CNG自控蒸汽清蠟車研制與應用

朱文琪,胡春梅,張紅杰,胡海明

(1.中原油田a.裝備處;b.培訓中心;c.采油六廠,河南 濮陽457001;2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730070)

CNG自控蒸汽清蠟車研制與應用

朱文琪1a,胡春梅1b,張紅杰1c,胡海明2

(1.中原油田a.裝備處;b.培訓中心;c.采油六廠,河南 濮陽457001;2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730070)

優化清蠟工藝,減少作業時間是提升油井產量的重要措施。傳統的清蠟方式存在能耗高、二氧化碳排放量大、入井液多、清蠟不徹底、成本高等缺點。分析傳統清蠟工藝影響原油產量的原因,研制了新型CNG自控清蠟車,生產蒸汽進行清洗。采用CNG為燃料,設計了先進的控制系統,使油井清蠟工藝達到安全、節能、環保及精細化的要求,提高了經濟效益。

清蠟設備;熱洗井;CNG;結構

目前,油井井筒清蠟通常采用水泥車、撬裝式自洗設備、加油基清蠟劑及工藝、電加熱桿或空心桿4種方式,存在燃料消耗量大、二氧化碳排放量大、入井液多、清蠟不徹底、運行費用高等缺點。這些傳統清蠟工藝還影響了原油產量,主要原因是:

1) 洗井液在井筒內的壓力高于油層壓力,影響地層滲透率。

2) 水泥車排量遠大于抽油泵抽汲量,使油井積液。

3) 入井水沒有計量系統,導致入井水總量和入井水流速不可控制。

針對上述情況,參考相關文獻[1-3],筆者研制了新型CNG自控蒸汽清蠟車,使油井清蠟工藝實現安全、節能、環保及精細化的要求,并減少了占產時間。

1 總體結構

CNG自控清蠟車的基本結構為車載式,以二類汽車底盤為安裝基座,其上安裝有柴油發電機組、燃燒機、車載特種鍋爐、陶瓷柱塞泵、水箱、控制系統等部件,結構如圖1所示。

圖1 車載式自控清蠟車總體結構

1) 臺板 由槽鋼、鋼板等型材組焊而成,被螺栓固定于汽車大梁上,用于支撐各部件,并作為操作人員工作的地板。

2) 車廂 為瓦楞板式廂體結構,廂體外部為瓦楞板焊接成型,內部為彩鋼板鋪設成型,中間為型材骨架,廂體周邊的合理位置開有維修門和窗戶,內部設有頂燈,頂部開有鍋爐維修更換的大天窗等。

3) 水箱 設計為方形結構,外部采用鋼板焊接成型,內部有加強骨架,并安裝有防波板。其設有加水口、放水口、液位計及各種管路接口等。

4) 燃燒機 是可燃CNG雙段火全自動控制燃燒機。燃燒機的工作電源為柴油發電機組提供的380VAC/50Hz電源。燃氣由入口經過燃氣電磁閥組控制的燃氣管路進入主燃燒器頭部,通過分布在燃燒頭上的燃氣噴孔噴出,與風機送來的空氣在擴散筒內混合形成可燃性氣體混合物,經點火后形成燃燒火焰。程序控制器控制整個燃燒過程,通過風壓開關監測風機的運轉及風量的匹配,通過燃氣壓力開關監測燃料的壓力高低是否滿足可燃燒條件,通過火焰監測信號判斷火焰的燃燒與熄滅[2]。

5) 燃氣儲存裝置 主要由主骨架、副骨架、壓緊機構、天然氣鋼瓶、扶梯等組成。主骨架采用型鋼制造,用于固定天然氣鋼瓶的竄動;副骨架采用型鋼、鋼板等制造,用于防護天然氣鋼瓶被碰撞及曝曬。

6) 燃氣減壓處理裝置 主要由加氣閥及截止閥、高壓壓力表及截止閥、高壓安全閥及截止閥、等組成,如圖2所示。換熱器的熱源為鍋爐提供的高溫熱水,采用自然循環的方式對天然氣進行減壓前的預熱。若管路上安裝有流量計時,則流量計能反映天然氣消耗的瞬時流量和累計流量。電磁聯合閥組能監測天然氣減壓后其壓力是否滿足可燃燒的條件。

7) 控制系統 主要由操作柜、溫度傳感器及二次儀表、壓力傳感器及二次儀表、天然氣減壓壓力儀表、柴油發電機組啟/停開關、系統電源開關、燃機啟/停開關、大火啟/停開關及各種指示燈等組成。當壓力傳感器失靈時,開啟壓力異常開關,系統可以繼續維持工作,此時系統不進行鍋爐出口壓力監測,只能人工觀察機械式壓力表的讀數,以確定當前作業壓力是否滿足作業的需求,同時系統無法自動進行超壓報警保護。當溫度傳感器失靈時,開啟溫度異常開關,系統可以繼續維持工作。此時系統不進行鍋爐出口溫度監測,只能人工觀察機械式溫度表的讀數,以確定當前作業溫度是否滿足作業的需求,同時系統無法自動進行大小火切換及超溫報警保護。當天然氣減壓系統在減壓過程中出現減壓失敗,并導致燃氣壓力異常時,系統自動切斷天然氣供給。

8) 車載鍋爐 基本結構為臥式、直管強迫循環燃氣鍋爐,可將工作介質(清水)加熱形成高溫高壓的水蒸汽。清潔低碳,結構簡單,熱效率高,熱損失少,有可靠的安全防爆裝置,燃燒時能有效感應爐膛壓力的變化。

圖2 燃氣減壓處理裝置的工藝流程

2 工作原理及技術參數

水由水箱通過吸入管路進入陶瓷柱塞泵,經加壓后進入車載特種鍋爐。水充滿盤管后啟動燃料供給系統,同時CNG燃料經減壓處理后進入燃燒器,啟動燃燒機進入自動點火程序。點火成功后,控制系統按設定壓力/溫度參數進行大小火切換及報警保護,從而將鍋爐中的工作介質(清水)加熱成高溫、高壓的水蒸氣,用于洗井作業。工藝流程如圖3所示。

圖3 CNG清蠟車的工藝流程

主要技術參數:

額定壓力 6 MPa

額定溫度 200℃

額定排量 3 000 L/h

3 技術創新點

車載自控清蠟系統采用三缸陶瓷柱塞泵,最大排量為2.5 m3/h,借助控制系統的變頻器改變電機轉速,從而實現排量自由調節。此系統自帶的水箱所存儲的水量可維持設備連續作業4～10 h,無需再單獨配備罐車,減少了作業強度和設備投入。在蒸汽洗井過程中,井口上行/下行電流有明顯降低,洗井效果較好,且在同等的熱值下,成本節約50%以上。該清蠟車設計合理,對提高油井產量、改善油井清蠟作業條件、節能減排、減輕勞動強度、減少作業費用等方面具有顯著效果,并且實現了精細化管理的目的,適應各種井況需要。能夠用于清除油管和輸油管中的結蠟、地面管線及設備的解凍、稠油稀釋等;也可作為活動熱源,廣泛用于加熱其他介質及清洗設備;可進行大、小排量洗井。

4 試驗結果

2012年,通過在中原油田分公司采油二廠的2口油井進行熱洗井作業,對該系統的性能指標和技術要求進行了驗證。

1) 3-182井 工作制度?38 mm×4.8 m×4.1 min-1×2 148 m。洗井前,日產液8 t,日產油2.9 t,含水63.8%。采用熱水洗井清蠟,恢復期4 d,30 d一洗。2012-03-25用車載自控清蠟系統洗井清蠟,用水9 m3,施工時間6 h,入井蒸汽溫度145℃,井口返液溫度66℃。洗前的抽油機電流17A/22A,嚴重不平衡。洗后電流16A/18A,抽油機運轉平衡。第2天含水恢復正常,日產液10 t,日產油3.6 t,含水64%,單井減少損失原油10.8 t,最大載荷降低了15 k N。示功圖對比如圖4～5。使用CNG清蠟車后,清蠟效果更好。

圖4 3-182井清蠟前示功圖

2) P3-C310井 工作制度?44 mm×4.8 m×4.0 min-1×1 810 m。洗井前,日產液8.3 t,日產油3.2 t,含水61.4%,抽油機電流19/19。采用熱水洗井清蠟,恢復期4 d,30 d一洗。2012-04-08采用蒸汽洗井,用水10 m3,用時6 h,入井溫144℃,井口返液溫度83℃。洗后第2天含水就恢復到洗前含水,日產液9.4 t,日產油3.5 t,含水62%,抽油機電流17A/18A。單井減少損失原油9.6 t,清蠟后載荷降低了20 k N。證明CNG清蠟車的效率高。

圖5 3-182井清蠟后示功圖

5 結論

1) 研制的CNG車載自控清蠟系統,有效解決了水泥車等熱洗清蠟設備高耗能、高污染、含水恢復周期長等問題,是一種新型、高效的設備。

2) 車載自控清蠟設備適應連續、間歇出液,日產液量在1～50 t的結蠟油井。在日產液量3～30 t的油井使用,效果更好。日產液量1～3 t油井的清蠟時間為7～9 h。平均單井只影響產量1.2 t。實現了精細化洗井,適用于各種井況。

3) 此系統在洗井過程中,介質溫度控制在約120℃,取代100℃以下熱水洗井方式,洗井效率大幅提高。單井洗井耗水量從30 m3降低至10 m3以下,節水率60%以上。

4) 此系統自帶的10 m3水箱可滿足單井洗井用水需要,無需傳統方式中所配套的2臺大型水罐車,減少了施工強度和設備投入。

5) 鍋爐燃料用CNG替代柴油,燃料費用節約50%以上,大幅降低了運行成本,且節能減排效果明顯。

[1] 魏傳峰,劉玉梅,周鋐,等.熱油清蠟車車載鍋爐雙燃料燃燒加熱系統研究[J].石油礦場機械,2007,36(2):48-52.

[2] 楊成,任蘇朝,牛文錄,等.LTJ5100TQ型蒸汽清蠟車技術改造[J].石油礦場機械,2013,42(6):67-69.

[3] 劉震東,巴鵬.熱洗車臺上鍋爐溫度、壓力實時檢測及報警系統研制[J].機械設計與制造,2003(3):8-9.

Development and Application of CNG Self-Control Paraffin Removal Machine

ZHU Wen-qi1a,HU Chun-mei1b,ZHANG Hong-jie1c,HU Hai-ming2
(1.a.Equipment Department;b.Training Center;c.No.6 Oil Production Plant,Zhongyuan Oilfield Company,Puyang 457001,China;2.Lanpec Technologies Limited,Lanzhou 730070,China)

Optimization of paraffin removal process and reduction of operating time are regarded as main actions of ramping up production.As known,traditional paraffin removal process has the following disadvantages,for example,more equipment energy consumption,high discharge of CO2,more fluid in borehole,uncompleted paraffin removal as well as high expenses.Through analysis of the reasons how the traditional paraffin removal process impacts the crude oil production,new type of CNG self-control paraffin removal machine has been created,which is working through cleaning by process steam,using CNG as fuel and controlling by advanced control system.All of the above measures can ensure the well paraffin removal work be safe,energy saving,environment friendly and sophisticated,at the same time,can also upgrade economic benefit.

paraffin removal unit;thermal well;CNG;structure

TE935

B

1001-3482(2014)02-0101-04

2013-09-10

朱文琪(1966-),男,河南濮陽人,高級工程師,1989年畢業于西南石油學院機械制造專業,現從事油田設備管理工作,E-mail:zbczwq@sina.com。