ZYT系列天然氣式油井清蠟車研制與應(yīng)用

李　念，秦宏生，王　建，吳彥峰，李曉洛，李世龍（中原特種車輛有限公司，河南濮陽457001）

ZYT系列天然氣式油井清蠟車研制與應(yīng)用

李念，秦宏生，王建，吳彥峰，李曉洛，李世龍
（中原特種車輛有限公司，河南濮陽457001）①

國內(nèi)現(xiàn)有的熱洗井清蠟設(shè)備大多數(shù)是以柴油作為鍋爐燃料，作業(yè)成本高，環(huán)境污染嚴重。研制了以天然氣為鍋爐燃料的熱洗井清蠟設(shè)備，關(guān)鍵部件有車載特種天然氣鍋爐、多級遞降式燃氣減壓處理系統(tǒng)及燃燒智能控制系統(tǒng)等，采用了新技術(shù)，并優(yōu)化了結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該設(shè)備性能可靠，節(jié)能環(huán)保，完全可以滿足油田熱洗井作業(yè)需要。

清蠟設(shè)備；天然氣；鍋爐

隨著全球性的能源價格上漲，以柴油為鍋爐燃料的傳統(tǒng)清蠟設(shè)備的運行成本不斷升高，如何通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)節(jié)能降耗和降低油田生產(chǎn)維護成本已成為油田企業(yè)面臨的緊迫任務(wù)。另一方面，隨著國家環(huán)境保護立法的實施和綠色低碳要求的不斷提高，石油企業(yè)必須高度重視節(jié)能減排和新能源的開發(fā)和應(yīng)用。天然氣式油井清蠟車所使用的鍋爐燃料包括壓縮天然氣CNG和液化天然氣LNG，中原特種車輛有限公司在2009年研發(fā)了第1代壓縮天然氣CNG油井清蠟車，通過在青海和中原地區(qū)進行現(xiàn)場試驗，性能穩(wěn)定。在認真調(diào)研和總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過對燃氣減壓處理裝置、天然氣燃燒機、車載特種天然氣鍋爐及燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析，又于2011年研發(fā)了液化天然氣LNG清蠟設(shè)備，樣機在大港油田進行現(xiàn)場試驗，效果良好。本項目已獲得6項專利（專利號：ZL 200910065745．5；ZL 200920092336．X；ZL 201 12 056 466 2．3；ZL 201 220 748 013．3；ZL 201220486712．5；ZL 201320199250．3）。

1　系統(tǒng)組成

天然氣式油井清蠟車采用二類底盤的車裝式結(jié)構(gòu)［1］，由汽車底盤、車載特種天然氣鍋爐［2］、三缸柱塞泵、天然氣燃燒機、多級遞降式燃氣減壓系統(tǒng)及燃燒控制系統(tǒng)［3-5］等部件組成（如圖1）。

圖1　天然氣式油井清蠟車組成

天然氣式油井清蠟車應(yīng)用了多種先進技術(shù)，包括燃氣氣化-水浴伴熱處理技術(shù)，多級遞降式燃氣減壓處理技術(shù)，比例式燃燒智能控制技術(shù)等，申報并獲批了6項國家專利，其中包括1項發(fā)明專利。

2　工作原理

天然氣式油井清蠟車通過燃氣減壓處理系統(tǒng)將天然氣CNG／LNG壓力降低至天然氣燃燒機進氣壓力允許值，在車載特種鍋爐爐膛內(nèi)進行燃燒，通過比例式燃燒控制系統(tǒng)進行燃燒火焰出力功率控制，從而實現(xiàn)鍋爐出水水溫恒定而入井，達到洗井清蠟作業(yè)要求。

3　關(guān)鍵技術(shù)

3．1 車載特種天然氣鍋爐

對鍋爐盤管結(jié)構(gòu)、爐膛空間結(jié)構(gòu)、防爆結(jié)構(gòu)及保溫技術(shù)等方面進行調(diào)研，并進行鍋爐的煙風(fēng)阻力、水動力、熱力平衡及受壓元件強度等方面的計算，滿足天然氣CNG／LNG在爐膛內(nèi)燃燒的要求（如圖2）。

圖2　鍋爐結(jié)構(gòu)

開發(fā)的新型車載特種天然氣鍋爐具有獨特的盤管結(jié)構(gòu)、爐膛空間結(jié)構(gòu)及防爆結(jié)構(gòu)，可適用于液化天然氣LNG、壓縮天然氣CNG進行安全穩(wěn)定高效燃燒，適用范圍廣。該鍋爐通過全比例控制技術(shù)和自動調(diào)整風(fēng)量與氣量配比，保證了鍋爐的安全運行；采用多級遞降式天然氣減壓技術(shù)，使高壓氣體經(jīng)處理后進入燃燒機，燃燒機采用24VDC為主電源，具有預(yù)吹掃、風(fēng)壓監(jiān)測、燃氣壓力監(jiān)測、自動點火及熄火保護等功能，達到了平穩(wěn)運行的目的。

3．2 多級遞降式燃氣減壓處理系統(tǒng)

多級遞降式燃氣減壓系統(tǒng)是將額定壓力20MPa的CNG或1．59MPa的LNG經(jīng)過系統(tǒng)減壓后，形成額定壓力為5～10kPa的可安全燃燒的氣態(tài)天然氣。目前燃氣減壓閥專業(yè)廠家生產(chǎn)的燃氣減壓閥尚無法滿足直接降壓要求，需對20MPa的壓縮天然氣CNG或1．59MPa的液化天然氣LNG（流程如圖3）進行多級遞降減壓處理。該系統(tǒng)設(shè)置有高壓緊急切斷裝置，具有過濾、緊急切斷、多級減壓、安全發(fā)散及壓力監(jiān)測等功能。

圖3　多級遞降式燃氣減壓系統(tǒng)流程圖

3．3 天然氣燃燒機

根據(jù)油井清蠟車的作業(yè)工藝參數(shù)，并考慮天然氣燃燒的安全性，采用底盤電源24VDC為主要工作電壓，設(shè)計能夠使用LNG、CNG做燃料的全自動燃氣燃燒機。通過獨特的燃氣燃燒頭和多空射流混合裝置，合理組織燃料和空氣的混合，可實現(xiàn)穩(wěn)定安全高效燃燒。采用全自動控制程序，集運行控制、火焰檢測、熄火保護、燃氣和空氣壓力保護為一體，實現(xiàn)全自動燃燒運行和全自動控制。天然氣壓力監(jiān)測及流量監(jiān)測和鍋爐燃燒三位一體的自動控制系統(tǒng)，具有預(yù)吹掃、風(fēng)壓監(jiān)測、燃氣壓力監(jiān)測、點火、燃料供給與切斷、大小火轉(zhuǎn)換、超溫超壓報警及熄火保護等功能，能有效保證設(shè)備安全運行及降低人工誤操作的幾率，使燃料合理利用效益最大化。燃燒機結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　燃燒機結(jié)構(gòu)

3．4 燃燒控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)設(shè)置了燃氣壓力保護裝置、比例式燃燒控制系統(tǒng)、低溫保護裝置、鍋爐超溫超壓保護裝置、熄火保護裝置及操作柜緊急斷電裝置，避免了因突發(fā)情況造成的設(shè)備故障，保證了操作人員和設(shè)備的安全，安全保護等級高。

3．5 技術(shù)參數(shù)

天然氣式油井清蠟車包括洗井清蠟車和清蠟車，技術(shù)參數(shù)分別見如表1～2。

表1　天然氣式油井清蠟車技術(shù)參數(shù)（洗井清蠟車）

表2　天然氣式油井清蠟車技術(shù)參數(shù)（清蠟車）

4　現(xiàn)場應(yīng)用

天然氣式油井清蠟車完成樣車設(shè)計、組裝、工廠試驗后，ZYT5240TQL6型清蠟車（CNG）于2009-06在青海油田花土溝地區(qū)砂西采油區(qū)1-2-35、4-5-85等20口井進行了現(xiàn)場試驗，歷時近40d，ZYT5180TXL20型洗井清蠟車（LNG）于2011-05在大港油田采油五廠西53-3-3、59-4等11口井進行了現(xiàn)場試驗，歷時近20d，2次試驗情況總結(jié)如下：

1） 節(jié)能效果明顯。現(xiàn)場試驗表明，在同等條件下，天然氣式油井清蠟車相比柴油式油井清蠟車節(jié)能49%。

2） 性能穩(wěn)定。由于采用比例式燃燒等新技術(shù)，入井熱洗溫度恒定，洗井效果突出，深受用戶歡迎。

3） 智能化程度高。控制系統(tǒng)集成化及智能化程度高，可多點控制整車運行，實時監(jiān)測鍋爐、天然氣及燃燒機運行狀態(tài)，確保人員及設(shè)備安全。

4） 綠色環(huán)保。經(jīng)測算，車載特種鍋爐使用天然氣可實現(xiàn)SO2、NOX及CO等有毒有害氣體零排放，降低了碳排放，減少了環(huán)境污染，更加適合城市及居民區(qū)等特殊地域井場作業(yè)。

4　結(jié)論

1） 天然氣式油井清蠟車運用了多級遞降式燃氣減壓技術(shù)、天然氣燃燒機及燃燒智能控制系統(tǒng)等國內(nèi)首創(chuàng)的新技術(shù)，提供了一種新能源清蠟設(shè)備。

2） 通過對影響設(shè)備使用的燃氣減壓系統(tǒng)、天然氣燃燒機及燃燒智能控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件研發(fā)，提高了產(chǎn)品的競爭力。

3） 現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，天然氣式油井清蠟車具有安全環(huán)保、節(jié)能高效、適應(yīng)性強及操作方便等優(yōu)點。

［1］ 楊成，任蘇朝，牛文錄，等．LTJ5100TQ6型蒸汽清蠟車技術(shù)改造［J］．石油礦場機械，2013，42（6）：67-69．

［2］ 劉智勇，丁亮，馬玉華，等．天然氣整體橇裝加熱爐的研發(fā)與應(yīng)用［J］．石油礦場機械，2008，37（6）：99-101．

［3］ 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(tǒng)研究［J］．石油礦場機械，2007，36（2）：48-52．

［4］ 李方運．天然氣燃燒及應(yīng)用技術(shù)［M］．北京：石油工業(yè)出版社．2002：64-75．

［5］ 李雷，徐忠，李棟．洗井清蠟車燃燒系統(tǒng)改造［J］．中國設(shè)備工程，2011（2）：48-49．

Development and Application of ZYT Series of Natural Gas Oil-well Wax Removal Vehicle

LI Nian，QIN Hongsheng，WANG Jian，WU Yanfeng，LI Xiaoluo，LI Shilong
（ZYT Petroleum Equipment Co．，Ltd．，Puyang 457001，China）

The existing oil-well wax removal vehicle in our countrymostly uses diesel oil as the fu-el of the boiler，which causes high operating costs and serious environmental pollution．Oil-well wax removal vehicle is developed，with natural gas as the fuel of the boiler and with key compo-nents such as truckmounted special natural gas boiler，multistage step-down gas decompression processing system and the intelligent combustion control system．It adopts new technology and optimizes the structure．Field application shows that the device with reliable performance，energy saving and environmental protection，can fullymeet the oilfield wax removal operations．

wax removal vehicle；natural gas；boiler

TE935

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．08．023

1001－3482（2015）08－0093－03

①2015－03－06

專利技術(shù)：國家發(fā)明專利（ZL200910065745．5）

李 念（1978-），男，山東曹縣人，工程師，現(xiàn)從事石油機械產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)工作。