李衛(wèi)權(quán)　白田增　吳　德　富玉?！x忠建　任　嚴(yán)（.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系，河北承德　067000；.渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北任丘　0655）

自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器的研制與應(yīng)用

李衛(wèi)權(quán)1白田增2吳德2富玉海2儀忠建2任嚴(yán)2
（1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械工程系，河北承德067000；2.渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北任丘062552）

鉆井、井下作業(yè)及油井測(cè)試過(guò)程中將產(chǎn)生含有較多甲烷、乙烷以及少量易揮發(fā)的液態(tài)烴及微量的二氧化碳、氮、硫化氫等雜質(zhì)的伴生氣，給安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患。為了解決該問(wèn)題，研發(fā)了自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器，該裝置用太陽(yáng)能電池板提供能源，當(dāng)伴生氣壓力超過(guò)0.1 MPa時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)打火點(diǎn)燃液化氣，引燃燃燒區(qū)內(nèi)伴生氣?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，拆裝、運(yùn)輸方便，使用過(guò)程中不產(chǎn)生明火，比以往同類(lèi)手動(dòng)產(chǎn)品更加安全可靠。

井下作業(yè)；自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器；伴生氣；低壓點(diǎn)火；安全生產(chǎn)

在鉆井、井下作業(yè)及油井測(cè)試過(guò)程中，尤其是排液過(guò)程，經(jīng)常會(huì)有伴生氣隨地層流體一起從油層中逸出，伴生氣含有大量甲烷、乙烷等低分子烷烴以及微量的二氧化碳、氮、硫化氫等［1-3］，氣體濃度較高時(shí)常常聚集在儲(chǔ)液池周?chē)鸁o(wú)法散去，不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)存在閃爆等較大安全隱患。

目前油田通用的伴生氣點(diǎn)火燃燒方式有2種，一是將點(diǎn)燃的火炬投擲到伴生氣管道出口進(jìn)行點(diǎn)燃；二是手工控制電器開(kāi)關(guān)，讓其在伴生氣管道出口處產(chǎn)生高壓放電，將伴生氣點(diǎn)燃。但這兩種點(diǎn)火方式存在以下弊端：一是無(wú)法判斷出口是否存在伴生氣，不管是投擲火炬點(diǎn)火，還是高壓放電點(diǎn)火均無(wú)法準(zhǔn)確把握點(diǎn)火時(shí)機(jī)，可能造成氣體逸散，發(fā)生次生事故；二是火炬投擲點(diǎn)火效率低，而手工控制電器開(kāi)關(guān)點(diǎn)火使用220伏交流電，需專(zhuān)配發(fā)電機(jī)；三是明火存在較大安全隱患。為消除伴生氣點(diǎn)火存在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保施工，自主研發(fā)了自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)低氣量全自動(dòng)點(diǎn)火。

1　技術(shù)分析

1.1結(jié)構(gòu)

分體式自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器，主要由不銹鋼燃燒器主體、防風(fēng)罩、液化氣罐、自動(dòng)點(diǎn)火控制箱、進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)、太陽(yáng)能電池板、蓄電池及進(jìn)氣管道組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。罐體和自動(dòng)點(diǎn)火控制箱分置在底板兩側(cè)，罐體內(nèi)部盛有水且該罐體頂端連通設(shè)置有一上端開(kāi)口的燃燒桶，燃燒桶底部側(cè)面設(shè)有一用于輸送伴生氣的管接頭，外接有一用于輸送液化氣的進(jìn)氣口，管線經(jīng)自動(dòng)點(diǎn)火控制箱進(jìn)入到燃燒桶內(nèi)。自動(dòng)點(diǎn)火控制箱內(nèi)部設(shè)有用于控制點(diǎn)燃液化氣的點(diǎn)火控制機(jī)構(gòu)，控制箱由太陽(yáng)能電池供電。

圖1　分體式自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器結(jié)構(gòu)

1.2工作原理

施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)分離器分離后產(chǎn)生的伴生氣最小壓力達(dá)到0.1 MPa時(shí)，就能經(jīng)過(guò)進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)進(jìn)入不銹鋼燃燒主體。進(jìn)氣控制機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)到壓力信號(hào)并反饋至自動(dòng)點(diǎn)火控制箱，自動(dòng)點(diǎn)火控制箱通過(guò)控制軟件系統(tǒng)將液化氣閥門(mén)打開(kāi)，然后控制自動(dòng)點(diǎn)火器點(diǎn)燃液化氣，此時(shí)可引燃不銹鋼燃燒主體內(nèi)伴生氣。

控制系統(tǒng)通過(guò)熱傳感器（嵌于自動(dòng)點(diǎn)火器內(nèi)）檢測(cè)到點(diǎn)火成功后自動(dòng)關(guān)閉液化氣點(diǎn)火系統(tǒng)，以節(jié)約液化氣。若當(dāng)控制系統(tǒng)通過(guò)熱傳感器檢測(cè)到火把熄滅后，說(shuō)明進(jìn)氣管道無(wú)伴生氣或壓力小于0.1 MPa ，系統(tǒng)處于相對(duì)安全狀態(tài)。而當(dāng)分離后的伴生氣最小壓力再次達(dá)到0.1 MPa時(shí)，自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器將重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火自動(dòng)化。

1.3性能特點(diǎn)

（1）通過(guò)信號(hào)控制裝置打開(kāi)低壓點(diǎn)火器和液化氣開(kāi)啟閥門(mén)，將主氣體出口的液化氣點(diǎn)燃，從而引燃伴生氣，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火自動(dòng)化。

（2）常規(guī)點(diǎn)火燃燒器控制系統(tǒng)需要220 V外接電源，而該控制系統(tǒng)僅需12 V電壓就可完成系統(tǒng)控制，且實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操控。

（3）用12 V蓄電池和太陽(yáng)能電池板作為能源，整個(gè)燃燒器為低電壓點(diǎn)火燃燒器，避免了現(xiàn)場(chǎng)使用外接電源高壓點(diǎn)火的不安全因素，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)人員使用設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）產(chǎn)出氣體進(jìn)入主燃燒器的管道中增加了阻火器和氣體單向閥，并需要通過(guò)水柱進(jìn)入主燃燒桶，阻斷了與進(jìn)氣管道的氣體連通，三層防回火裝置，消除了主火炬的火源發(fā)生回火的可能性。

2　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該裝置在華北油田固52、固413X等4口井試井過(guò)程中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。施工井抽汲壓力2 MPa，H2S含量為200 mg/L的伴生氣通過(guò)分離器后以大于0.1 MPa的壓力進(jìn)入燃燒器主體，該裝置自動(dòng)打開(kāi)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，自動(dòng)燃燒，放空尾氣H2S含量在排放口為0，實(shí)現(xiàn)了完全燃燒（圖2）。

圖2　自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器現(xiàn)場(chǎng)照片

在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，燃燒器實(shí)現(xiàn)了多次自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)燃燒和自動(dòng)關(guān)閉往復(fù)循環(huán)過(guò)程，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)試驗(yàn)證明該自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器，自動(dòng)點(diǎn)火性能穩(wěn)定可靠，拆裝靈活，移動(dòng)方便，能夠保證井下作業(yè)和油井測(cè)試生產(chǎn)過(guò)程的安全。

3　結(jié)論

（1）自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器由太陽(yáng)能電池供電，低氣量自動(dòng)點(diǎn)火，防回火，能滿足現(xiàn)場(chǎng)高效安全燃燒伴生氣需求。

（2）該裝置安裝便捷、運(yùn)輸方便、安全環(huán)保、高效可靠，能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少施工事故率，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］張籍元.井口伴生氣綜合利用技術(shù)［J］.化工管理，2013（8）：182.

［2］蘇欣，王勝雷，張琳等.油田伴生氣利用對(duì)策及現(xiàn)狀［J］.天然氣與石油，2008，26（2）：33-37.

［3］陳國(guó)龍，王春生，鄭曉鵬.海上油田伴生氣利用的關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)造船，2012（10）：551-557.

［4］祝汝松，湯更生，陳志強(qiáng)，等.燃燒加熱器氣動(dòng)閥門(mén)閥后壓力的模糊控制［J］.實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2010，24（1）：89-94.

（修改稿收到日期2015-06-15）

〔編輯朱偉〕

Development and application of autoignition burner

LI Weiquan1, BAI Tianzeng2, WU De2, FU Yuhai2, YI Zhongjian2, REN Yan2
（1. Mechanical Engineering Department of Chengde Advanced Petroleum College, Chengde 067000, China; 2. Downhole Operation Branch Company of Bohai Drilling Engineering Company, Renqiu 062552, China）

Drilling, downhole operation and oil well testing will generate associated gas which has high content of methane, ethane, small content of volatile liquid hydrocarbon as well as trace amount of carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide and other impurities, bringing about major hidden danger to production safety. An autoignition burner is developed, which adopts solar panel to provide energy. When associated gas pressure exceeds 0.1 MPa, control system will enable automatic ignition to ignite liquefied gas combustion rod, thus to ignite the associated gas in combustion area. It is shown from field application that the burner features reasonable structure design, convenient assembly or disassembly and transportation, and is not easy to generate open fire, thus the burner is safer and more reliable than previous similar manual products.

autoignition burner; associated gas; low-pressure ignition; production safety

TE931+.1

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0125 – 02

10.13639/j.odpt.2015.04.31

李衛(wèi)權(quán)，1961年生。1990年畢業(yè)于石油大學(xué)礦場(chǎng)機(jī)械專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)從事機(jī)械工程教學(xué)和相關(guān)科研工作，教授。郵箱：liweiquan6179@163.com。

引用格式：李衛(wèi)權(quán)，白田增，吳德，等.自動(dòng)點(diǎn)火燃燒器的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：125-126.