朱文琪,胡春梅,張紅杰,胡海明

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

CNG自控蒸汽清蠟車(chē)研制與應(yīng)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(xùn)中心;c.采油六廠,河南 濮陽(yáng)457001;2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司,蘭州730070)

優(yōu)化清蠟工藝,減少作業(yè)時(shí)間是提升油井產(chǎn)量的重要措施。傳統(tǒng)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(diǎn)。分析傳統(tǒng)清蠟工藝影響原油產(chǎn)量的原因,研制了新型CNG自控清蠟車(chē),生產(chǎn)蒸汽進(jìn)行清洗。采用CNG為燃料,設(shè)計(jì)了先進(jìn)的控制系統(tǒng),使油井清蠟工藝達(dá)到安全、節(jié)能、環(huán)保及精細(xì)化的要求,提高了經(jīng)濟(jì)效益。

清蠟設(shè)備;熱洗井;CNG;結(jié)構(gòu)

目前,油井井筒清蠟通常采用水泥車(chē)、撬裝式自洗設(shè)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(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。這些傳統(tǒng)清蠟工藝還影響了原油產(chǎn)量,主要原因是:

1) 洗井液在井筒內(nèi)的壓力高于油層壓力,影響地層滲透率。

2) 水泥車(chē)排量遠(yuǎn)大于抽油泵抽汲量,使油井積液。

3) 入井水沒(méi)有計(jì)量系統(tǒng),導(dǎo)致入井水總量和入井水流速不可控制。

針對(duì)上述情況,參考相關(guān)文獻(xiàn)[1-3],筆者研制了新型CNG自控蒸汽清蠟車(chē),使油井清蠟工藝實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能、環(huán)保及精細(xì)化的要求,并減少了占產(chǎn)時(shí)間。

1 總體結(jié)構(gòu)

CNG自控清蠟車(chē)的基本結(jié)構(gòu)為車(chē)載式,以二類(lèi)汽車(chē)底盤(pán)為安裝基座,其上安裝有柴油發(fā)電機(jī)組、燃燒機(jī)、車(chē)載特種鍋爐、陶瓷柱塞泵、水箱、控制系統(tǒng)等部件,結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車(chē)載式自控清蠟車(chē)總體結(jié)構(gòu)

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

2) 車(chē)廂 為瓦楞板式廂體結(jié)構(gòu),廂體外部為瓦楞板焊接成型,內(nèi)部為彩鋼板鋪設(shè)成型,中間為型材骨架,廂體周邊的合理位置開(kāi)有維修門(mén)和窗戶(hù),內(nèi)部設(shè)有頂燈,頂部開(kāi)有鍋爐維修更換的大天窗等。

3) 水箱 設(shè)計(jì)為方形結(jié)構(gòu),外部采用鋼板焊接成型,內(nèi)部有加強(qiáng)骨架,并安裝有防波板。其設(shè)有加水口、放水口、液位計(jì)及各種管路接口等。

4) 燃燒機(jī) 是可燃CNG雙段火全自動(dòng)控制燃燒機(jī)。燃燒機(jī)的工作電源為柴油發(fā)電機(jī)組提供的380VAC/50Hz電源。燃?xì)庥扇肟诮?jīng)過(guò)燃?xì)怆姶砰y組控制的燃?xì)夤苈愤M(jìn)入主燃燒器頭部,通過(guò)分布在燃燒頭上的燃?xì)鈬娍讎姵?與風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣在擴(kuò)散筒內(nèi)混合形成可燃性氣體混合物,經(jīng)點(diǎn)火后形成燃燒火焰。程序控制器控制整個(gè)燃燒過(guò)程,通過(guò)風(fēng)壓開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及風(fēng)量的匹配,通過(guò)燃?xì)鈮毫﹂_(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)燃料的壓力高低是否滿足可燃燒條件,通過(guò)火焰監(jiān)測(cè)信號(hào)判斷火焰的燃燒與熄滅[2]。

5) 燃?xì)鈨?chǔ)存裝置 主要由主骨架、副骨架、壓緊機(jī)構(gòu)、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(dòng);副骨架采用型鋼、鋼板等制造,用于防護(hù)天然氣鋼瓶被碰撞及曝曬。

6) 燃?xì)鉁p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?zé)崴?采用自然循環(huán)的方式對(duì)天然氣進(jìn)行減壓前的預(yù)熱。若管路上安裝有流量計(jì)時(shí),則流量計(jì)能反映天然氣消耗的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。電磁聯(lián)合閥組能監(jiān)測(cè)天然氣減壓后其壓力是否滿足可燃燒的條件。

7) 控制系統(tǒng) 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(fā)電機(jī)組啟/停開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)、燃機(jī)啟/停開(kāi)關(guān)、大火啟/停開(kāi)關(guān)及各種指示燈等組成。當(dāng)壓力傳感器失靈時(shí),開(kāi)啟壓力異常開(kāi)關(guān),系統(tǒng)可以繼續(xù)維持工作,此時(shí)系統(tǒng)不進(jìn)行鍋爐出口壓力監(jiān)測(cè),只能人工觀察機(jī)械式壓力表的讀數(shù),以確定當(dāng)前作業(yè)壓力是否滿足作業(yè)的需求,同時(shí)系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行超壓報(bào)警保護(hù)。當(dāng)溫度傳感器失靈時(shí),開(kāi)啟溫度異常開(kāi)關(guān),系統(tǒng)可以繼續(xù)維持工作。此時(shí)系統(tǒng)不進(jìn)行鍋爐出口溫度監(jiān)測(cè),只能人工觀察機(jī)械式溫度表的讀數(shù),以確定當(dāng)前作業(yè)溫度是否滿足作業(yè)的需求,同時(shí)系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行大小火切換及超溫報(bào)警保護(hù)。當(dāng)天然氣減壓系統(tǒng)在減壓過(guò)程中出現(xiàn)減壓失敗,并導(dǎo)致燃?xì)鈮毫Ξ惓r(shí),系統(tǒng)自動(dòng)切斷天然氣供給。

8) 車(chē)載鍋爐 基本結(jié)構(gòu)為臥式、直管強(qiáng)迫循環(huán)燃?xì)忮仩t,可將工作介質(zhì)(清水)加熱形成高溫高壓的水蒸汽。清潔低碳,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,熱效率高,熱損失少,有可靠的安全防爆裝置,燃燒時(shí)能有效感應(yīng)爐膛壓力的變化。

圖2 燃?xì)鉁p壓處理裝置的工藝流程

2 工作原理及技術(shù)參數(shù)

水由水箱通過(guò)吸入管路進(jìn)入陶瓷柱塞泵,經(jīng)加壓后進(jìn)入車(chē)載特種鍋爐。水充滿盤(pán)管后啟動(dòng)燃料供給系統(tǒng),同時(shí)CNG燃料經(jīng)減壓處理后進(jìn)入燃燒器,啟動(dòng)燃燒機(jī)進(jìn)入自動(dòng)點(diǎn)火程序。點(diǎn)火成功后,控制系統(tǒng)按設(shè)定壓力/溫度參數(shù)進(jìn)行大小火切換及報(bào)警保護(hù),從而將鍋爐中的工作介質(zhì)(清水)加熱成高溫、高壓的水蒸氣,用于洗井作業(yè)。工藝流程如圖3所示。

圖3 CNG清蠟車(chē)的工藝流程

主要技術(shù)參數(shù):

額定壓力 6 MPa

額定溫度 200℃

額定排量 3 000 L/h

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

車(chē)載自控清蠟系統(tǒng)采用三缸陶瓷柱塞泵,最大排量為2.5 m3/h,借助控制系統(tǒng)的變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)排量自由調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)自帶的水箱所存儲(chǔ)的水量可維持設(shè)備連續(xù)作業(yè)4～10 h,無(wú)需再單獨(dú)配備罐車(chē),減少了作業(yè)強(qiáng)度和設(shè)備投入。在蒸汽洗井過(guò)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(jié)約50%以上。該清蠟車(chē)設(shè)計(jì)合理,對(duì)提高油井產(chǎn)量、改善油井清蠟作業(yè)條件、節(jié)能減排、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、減少作業(yè)費(fèi)用等方面具有顯著效果,并且實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管理的目的,適應(yīng)各種井況需要。能夠用于清除油管和輸油管中的結(jié)蠟、地面管線及設(shè)備的解凍、稠油稀釋等;也可作為活動(dòng)熱源,廣泛用于加熱其他介質(zhì)及清洗設(shè)備;可進(jìn)行大、小排量洗井。

4 試驗(yàn)結(jié)果

2012年,通過(guò)在中原油田分公司采油二廠的2口油井進(jìn)行熱洗井作業(yè),對(duì)該系統(tǒng)的性能指標(biāo)和技術(shù)要求進(jìn)行了驗(yàn)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(chǎn)液8 t,日產(chǎn)油2.9 t,含水63.8%。采用熱水洗井清蠟,恢復(fù)期4 d,30 d一洗。2012-03-25用車(chē)載自控清蠟系統(tǒng)洗井清蠟,用水9 m3,施工時(shí)間6 h,入井蒸汽溫度145℃,井口返液溫度66℃。洗前的抽油機(jī)電流17A/22A,嚴(yán)重不平衡。洗后電流16A/18A,抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。第2天含水恢復(fù)正常,日產(chǎn)液10 t,日產(chǎn)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(duì)比如圖4～5。使用CNG清蠟車(chē)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(chǎn)液8.3 t,日產(chǎn)油3.2 t,含水61.4%,抽油機(jī)電流19/19。采用熱水洗井清蠟,恢復(fù)期4 d,30 d一洗。2012-04-08采用蒸汽洗井,用水10 m3,用時(shí)6 h,入井溫144℃,井口返液溫度83℃。洗后第2天含水就恢復(fù)到洗前含水,日產(chǎn)液9.4 t,日產(chǎn)油3.5 t,含水62%,抽油機(jī)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(chē)的效率高。

圖5 3-182井清蠟后示功圖

5 結(jié)論

1) 研制的CNG車(chē)載自控清蠟系統(tǒng),有效解決了水泥車(chē)等熱洗清蠟設(shè)備高耗能、高污染、含水恢復(fù)周期長(zhǎng)等問(wèn)題,是一種新型、高效的設(shè)備。

2) 車(chē)載自控清蠟設(shè)備適應(yīng)連續(xù)、間歇出液,日產(chǎn)液量在1～50 t的結(jié)蠟油井。在日產(chǎn)液量3～30 t的油井使用,效果更好。日產(chǎn)液量1～3 t油井的清蠟時(shí)間為7～9 h。平均單井只影響產(chǎn)量1.2 t。實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化洗井,適用于各種井況。

3) 此系統(tǒng)在洗井過(guò)程中,介質(zhì)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(jié)水率60%以上。

4) 此系統(tǒng)自帶的10 m3水箱可滿足單井洗井用水需要,無(wú)需傳統(tǒng)方式中所配套的2臺(tái)大型水罐車(chē),減少了施工強(qiáng)度和設(shè)備投入。

5) 鍋爐燃料用CNG替代柴油,燃料費(fèi)用節(jié)約50%以上,大幅降低了運(yùn)行成本,且節(jié)能減排效果明顯。

[1] 魏傳峰,劉玉梅,周鋐,等.熱油清蠟車(chē)車(chē)載鍋爐雙燃料燃燒加熱系統(tǒng)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2007,36(2):48-52.

[2] 楊成,任蘇朝,牛文錄,等.LTJ5100TQ型蒸汽清蠟車(chē)技術(shù)改造[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2013,42(6):67-69.

[3] 劉震東,巴鵬.熱洗車(chē)臺(tái)上鍋爐溫度、壓力實(shí)時(shí)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)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(yáng)人,高級(jí)工程師,1989年畢業(yè)于西南石油學(xué)院機(jī)械制造專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事油田設(shè)備管理工作,E-mail:zbczwq@sina.com。