться между первой и второй позициями, причем движение выталкивает частицы из поля, генерируемого генератором. Таким образом, частицы можно легко удалять из устройства. Преимущественно магнитный генератор содержит стопку магнитов перемежающейся полярности вдоль длины генератора. В качестве дополнительной возможности магнитные полюсы ориентированы вдоль длины оси генератора поля. Магнитное поле генерирует уровни для выталкивания из устройства, что помогает при движении частиц. В альтернативном варианте полюсы ориентированы перпендикулярно оси генератора поля. Магнитное поле способствует движению частиц вдоль оси устройства. Согласно второму аспекту изобретения предусмотрена система для удаления магнитных частиц стружки из жидкости или взвеси при газовых или нефтяных работах, содержащая множество устройств,раскрытых выше, причем система содержит корпус или каркас для удержания указанных устройств, при этом указанный корпус или каркас выполнены с возможностью размещения в канале течения текучей среды, таким образом, что каждое устройство, по меньшей мере, частично погружено в жидкость или взвесь. Краткое описание чертежей Изобретение будет описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые демонстрируют, в порядке примера, варианты осуществления установки удаления стружки. На чертежах фиг. 1a - вид сбоку первого варианта осуществления установки удаления стружки;-1 017472 фиг. 1b - вид с торца первой установки, показанной на фиг. 1a; фиг. 2a, b - виды сбоку, иллюстрирующие вариант осуществления, показанный на фиг. 1a и 1b; фиг. 3a, 3b - виды сбоку, иллюстрирующие первую конфигурацию варианта осуществления, показанного на фиг. 1; фиг. 4a, 4b - виды сбоку, иллюстрирующие вторую конфигурацию варианта осуществления, показанного на фиг. 1a, b; фиг. 5a-5e - схемы магнитных элементов и средства соединения элементов друг с другом; фиг. 6a, 6b - детальные виды сбоку и с торца средства привода для использования в установке; фиг. 7 - две конфигурации второго варианта осуществления установки удаления стружки; фиг. 8a-8d - конфигурации в процессе использования установки, показанной на фиг. 7; фиг. 9 - другой пример второго варианта осуществления установки удаления стружки; фиг. 10 - система установки удаления стружки согласно второму варианту осуществления; фиг. 11a, 11b - две ориентации магнитов во втором варианте осуществления и фиг. 12 - другая установка для использования согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1a, b. Осуществление изобретения На фиг. 1 и 2 показан общий вид установки, объединяющий два варианта осуществления изобретения для использования в качестве устройства удаления стружки, удаляющего стружку из глинистого бурового раствора. Согласно фиг. 1 стружка удаляется из бурового раствора, текущего справа налево. Показанная установка содержит две разные секции, которые действуют совместно для удаления максимального процента стружки. В первой секции буровой раствор проходит через ряд стальных труб 11 установки 10, причем через эти трубы 11 циркулирует бесконечная цепь магнитов, движущихся в направлении, противоположном потоку бурового раствора. Во второй секции буровой раствор проходит через ряд неподвижных магнитов 13, причем магниты 13 удаляют любую стружку, не захваченную в первой секции. На фиг. 2 схематически показана установка 10, имеющая ряд магнитов 21, соединенных друг с другом в бесконечную цепь, протягиваемую через стальную трубу 22 а. Движущая сила для перемещения магнитов 21 обеспечивается вращающимся приводным зубчатым колесом 23. Стружка, притянутая к магнитам 21, удерживается снаружи стальной трубы 22 а и тянется магнитами 21 вдоль трубы 22 а. В конце концов, движению стружки вдоль трубы 22 а препятствует муфта 24, размещенная на трубе 22 а. По мере того как магниты 21 продолжают двигаться вдоль трубы, магнитная сила, удерживающая стружку на трубе 22 а, ликвидируется, и стружка падает в желоб 25 для сбора. Установка 10 более подробно показана на фиг. 1 и содержит ряд магнитов 21, соединенных друг с другом с образованием цепи 12. Цепь 12 протягивается через трубу 22 а средством привода 26, установленным на опорной раме 27. Движущая сила для средства привода 26 обеспечивается двигателем 28,приводящим в движение вал 29, установленный на подшипниках 30, на котором установлено ведущее зубчатое колесо 31. Ведущее зубчатое колесо 31 содержит ряд лопаток или выступов 32 для сцепления с цепью 12 магнитов, для переноса цепи 12 по трубе 22 а. На фиг. 1b показана установка, имеющая четыре магнитные цепи и трубы 22 а-d, установленные параллельно друг другу, что позволяет создавать магнитное поле по всей ширине канала 33, несущего буровой раствор. Таким образом, весь объем бурового раствора подвергается действию магнитных полей для удаления металлической стружки. Согласно фиг. 1b ведущие зубчатые колеса, связанные с цепями, установлены на общем валу. Кроме того, стружка, собранная из каждой трубы, собирается в общий желоб 25. Вышеописанная конфигурация позволяет использовать установку в каналах бурового раствора с разной формой поперечного сечения. Это показано на фиг. 3 и 4. На фиг. 3a, b канал 33 имеет прямоугольное поперечное сечение и стальные трубы 34a-d выровнены друг с другом таким образом, что нижняя точка каждой трубы 34a-d находится, по существу, на том же расстоянии от канала 33, что и нижняя точка соседней трубы. Согласно фиг. 4 а, 4b канал 43 глубже с одной стороны. Наклоняя средство привода, связанное с определенной трубой из труб 44 а-d, трубы можно глубже опускать в канал, чтобы стружка не проскальзывала под трубой. Вид сбоку труб, показанный на фиг. 4 а, демонстрирует неперекрывающуюся конфигурацию труб. Специалисту очевидно, что, таким образом, установку можно использовать в каналах с другой формой поперечного сечения, чем описано выше. Что касается магнитной цепи, она более подробно показана на фиг. 5a-d. Базовый блок для цепи показан на фиг. 5 а-c и содержит магнит со средством его соединения с соседними магнитами. Базовый магнитный блок содержит, по существу, цилиндрический магнитный элемент или магнит 50, выполненный из переходного металла, имеющий цилиндрическое отверстие вдоль своей оси. Полюсные башмаки 51 а, 51b присоединены к концу магнита 50. Полюсные башмаки 51 а, 51b выполнены из магнитно-мягкого железа и призваны направлять магнитный поток из трубы для усиления притяжения стружки в потоке бурового раствора. Изнашиваемые диски 52 а, 52b, устойчивые к износу, прикреплены к каждому полюсному башмаку 51 а, 51b. Из чертежей следует, что диаметр изнашиваемых дисков 52 а,52b больше, чем у магнита 50 и полюсных башмаков 51, для обеспечения защитного действия изнаши-2 017472 ваемых дисков 52 а, 52b. Элементы 50, 51 и 52 можно быстро удалять и заменять, при необходимости,аналогичными блоками. Для обеспечения скрепления магнитов друг с другом на первом конце предусмотрен блок с приемной серьгой 57 и на втором конце с соответствующей вставной серьгой 58. Для обеспечения крепления базового блока на сборке крепится шпилька 53, проходящая через отверстия в магните 50, полюсных башмаках 51 а, 51b и изнашиваемых дисках 52 а, 52b. Винт или болт проходит через отверстия 54, 55 в серьгах 57, 58 и через шпильку 53. Таким образом, для соединения соседних магнитов серьги соседних магнитных блоков выравниваются, причем противоположные полюсы располагаются рядом друг с другом и соединяются друг с другом, что позволяет блокам поворачиваться относительно друг друга. Благодаря соединению друг с другом достаточного количества блоков образуется бесконечная цепь, которая проходит через стальную трубу и почти полностью охватывается ею. В ходе эксплуатации было обнаружено, что необходимо обращать внимание на обеспечение разрывов в магнитном поле, чтобы стружка могла выходить из трубы, чтобы внешняя поверхность трубы 22 вокруг участка муфты 24 оставалась свободной от стружки. Одно решение этой проблемы состоит в замене магнита в чередующихся звеньях пустым, немагнитным элементом 56. Таким образом, по мере движения цепи по трубе участок вокруг муфты 24 периодически подвергается действиям магнитных полей, которые недостаточно сильны, чтобы удерживать стружку, что позволяет стружке падать в желоб 25 для сбора. Очевидно, что ослабления поля можно добиваться разными способами. Например, по аналогии с вышеописанным вариантом осуществления можно исключить каждый третий, четвертый и т.д. магнит. Альтернативно или дополнительно, можно увеличить расстояние между магнитами. Хотя было выявлено преимущество включения зазоров в поле, это не обязательно, и можно допустить нарастание количества стружки на участке муфты, пока она не упадет в желоб под собственным весом. На фиг. 5 е показано альтернативное, более гибкое средство соединения 59 между соседними магнитами, допускающее искривление цепи в двух местах. На фиг. 6 а, 6b показан механизм привода цепи, включающей в себя магнитные блоки, показанные на фиг. 5 а-5d, где изображен вращающий агрегат. Ведущее зубчатое колесо 60 установлено на вращающемся валу 61. Магнит удерживается между зубьями 62 ведущего зубчатого колеса 60, и когда колесо 60 вращается, бесконечная цепь магнитов протаскивается по трубе 22. Ослабление гайки 63 позволяет вращать агрегат вокруг вала 61 для изменения ориентации стальной трубы 22 вышеописанным образом. После установки трубы 22 в нужной ориентации гайку 63 можно затянуть. Натяжения цепи магнитов можно добиться с использованием регулятора натяжения 64. Это позволяет эффективно перемещать ведущее зубчатое колесо для увеличения или уменьшения длины пути, проходимого цепью. Таким образом, в процессе эксплуатации опорная рама располагается над каналом, по которому течет буровой раствор, содержащий стружку. Механизм привода и стальные трубы, через которые протягиваются магнитные цепи, размещены на опорной раме, в результате чего опоры стальных труб, направляющих цепь, располагаются вблизи дна канала и достаточно разнесены, чтобы промежуток между трубами был достаточно мал, чтобы вся ширина бурового раствора в канале подвергалась действию магнитного поля. При необходимости, трубу можно наклонять, чтобы обеспечивать согласование конфигурации труб с формой канала. Кроме того, трубы выровнены так, чтобы цепь двигалась в трубе против потока бурового раствора в секции трубы под поверхностью бурового раствора. Затем активируется средство привода, обеспечивающее циркуляцию магнитной цепи в трубе. Буровому раствору позволяют течь по каналу. Когда буровой раствор течет мимо труб, металлическая стружка притягивается к трубе и благодаря циркуляции цепи выносится из бурового раствора вдоль внешней поверхности трубы, пока не достигнет муфты 24. Когда магнитный элемент 50 цепи совместно с частицами стружки, которые притягивает этот элемент 50, проходит через муфту 24, магнитное поле, удерживающее частицы стружки, ослабевает, и частицы стружки падают с трубы в желоб для сбора. С использованием вышеописанной установки и типичного бурового раствора, содержащего стружку, примерно 800-1000 галлонов бурового раствора было обработано со скоростью выдачи 1 т/ч стружки. На фиг. 7 показана вторая секция установки, показанной на фиг. 1. Согласно фиг. 7 штанга 70 (устройство для удаления магнитных частиц стружки) содержит внешний трубчатый стальной корпус 71,закрытый на своем нижнем используемом конце во избежание проникновения воды в трубчатый корпус 71. Смонтированный с возможностью скольжения в корпусе 71 генератор 72 вытянутого магнитного поля, например, в виде цилиндрического магнита способен двигаться из нижней позиции (вид слева) в верхнюю позицию очистки (вид справа). Магнит 72 в альтернативном варианте содержит редкоземельные магниты 77 и полюсные башмаки 78 из магнитно-мягкого железа, опять же, для направления линий потока из корпуса 71. В этой секции магниты 77 ориентированы в соотношении N-N, S-S с соседними магнитами. Согласно фиг. 7 высота магнита составляет примерно половину высоты корпуса 71. Валштанга 73 установлена на его первом конце до верхнего конца магнита 72 и проходит через верхний,открытый конец корпуса 71. Уплотнитель установлен на открытом конце во избежание проникновения воды. Второй конец вала 73 содержит ручку 74 для манипуляции штангой 70.-3 017472 Штанга 70 дополнительно включает в себя очистной барьер 75 в виде стопора стружки в форме кольца, смонтированный вокруг внешней поверхности корпуса 71 и на высоте верхней части магнита 72,когда магнит 72 находится в своей нижней позиции. Опора 76 позволяет удерживать штангу 70 на месте в канале с помощью соответствующей рамы. В процессе эксплуатации устройство 70 для удаления магнитных частиц стружки в виде штанги или ряда штанг 70 располагаются в канале. Магнит 72 опускается в корпус 71 с использованием штанги для стружки. Поток бурового раствора в канале начинается, и по мере того, как буровой раствор течет вокруг штанги 70, стружка в буровом растворе притягивается к корпусу 71 и удерживается там магнитом 72. Когда собрано достаточное количество стружки штанга 70 поднимается из потока бурового раствора. Ручка 74 используется для вытягивания магнита 72 от одного конца корпуса 71 к другому. Когда это происходит, накопленная стружка протягивается вдоль корпуса, пока она не достигнет стопора 75. В конце концов, когда магнит 72 целиком вытянут над уровнем стопора 75, стружка падает предпочтительно в подходящий сосуд для сбора. На фиг. 8 а-8d показан альтернативный вариант осуществления, содержащий ряд штанг 80, прикрепленных к каркасу 81. Штанги 80 содержат внешний корпус, выполненный из стали. В корпусе располагается ряд магнитов, закрепленных на месте и разделенных полюсными башмаками, как описано выше. Магниты могут быть ориентированы по отношению к соседним магнитам в конфигурации N-S, N-N илиS-S. Каркас 89 сконструирован в соответствии с каналом 82, по которому течет буровой раствор, в результате чего штанги 80 следуют контурам канала 82. В процессе эксплуатации, когда на штангах 80 накапливается достаточно стружки, каркас 81 поднимается из канала 82 и стружка удаляется обычно вручную. Затем каркас 81 можно снова поместить в канал. На фиг. 9 показан дополнительный вариант осуществления штанг, показанных на фиг. 7. Штанга 100 сконструирована с возможностью самоочистки, что, опять же, минимизирует время, необходимое оператору для осуществления обслуживания. Штанга 100 содержит центральный вал 101, который содержит ряд магнитов, соединенных друг с другом таким же образом, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 7. Штанга 100 дополнительно содержит спираль 102, обвитую вокруг вала 101: причем внутренняя поверхность спирали 102 прилегает к поверхности вала 101. Спираль 102 установлена с возможностью вращения, и ее движение вокруг вала 101 обеспечивает двигатель 103, который приводит спираль 102 в движение в указанном направлении; поэтому спираль действует по тому же принципу, что и традиционный бурав. Очевидно, что всякая стружка, притянутая магнитами, находящимися в валу 101, проталкивается спиралью 102 вверх по валу 101 к двигателю 103. В конце концов, когда стружка достигает верхней половины вала 101, магнитное притяжение, оказываемое на стружку находящимися в валу 101 магнитами,ослабевает, в результате чего сила становится недостаточной для удержания стружки, которая, вследствие этого, падает со штанги 100. Штанга 100 ориентирована под углом около 45 к горизонтали для того,чтобы при отсоединении стружки от штанги она не падала обратно на штангу 100, а падала в элемент для сбора (не показан). На фиг. 10 показана система штанг 110, показанных на фиг. 9. Система содержит четыре штанги 110 (которые соответствуют вышеописанной штанге 100), установленные совместно и размещенные вертикально в канале (не показан), по которому течет буровой раствор, из которого нужно удалить стружку. Система имеет дополнительную штангу 104 такого же типа, что и штанга 100, которая ориентирована горизонтально. Штанга 104 расположена так, что магнитные элементы штанги 110 располагаются достаточно близко к немагнитным участкам вертикально ориентированных штанг 100 для удаления любой стружки из этих участков вертикально ориентированных штанг 100. В процессе эксплуатации стружка, удаляемая из потока бурового раствора штангами 110, переносится спиралями 102 вверх по валу 101 штанги 110. В итоге стружка переносится на немагнитный участок штанг 110. Там стружка притягивается к магнитному участку штанги 104. Оттуда стружка переносится вдоль штанги 104 спиралью 102 в направлении двигателя 105. Стружка переносится на немагнитный участок штанги 104, откуда она падает под действием собственного веса и может собираться в соответствующем контейнере. На фиг. 11a, b показаны две ориентации магнитов, содержащихся в штангах. Согласно фиг. 11a северный полюс магнита 120 располагается вдоль одной стороны длины внутреннего сердечника 121 штанги 122. Из вида в разрезе штанги видно, что результирующий магнитный поток выходит наружу из штанги и симметричен в плоскости, проходящей от северного полюса к южному полюсу. В конфигурации, показанной на фиг. 11b, магниты 125 располагаются в виде стопки, создавая ряд перемежающихся полюсов 126. Как следует из вида в поперечном сечении стопки магнитов, показанном под основным чертежом штанги. В этой конкретной конфигурации магнитный поток способствует перемещению стружки вдоль штанги, поскольку линии потока соединяют соседние магниты. В дополнительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 а, два вышеописанных варианта осуществления можно использовать совместно друг с другом. В этом варианте осуществления вышеописанная установка, включающая в себя бесконечную цепь, используется до штанг, причем штанги эффективно используются для сбора стружки, которую не выбрало цепное устройство.-4 017472 На фиг. 12 показан дополнительный вариант осуществления установки, включающей в себя бесконечную цепь, причем установка конкретно предназначена для использования в условиях, где место для оборота цепи ограничено и где путь прохождения цепи включает в себя участки высокой кривизны. Помимо вышеописанных признаков установка включает в себя редукторный механизм 130, который помогает двигателю (фиг. 1, 28) циркулировать цепь и гарантирует надлежащее натяжение цепи. В альтернативном варианте осуществления, который не показан, стружку можно удалять со стальной трубы щеточным средством. Такое щеточное средство особенно пригодно для использования, когда магнитное поле, генерируемое магнитной цепью, по существу, непрерывно, и, по меньшей мере, достаточно для удержания стружки на трубе на участке муфты. Очевидно, что вариант осуществления, представленный на фиг. 7-11, предусматривающий применение неподвижных магнитов, и вариант осуществления, предусматривающий применение движущихся магнитов, можно использовать независимо друг от друга. В ряде случаев более компактную конфигурацию неподвижных магнитов легче развертывать и обслуживать, тогда как в других случаях более пригодна конфигурация движущихся магнитов. Очевидно, что изобретение не ограничивается описанными здесь конкретными деталями, которые приведены исключительно для примера, и что объем прилагаемой формулы изобретения допускает различные модификации и изменения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (70) для удаления магнитных частиц стружки из жидкости или взвеси при газовых или нефтяных работах, причем устройство (70) содержит генератор (72) вытянутого магнитного поля,корпус (71), отделяющий генератор (72) от жидкости или взвеси, при этом магнитное поле, проходящее через корпус (71), приводит к тому, что магнитные частицы во взвеси притягиваются к устройству (70) и удерживаются на корпусе (71), средство для удаления, позволяющее удалять частицы с устройства (70),при этом указанное средство для удаления содержит очистной барьер (75), смонтированный вокруг внешней части корпуса (71), при этом генератор вытянутого магнитного поля выполнен с возможностью перемещения относительно очистного барьера между первой позицией и второй позицией, причем его перемещение обуславливает выход частиц из поля, генерируемого указанным генератором. 2. Устройство по п.1, в котором генератор магнитного поля содержит стопку магнитов перемежающейся полярности вдоль длины указанного генератора. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором магнитные полюсы ориентированы вдоль длины оси указанного генератора магнитного поля. 4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором полюсы ориентированы перпендикулярно оси генератора магнитного поля. 5. Система для удаления магнитных частиц стружки из жидкости или взвеси при газовых или нефтяных работах, содержащая множество устройств согласно любому из пп.1-4, причем система содержит корпус или каркас для удержания указанных устройств, при этом указанный корпус или каркас выполнены с возможностью размещения в канале течения текучей среды таким образом, что каждое устройство,по меньшей мере, частично погружено в жидкость или взвесь.