УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ СТАБИЛЬНОГО ГОРЕНИЯ ФАКЕЛА КУСТА ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к способу поддержания стабильного горения факела при отработках скважин на горизонтальную факельную установку куста газовых скважин.
Продувка и утилизация горючих газов и технологических горючих жидкостей на горизонтальную факельную установку позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и дает возможность осуществлять эффективную эксплуатацию скважин и газосборных коллекторов. Кроме того, на факел направляют горючие газы при необходимости остановки и пуске оборудования в работу, при проведении ремонта скважин, а также в аварийных случаях.
В процессе отработки газовых скважин и продувок на горизонтальных факельных установках (ГФУ) кустов газовых скважин (КГС) происходит многократный вынос жидкости большого объема. Каждый раз после выноса жидкости происходит затухание факела, вследствие чего работы по розжигу факела проводятся повторно. Затухание факела приводит к образованию гидратов и ледяных пробок в факельном коллекторе вследствие охлаждения факельной линии, а также загрязнению окружающей среды. Также при затухании факела увеличивается трудоемкость для персонала, проводящего работы по розжигу, ввиду отсутствия устройств для автоматического дистанционного розжига и контроля горения горизонтальной факельной установки.
Из области техники известен оголовок факельной установки [патент РФ на изобретение №2344345, F23D 14/20, F23Q 9/08, опубликовано 20.01.2009], содержащий факельный наконечник, дежурную горелку, камеру розжига дежурной горелки, электрический запальник и электроды розжига электрического запальника. Электрический запальник расположен между факельным наконечником и дежурной горелкой таким образом, что оси факельного наконечника, электрического запальника и дежурной горелки расположены в одной плоскости, причем искровой промежуток электрического запальника размещен в упомянутой плоскости выше нижней точки пересечения продолжения образующих конусов диффузоров факельного наконечника и дежурной горелки, при этом искровой промежуток располагается в границах конусов распыла факельного наконечника и дежурной горелки, а ось электрического запальника расположена между осями наконечника факельного оголовка и дежурной горелки.
Недостатком данного устройства является высокая металлоемкость, невозможность применения при отсутствии электрической сети, высокая стоимость оборудования и монтажных работ.
Известна горизонтальная факельная установка АГГ, предназначенная для сжигания газа с наличием жидкости со скважин шлейфов, содержащая блок редуцирования и подготовки топливного газа для запальной и дежурной горелки, комплект кабелей до устройства горелочного (кабель термопары контроля пламени и кабель свечи зажигания), блок управления факелом, в том числе модели с АСУ на базе современного контроллера с возможностью управления из системы АСУ ТП. Установка мобильна, с малой массой блоков, может обслуживать большое количество скважин и с системой автономного розжига (с аккумуляторным блоком розжига) - для скважин и кустов без подвода электроэнергии [http://petrocoming.ru, дата обращения 01.11.2021].
Недостатком установки, несмотря на возможность работы на кустах без подвода электроэнергии, является применение аккумуляторного блока розжига при отрицательных температурах в условиях Крайнего Севера, высокая стоимость оборудования и монтажных работ, а также его технического обслуживания, учитывая массовое применение на кустах газовых и газоконденсатных скважин.
Известно устройство для дистанционного розжига углеводородных газов на факеле [патент РФ на полезную модель №180424, МПК F23Q 21/00, опубликовано 13.06.2018]. Данное устройство состоит из быстросъемного хомута для крепления к факельной линии, электродов розжига, системы кнопок запуска, блока пуска розжига, набора соединяющих кабелей: (220; 24; 12 В), высоковольтного защищенного кабеля.
Недостатком указанного технического решения является возможность срыва пламени и незапуска устройства с кнопки при отрицательных температурах, тем самым может произойти утечка утилизируемого продукта в атмосферу. Другим недостатком устройства является невозможность его применения при отсутствии электрической сети.
Задачей полезной модели является создание простого устройства для поддержания стабильного горения горизонтальной факельной установки при проведении работ по отработке скважины.
Указанная задача решается тем, что устройство для поддержания стабильного горения факела куста газовых скважин выполнено в виде цилиндрического стакана глубиной, выбираемой из размерного интервала 50-120 мм, и диаметром, выбираемым из размерного интервала 100-160 мм, а в полость стакана вмонтирован патрубок, связанный через игольчатый вентиль и штуцер с диафрагменным измерителем критического течения, подключаемым к факельной линии.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в снижении негативного воздействия на окружающую среду, а также риска гидратообразования факельного коллектора при затухании факела.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в разрезе, на фиг. 2 - фото цилиндрического стакана с вмонтированным патрубком, на фиг. 3 представлена технологическая схема использования устройства.
Устройство на фиг. 1 содержит цилиндрический стакан 1, в полость которого вмонтирован патрубок 2. Патрубок 2 связан через игольчатый вентиль 3 и штуцер 4 с диафрагменным измерителем критического течения (ДИКТ) 5, имеющим сменные стальные шайбы 6 различных диаметров, которые используются для регулирования давления отработки скважин. Шайба 6 создает препятствие для свободного выхода жидкости, тем самым способствует образованию пачки воды на выходе из ДИКТ 5. Штуцер 4 для поддержания стабильного горения факела устанавливается на определенном расстоянии от шайбы 6, например 30-40 см. На таком расстоянии пачка воды не собирается, в результате чего в стакан 1 поступает газовая смесь с незначительным содержанием жидкости, что позволяет пламени гореть непрерывно. Глубина и диаметр стакана подобраны опытным путем. Оптимальная глубина стакана составляет 50-120 мм, диаметр - 100-160 мм. Такие габариты в сочетании с цилиндрической формой стакана обеспечивают направленный поток среды. При увеличении глубины стакана увеличивается размер устройства, что создает дополнительные трудности при монтаже. Кроме того, происходит затухание пламени в самом стакане из-за нехватки кислорода.
Устройство в технологической схеме (фиг. 3) работает следующим образом. На обвязке скважины 7 закрывается шлейфовая задвижка 8, закрывается вентиль 9 подачи метанола и открывается факельная задвижка 10. Далее на конец ДИКТ 5 устанавливается прувер с шайбой 6, а в игольчатый вентиль 3 ДИКТ ввинчивается стакан 1 с патрубком 2. Производится плавное открытие задвижки факельной концевой 11 и игольчатого вентиля 3, тем самым начинается продувка скважины 7 на амбар 12 ГФУ. Производится розжиг обоих газовых потоков. Поток природного газа со скважины 7 направляется по факельной линии 13, проходит через ДИКТ 5 и прувер с шайбой 6 на последующее сжигание в амбаре 12. Через открытый вентиль 3 в стакан 1 направляется поток газовой смеси без жидкости. При обильном выносе жидкости со скважины 7 проходное сечение шайбы 6 заполняется водой, происходит затухание факела, но за счет непрерывного горения в стакане 1 создается разрежение и происходит самопроизвольное воспламенение газовой смеси в области выхода основного потока выдуваемого газа.
Таким образом факел ГФУ КГС при потухании загорается сразу после выноса обильной пачки жидкости.
В ноябре 2020 года на предприятии ООО «Газпром добыча Уренгой» на кусту №92 газового промысла №9 были проведены испытания предлагаемого устройства.
Устройство показало свою эффективность в части снижения негативного воздействия на окружающую среду и позволило снизить риски гидратообразования факельного коллектора при затухании факела. Предлагаемое устройство отличается простотой монтажа и эксплуатации, мобильно и не требует значительных материальных затрат на изготовление.