ZYT系列天然氣式油井清蠟車研制與應用

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

國內現有的熱洗井清蠟設備大多數是以柴油作為鍋爐燃料，作業成本高，環境污染嚴重。研制了以天然氣為鍋爐燃料的熱洗井清蠟設備，關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及燃燒智能控制系統等，采用了新技術，并優化了結構。現場應用結果表明，該設備性能可靠，節能環保，完全可以滿足油田熱洗井作業需要。

清蠟設備；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清蠟設備的運行成本不斷升高，如何通過技術創新實現節能降耗和降低油田生產維護成本已成為油田企業面臨的緊迫任務。另一方面，隨著國家環境保護立法的實施和綠色低碳要求的不斷提高，石油企業必須高度重視節能減排和新能源的開發和應用。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進行現場試驗，性能穩定。在認真調研和總結經驗的基礎上，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的優化分析，又于2011年研發了液化天然氣LNG清蠟設備，樣機在大港油田進行現場試驗，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　系統組成

天然氣式油井清蠟車采用二類底盤的車裝式結構［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及燃燒控制系統［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用了多種先進技術，包括燃氣氣化-水浴伴熱處理技術，多級遞降式燃氣減壓處理技術，比例式燃燒智能控制技術等，申報并獲批了6項國家專利，其中包括1項發明專利。

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進行燃燒，通過比例式燃燒控制系統進行燃燒火焰出力功率控制，從而實現鍋爐出水水溫恒定而入井，達到洗井清蠟作業要求。

3　關鍵技術

3．1 車載特種天然氣鍋爐

對鍋爐盤管結構、爐膛空間結構、防爆結構及保溫技術等方面進行調研，并進行鍋爐的煙風阻力、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在爐膛內燃燒的要求（如圖2）。

圖2　鍋爐結構

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

3．2 多級遞降式燃氣減壓處理系統

多級遞降式燃氣減壓系統是將額定壓力20MPa的CNG或1．59MPa的LNG經過系統減壓后，形成額定壓力為5～10kPa的可安全燃燒的氣態天然氣。目前燃氣減壓閥專業廠家生產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。該系統設置有高壓緊急切斷裝置，具有過濾、緊急切斷、多級減壓、安全發散及壓力監測等功能。

圖3　多級遞降式燃氣減壓系統流程圖

3．3 天然氣燃燒機

根據油井清蠟車的作業工藝參數，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，可實現穩定安全高效燃燒。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，實現全自動燃燒運行和全自動控制。天然氣壓力監測及流量監測和鍋爐燃燒三位一體的自動控制系統，具有預吹掃、風壓監測、燃氣壓力監測、點火、燃料供給與切斷、大小火轉換、超溫超壓報警及熄火保護等功能，能有效保證設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。燃燒機結構如圖4所示。

圖4　燃燒機結構

3．4 燃燒控制系統

控制系統設置了燃氣壓力保護裝置、比例式燃燒控制系統、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，避免了因突發情況造成的設備故障，保證了操作人員和設備的安全，安全保護等級高。

3．5 技術參數

天然氣式油井清蠟車包括洗井清蠟車和清蠟車，技術參數分別見如表1～2。

表1　天然氣式油井清蠟車技術參數（洗井清蠟車）

表2　天然氣式油井清蠟車技術參數（清蠟車）

4　現場應用

天然氣式油井清蠟車完成樣車設計、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砂西采油區1-2-35、4-5-85等20口井進行了現場試驗，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口井進行了現場試驗，歷時近20d，2次試驗情況總結如下：

1） 節能效果明顯。現場試驗表明，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能49%。

2） 性能穩定。由于采用比例式燃燒等新技術，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。控制系統集成化及智能化程度高，可多點控制整車運行，實時監測鍋爐、天然氣及燃燒機運行狀態，確保人員及設備安全。

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

4　結論

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

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

3） 現場試驗結果表明，天然氣式油井清蠟車具有安全環保、節能高效、適應性強及操作方便等優點。

［1］ 楊成，任蘇朝，牛文錄，等．LTJ5100TQ6型蒸汽清蠟車技術改造［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與應用［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．天然氣燃燒及應用技術［M］．北京：石油工業出版社．2002：64-75．

［5］ 李雷，徐忠，李棟．洗井清蠟車燃燒系統改造［J］．中國設備工程，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：國家發明專利（ZL200910065745．5）

李 念（1978-），男，山東曹縣人，工程師，現從事石油機械產品設計與開發工作。