專利名稱：采用燃油、燃?xì)饪焖僦迫《栊詺怏w的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及惰性氣體的制取方法，尤其是石油、天然氣開采業(yè)及煤層氣開采業(yè)中所使用的安全防火用惰性氣體的制取方法。
背景技術(shù)：
在石油、天然氣鉆井過程中，通常采用泥漿冷卻鉆頭、沖洗井底。泥漿的壓力一般高于地層壓力，因而相應(yīng)產(chǎn)生的缺點是泥漿易污染油層，且較高的井底壓力影響了鉆速的提高。在20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了欠平衡鉆井，包括空氣鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井和泡沫鉆井等，其壓力低于地層壓力，使井底壓力降低，有利于鉆速的提高，并減少對產(chǎn)層的污染；但其存在的主要問題之一是，空氣中的氧可能引起油、氣井下的失火和爆燃，因而必須采用惰性氣體入井。國外在欠平衡鉆井中采用的惰性氣體通常是氮氣，后來為了降低成本，有的采用氮氣中加入空氣作為惰性氣體使用。通常制取氮氣的方法有空氣分離制氮技術(shù)、采用吸附劑的變壓吸附制氮技術(shù)、液態(tài)氮技術(shù)以及采用分子篩的膜分離技術(shù)等，用上述技術(shù)制取氮所使用的設(shè)備復(fù)雜、投資大、成本高，且氣源量有時滿足不了鉆井的需求。除此之外，也有人用鍋爐燃燒所產(chǎn)生的煙道氣制取含氧濃度較低的惰性氣體，但其設(shè)備龐大，投資費用高，不利于移動，對石油、天然氣及煤氣開采行業(yè)亦不大適用。由于上述原因，欠平衡鉆井技術(shù)在國外尚未大規(guī)模采用，在我國也僅少數(shù)油田在試用。生產(chǎn)適合井下使用的惰性氣體的技術(shù)關(guān)鍵是減少氣體中的含氧濃度，使其能夠避免井下失火；同時要降低惰性氣體的制取成本；其所使用的設(shè)備要適合鉆井作業(yè)經(jīng)常移動、搬遷的特點。西南石油學(xué)院的發(fā)明專利《一種現(xiàn)場快速制取惰性氣體的方法》(專利號ZL00113183.4；國際專利主分類號BOIJ19/14)采用柴油機尾氣，通過對柴油機運行工況的調(diào)控等手段來產(chǎn)生滿足井下防火要求的惰性氣體。其主要優(yōu)點是，惰性氣體來自現(xiàn)場柴油機的尾氣，不增加設(shè)備投資，僅通過負(fù)荷匹配或簡易的調(diào)整改造，即可使其尾氣中的含氧濃度達(dá)到防止井下失火含氧濃度的要求，大大降低了成本，且設(shè)備易于搬遷；但其缺點是需要與現(xiàn)場現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷匹配，柴油機的運行工況受現(xiàn)場負(fù)荷變化的影響，因而產(chǎn)生的惰性氣體的含氧量不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種采用燃油、燃?xì)饪焖僦迫《栊詺怏w的方法，它不受現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備限制，產(chǎn)氣量易于在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，生產(chǎn)成本低，易于搬遷，能夠滿足石油、天然氣、煤層氣開采行業(yè)的防火需要。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用雙燃料燃燒系統(tǒng)裝置，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，選擇燃油或燃?xì)饣螂p燃料作燃料，并選擇燃燒器個數(shù)，調(diào)節(jié)燃料投入量，控制二次配風(fēng)量，使其在較低過?？諝庀禂?shù)下燃燒，以產(chǎn)生含氧濃度低于引起石油、天然氣、煤層氣井下失火的含氧濃度的惰性氣體，以滿足石油、天然氣及煤層氣的開發(fā)生產(chǎn)要求。
為使燃料燃燒充分，當(dāng)采用燃油為燃料時，使用霧化擴散燃燒；而當(dāng)采用天然氣為燃料時，使用部分預(yù)混式燃燒。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)自成系統(tǒng)，不受現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備限制，惰性氣體的產(chǎn)生量易于在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，能夠滿足石油、天然氣、煤層氣的開發(fā)要求。
(2)所產(chǎn)生的惰性氣體以氮氣、二氧化碳為主要成分，其防火效果比單純用氮氣加入空氣作為惰性氣體的防火效果好。
(3)生產(chǎn)成本比目前國內(nèi)外石油行業(yè)中廣泛使用的膜分離技術(shù)，變壓吸附技術(shù)等低；且使用清潔燃料，能夠滿足環(huán)保要求。
(4)設(shè)備撬裝化，易于搬遷，適合石油、天然氣、煤層氣開發(fā)特征。


圖1是本發(fā)明實施工藝流程示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合

具體實施例方式實施例1若根據(jù)現(xiàn)場要求使用輕質(zhì)柴油作為燃料，根據(jù)工藝要求產(chǎn)生50Nm3/min的惰性氣體量。參看附圖，輕質(zhì)柴油由油箱(6)經(jīng)燃油流量計(7)計量后進(jìn)入燃油泵(8)加壓，再進(jìn)入燃油燃燒器(9)；空氣由風(fēng)門(2)進(jìn)入風(fēng)機(3)經(jīng)空氣流量計(4)計量后進(jìn)入配風(fēng)器(5)，燃油燃燒器(9)中的柴油經(jīng)配風(fēng)器(5)一次配風(fēng)后噴入燃燒室(10)進(jìn)行燃燒，通過控制二次配風(fēng)器(5)的配風(fēng)量，調(diào)節(jié)燃燒室(10)的過?？諝庀禂?shù)，產(chǎn)生惰性氣體，惰性氣體再進(jìn)入惰性氣體處理系統(tǒng)(14)進(jìn)行冷卻、除水、除塵等處理，由含氧濃度在線檢測儀(15)檢測得到符合防火要求的惰性氣體，進(jìn)入空壓機(16)供現(xiàn)場使用。需要的燃油量和啟動的燃油燃燃器的個數(shù)由控制系統(tǒng)(1)根據(jù)含氧濃度的檢測信號、燃油流量信號和空氣流量信號控制。
由燃燒學(xué)的知識可知，每一公斤柴油完全燃燒所需理論空氣量為11.06Nm3左右，折算為惰性氣體產(chǎn)生量為11.06×1.05＝11.6Nm3。啟用一個噴油量為5kg/min的燃燒器(9)進(jìn)行燃燒，根據(jù)需要產(chǎn)生的惰性氣體量控制配風(fēng)量，使一、二次配風(fēng)總量為48Nm3/min，即可保證惰性氣體的含氧濃度達(dá)到防止井下失火的濃度極限和工藝氣量要求。
若根據(jù)工藝要求生產(chǎn)100Nm3/min的惰性氣體量，則啟用兩個噴油量為5kg/min的燃燒器(9)進(jìn)行燃燒，根據(jù)需要產(chǎn)生的惰性氣體量控制配風(fēng)量，使一、二次配風(fēng)總量為96Nm3/min，即可保證惰性氣體的含氧濃度達(dá)到防止井下失火的濃度極限及工藝氣量要求。
實施例2若根據(jù)現(xiàn)場要求使用天然氣作為燃料，根據(jù)工藝要求產(chǎn)生50Nm3/min的惰性氣體量。參看附圖，天然氣經(jīng)調(diào)壓閥(11)，燃?xì)饬髁坑?12)，通過燃?xì)馊紵?13)配風(fēng)后進(jìn)入燃燒室(10)進(jìn)行燃燒，通過控制二次配風(fēng)器(5)的配風(fēng)量，調(diào)節(jié)燃燒室的過?？諝庀禂?shù)，產(chǎn)生惰性氣體，惰性氣體再進(jìn)入惰性氣體處理系統(tǒng)(14)進(jìn)行冷卻、除水、除塵等處理，由含氧濃度在線檢測儀(15)檢測符合防火要求的惰性氣體，進(jìn)入空壓機(16)供現(xiàn)場使用。需要的燃?xì)饬亢蛦尤細(xì)馊紵鞯膫€數(shù)由控制系統(tǒng)(1)根據(jù)含氧濃度的檢測信號，燃?xì)饬髁啃盘柡涂諝饬髁啃盘柨刂啤?br> 由燃燒學(xué)的知識可知，每1Nm3天然氣完全燃燒所需理論空氣量為9.5Nm3左右，折算為惰性氣體產(chǎn)生量為8.5Nm3。啟用一個燃?xì)饬繛?Nm3/min的燃?xì)馊紵?13)進(jìn)行燃燒，控制配風(fēng)量，使一、二次配風(fēng)總量為57Nm3/min，即可保證惰性氣體的含氧濃度達(dá)到防止井下失火的濃度極限和工藝氣量要求。
若根據(jù)工藝要求產(chǎn)生100Nm3/min的惰性氣體量，則啟用兩個燃?xì)饬繛?Nm3/min的燃燒器(13)進(jìn)行燃燒，控制配風(fēng)量，使一、二次配風(fēng)總量為114Nm3/min，即可保證惰性氣體的含氧濃度達(dá)到防止井下失火的濃度極限和工藝氣量要求。
權(quán)利要求
1.一種采用燃油、燃?xì)饪焖僦迫《栊詺怏w的方法，其特征在于采用雙燃料燃燒系統(tǒng)裝置，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，選擇燃油或燃?xì)饣螂p燃料作燃料，并選擇燃燒器個數(shù)，調(diào)節(jié)燃料投入量，控制二次配風(fēng)量，使其在較低過?？諝庀禂?shù)下燃燒，以產(chǎn)生含氧濃度低于引起石油、天然氣、煤層氣井下失火的惰性氣體，以滿足石油、天然氣及煤層氣的開發(fā)生產(chǎn)要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用燃油、燃?xì)饪焖僦迫《栊詺怏w的方法，其特征在于當(dāng)采用燃油為燃料時，使用霧化擴散燃燒；當(dāng)采用天然氣為燃料時，使用部分預(yù)混式燃燒。
全文摘要
本發(fā)明提出一種采用燃油、燃?xì)饪焖僦迫《栊詺怏w的方法，其特點是，采用雙燃料燃燒系統(tǒng)裝置，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況選擇燃油或燃?xì)饣螂p燃料作燃料，并選擇燃燒器個數(shù)，調(diào)節(jié)燃料投入量，控制二次配風(fēng)量，使其在較低過剩空氣系數(shù)下燃燒，以產(chǎn)生含氧濃度低于引起石油、天然氣、煤層氣井下失火的含氧濃度的惰性氣體。本發(fā)明不受現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備限制，惰性氣體產(chǎn)氣量易于在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的惰性氣體以氮氣，二氧化碳為主要成分，防火效果好，生產(chǎn)成本低，設(shè)備撬裝化，易于搬遷，適合石油、天然氣、煤層氣開發(fā)使用。
文檔編號C01B23/00GK1644491SQ20041008142
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者孟英峰, 李永杰, 吳仕榮, 梁紅, 李又綠, 張萬福, 葉峰, 李曉萍 申請人:西南石油學(xué)院