RU2753833C1 - Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины - Google Patents
Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753833C1 RU2753833C1 RU2020136357A RU2020136357A RU2753833C1 RU 2753833 C1 RU2753833 C1 RU 2753833C1 RU 2020136357 A RU2020136357 A RU 2020136357A RU 2020136357 A RU2020136357 A RU 2020136357A RU 2753833 C1 RU2753833 C1 RU 2753833C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- ignition
- laser
- open
- gushing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 56
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 239000003570 air Substances 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100010166 Mus musculus Dok3 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000004200 deflagration Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам дистанционного воспламенения потока природного газа (открытого газового фонтана) в условиях аварии на газовых месторождениях. Технический результат заключается в уменьшении времени аварийного поджига природного газа при увеличении безопасности проведения аварийных работ. Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины заключается в том, что поджиг открытого фонтанирования газовой скважины осуществляется тепловым воздействием лазерного излучения на частицы песка, находящиеся в газовом фонтане. Интенсивность лазерного излучения задается в диапазоне (1.5÷2)×104 Вт/см2. В процессе поджига открытого фонтанирования газовой скважины в автоматическом режиме производится перемещение лазерного луча со скоростью 1 м/с по оси превентора в направлении истечения газа от области среза газового превентора с изменением угла места α в пределах 0÷45°. После каждого отрезка движения 1 м следует пауза в движении 18÷20 с. 2 ил.
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам дистанционного воспламенения потока природного газа (открытого газового фонтана) в условиях аварии на газовых месторождениях.
Одной из наиболее остро стоящих проблем в современной газодобывающей отрасли являются периодически случающиеся аварии. В результате мощного выброса природного газа оборудование скважины зачастую получает сильные повреждения, нарушается герметизация сочленений газового превентора. Природный газ с высокой скоростью истекает в атмосферу под высоким выходным давлением (от 100 атм. и более). Как правило, в подобной ситуации происходит воспламенение газа, возникает пожар, однако, в ряде случаев воспламенения не происходит. Возникает угроза скопления большого количества метана в атмосфере, а также скопление пропана вблизи поверхности земли. Последнее обстоятельство представляет наибольшую опасность возможного объемного взрыва вблизи поверхности земли. Кроме того, на ряде газовых месторождений присутствует сероводород, скопление которого у поверхности земли также представляет опасность, т.к. этот газ ядовит в больших концентрациях. Ввиду указанных обстоятельств, одной из задач аварийно-спасательной службы современной газодобывающей отрасли является максимально оперативное (в течение не более 20 минут с момента аварии) осуществление воспламенения истекающего газа.
Известен способ поджига открытого фонтанирования газовой скважины реализованный в конструкции добывающей скважины месторождения углеводородов [1], выполненный в виде факельной линии, оснащенной автоматическим поджигом добываемого газа.
Недостатком данного способа является прежде всего тот факт, что факельная линия является частью конструкции скважины и в случае аварийной ситуации сама не должна быть повреждена. Между тем, на газовых месторождениях нередко происходит так называемый выброс природного газа, представляющий собой, с учетом высокого пластового давления, мощный газодинамический удар, приводящий к разрушению значительной части конструкции скважины и образованию открытого газового фонтана.
Кроме того, данный способ неприменим в случае аварийной ситуации не на самой газовой скважине, а на участке газопровода.
Известен способ поджига открытого фонтанирования газовой скважины с помощью сигнальных ракетниц [2]. Из ракетницы производится выстрел в зону фонтана, где сигнальная ракета воспламеняет природный газ.
Недостатком данного способа является большой расход боеприпасов и длительное время всей операции, а также опасность, связанная с применением и хранением горючих и взрывчатых веществ. Сигнальная ракета должна попасть в зону фонтана с необходимым для воспламенения соотношением природного газа и окружающего воздуха, что, как правило, не удается выполнить с первого выстрела. Кроме того, для хранения и последующего применения сигнальной ракетницы, необходимо получение специального разрешения, согласно Федеральному закону Российской Федерации «Об оружии» (150-Ф3) 2020.
Известен способ поджига открытого фонтанирования газовой скважины с помощью средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов и патрона метательного устройства средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов для поджига аварийных выбросов вредных газообразных и горючих веществ на предприятиях нефтехимии и переработки нефти и газа, которое может быть использовано также для поджига выбросов газа и нефти при авариях на скважинах и трубопроводах их месторождений, в том числе для поджигания на этих объектах технологических сбросов [3].
Недостатком способа является опасность, связанная с применением и хранением взрывчатых веществ, большой разброс времен поджига и большой расход боеприпасов из- за невозможности в аварийной обстановке точно определить оптимальное место для прицеливания. Так же, как и в [2], необходимо получение специального разрешения, согласно Федеральному закону Российской Федерации «Об оружии» (150-Ф3) 2020.
Техническим результатом данного изобретения является уменьшение времени аварийного поджига природного газа при увеличении безопасности проведения аварийных работ.
Технический результат достигается способом дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины, при котором поджиг открытого фонтанирования газовой скважины осуществляется тепловым воздействием лазерного излучения на частицы песка, находящиеся в газовом фонтане, интенсивность лазерного излучения задается в диапазоне (1.5÷2)×104 Вт/см2, при этом в процессе поджига открытого фонтанирования газовой скважины в автоматическом режиме производится перемещение лазерного луча со скоростью 1 м/с по оси превентора в направлении истечения газа от области среза газового превентора с изменением угла места а в пределах 0÷45°, причем после каждого отрезка движения 1 м следует пауза в движении 18÷20 с. Настоящий способ отличается дистанционным (более 100 метров) лазерным поджигом (воспламенением) открытого газового фонтана. В литературе описаны четыре механизма инициации горения газовой смеси лазерным излучением. Первый - тепловой механизм. Энергия излучения, поглощенная смесью, идет на увеличение температуры смеси. По достижении определенного значения температуры смесь воспламеняется [4-9]. Второй механизм - фотодиссоциация. Поглощение излучения средой приводит к диссоциации какого-либо сорта молекул, что инициирует воспламенение [5, 6]. Третий механизм - лазерная искра, т.е. условия, при которых интенсивности излучения достаточно для возникновения оптического пробоя среды [9]. Четвертый механизм - возбуждение колебательных степеней свободы молекул. В этом случае частью энергии лазерного излучения возбуждаются колебательные степени свободы молекулы, что способствует снижению порога реакции окисления [4]. Следует также отметить, что во всех описанных в литературе механизмах инициации горения газовой смеси лазерным излучением применяется СО2-лазер (длина волны 10.6 мкм). Предлагаемый способ основан на принципиально ином механизме воспламенения газовой смеси с помощью лазерного излучения.
На любом месторождении природный газ содержит т.н. механические примеси, в числе которых всегда присутствует песок. Принцип предлагаемого способа состоит в дистанционном лазерном воздействии на частицы песка, находящиеся в газовом фонтане.
На Фиг. 1 представлена схема одного из возможных вариантов реализации способа.
На Фиг. 2 - кинограмма развития воспламенения газового фонтана.
Фокусирующая система 1 иттербиевого (Yb) волоконного (длина волны 1.07 мкм) лазера фокусирует луч 2 в потоке открытого фонтана 4, истекающего из поврежденного газового превентора 3. Проходя сквозь открытый фонтан, лазерный луч взаимодействует с частицами песка 5. Быстрый разогрев этих частиц в поле лазерного излучения приводит к их тепловому взрыву 6. Однако не каждая разорвавшаяся частица песка в состоянии воспламенить газ. В месте теплового взрыва частицы должно быть соответствующее условию воспламенения соотношение газа и воздуха, а сама частица песка должна обладать достаточной тепловой энергией. Поэтому, для осуществления воспламенения газового фонтана производится лучевое сканирование по оси 7 превентора 3 (перемещение лазерного луча) в автоматическом режиме от области среза газового превентора в направлении истечения газа, к области с необходимым для воспламенения соотношением природного газа и окислителя (воздуха), где и происходит поджиг. При сканировании в автоматическом режиме с интервалом 1 м перемещение луча останавливается с выдерживанием паузы 18÷20 с, после которой перемещение возобновляется. Высота, на которой происходит воспламенение газа, зависит от выходного давления на конкретной газовой скважине. Поэтому изменение угла места а при перемещении лазерного луча со скоростью 1 м/с по оси 7 превентора 3 в направлении истечения газа от области среза газового превентора производится в пределах 0÷45°. При выходной мощности непрерывного Yb лазера 1 кВт и фокусировке излучения в пятно диаметром 2.5÷3 мм среднее по радиальному распределению значение интенсивности в пучке составляет (1.5÷2)×104 Вт/см2. На Фиг. 2, а) видны разогреваемые в поле лазерного излучения и разрывающиеся частицы песка вдоль трассы лазерного луча. На Фиг. 2, б) - е) виден процесс развития воспламенения газа.
Описанный способ на базе специализированного мобильного лазерного комплекса с выходной мощностью 1 кВт гарантирует безопасное, дистанционное, оперативное решение задачи поджига открытого газового фонтана.
Источники использованной информации
1. Чернов А.В. и др. Добывающая скважина месторождения углеводородов. Патент РФ №119796 // Изобретения полезные модели. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - 2012. - №24.
2. Правила безопасности при эксплуатации конденсатопроводов и магистральных трубопроводов для сжиженных газов. Министерство газовой промышленности. М., 1978 г., с. 87-89
3. Абрамов Ю.Б. и др. Средство дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов и патрон метательного устройства средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов. Патент РФ №2317508 // Изобретения полезные модели. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - 2008. - №5.
4. Старик A.M., Титова Н.С. О возможности интенсификации цепных реакций в горючих смесях при возбуждении электронных состояний молекул О2 лазерным излучением // Докл. АН РАН. - 2003. - Т.391, №4. - С. 471-477.
5. Tanoff М.А., Smooke M.D., Teets R.E., Sell J.A. Computational and experimental studies of laser-induced thermal ignition in premixed ethylene-oxidizer mixtures // Combust. Flame. - 1995. - V. 103, №4. - P. 253-280.
6. Trott W.M. CO2-laser-induced deflagration of fuel/oxygen mixture // J. Appl. Phys. - 1983. - V. 54, №1. - P. 118-130.
7. Молин Ю.Н., Панов B.T., Петров A.K. Инфракрасная фотохимия. - Новосибирск: Наука, 1985.
8. Chou М., Zukowsci T.J. Ignition of H2/O2/NH3, H2/air/NH3 and CH4/O2/NH3 mixtures by eximer-laser photolysis of NH3 // Combust. Flame. - 1991. - V.87, №2. - P.191-202.
9. Phouc T.X., White F.P. Laser-induced spark ignition of CH4/air mixtures // Combust. Flame. - 1999. - V. 119, №3. - P. 203-216.
Claims (1)
- Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины, отличающийся тем, что поджиг открытого фонтанирования газовой скважины осуществляется тепловым воздействием лазерного излучения, например иттербиевого (Yb) волоконного с длиной волны 1,07 мкм лазера, на частицы песка, находящиеся в газовом фонтане, интенсивность лазерного излучения задается в диапазоне (1.5÷2)×104 Вт/см2, при этом в процессе поджига открытого фонтанирования газовой скважины в автоматическом режиме производится перемещение лазерного луча со скоростью 1 м/с по оси превентора в направлении истечения газа от области среза газового превентора с изменением угла места α в пределах 0÷45°, причем после каждого отрезка движения 1 м следует пауза в движении 18÷20 с.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136357A RU2753833C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136357A RU2753833C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753833C1 true RU2753833C1 (ru) | 2021-08-23 |
Family
ID=77460395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020136357A RU2753833C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753833C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1101133A1 (ru) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Разр дник с лазерным поджигом |
| RU2156860C2 (ru) * | 1998-11-20 | 2000-09-27 | Линецкий Александр Петрович | Способ увеличения степени извлечения нефти, газа и интенсификации работы скважин на месторождениях |
| RU2317508C1 (ru) * | 2006-04-19 | 2008-02-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Средство дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов и патрон метательного устройства средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов |
| RU119796U1 (ru) * | 2012-04-06 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания "Корвет" (ОАО "АК "Корвет") | Добывающая скважина месторождения углеводородов |
| US20190040686A1 (en) * | 2012-08-23 | 2019-02-07 | Ramax, Llc | Drill with remotely controlled operating modes and system and method for providing the same |
-
2020
- 2020-11-03 RU RU2020136357A patent/RU2753833C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1101133A1 (ru) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Разр дник с лазерным поджигом |
| RU2156860C2 (ru) * | 1998-11-20 | 2000-09-27 | Линецкий Александр Петрович | Способ увеличения степени извлечения нефти, газа и интенсификации работы скважин на месторождениях |
| RU2317508C1 (ru) * | 2006-04-19 | 2008-02-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Средство дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов и патрон метательного устройства средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов |
| RU119796U1 (ru) * | 2012-04-06 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания "Корвет" (ОАО "АК "Корвет") | Добывающая скважина месторождения углеводородов |
| US20190040686A1 (en) * | 2012-08-23 | 2019-02-07 | Ramax, Llc | Drill with remotely controlled operating modes and system and method for providing the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7691321B2 (en) | Thermic lance | |
| RU2753833C1 (ru) | Способ дистанционного лазерного поджига открытого фонтанирования газовой скважины | |
| US8178744B1 (en) | Method and apparatus to demilitarize small caliber ammunition | |
| US9366517B2 (en) | Method and apparatus to demilitarize munition energetics | |
| US6101957A (en) | Apparatus for after-burning fuel rich rocket exhaust products | |
| Lewis et al. | Combustion | |
| RU2339840C2 (ru) | Способ зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя и устройство для его осуществления | |
| US2830658A (en) | Flare stack ignition | |
| van Ham | Recycling and disposal of munitions and explosives | |
| US6834597B2 (en) | Small caliber munitions detonation furnace and process of using it | |
| GB2400163A (en) | Pyrotechnic device for in-situ disposal of unfired ordnance | |
| Pletnev et al. | Development and testing of the laser system of ignition of rocket engines | |
| RU2216531C2 (ru) | Способ образования и взрыва топливно-воздушного облака | |
| Megaraj | A Review on Residual Solid Propellant Disposal Methods Using HRIM, RISK Score Matrix, Safety Consequence Analysis and Environmental Impact Analysis | |
| RU2370293C1 (ru) | Способ газодисперсного тушения пожаров и устройство для его осуществления | |
| NO177162B (no) | Fremgangsmåte og apparat til tenning av gasser i flammetårn | |
| RU2175743C2 (ru) | Способ газодинамического воспламенения и устройство для его осуществления | |
| Pratt et al. | The Hybrid Thermal Lance: A Promising New Technique for the Destruction of Landmines and UXO by Deflagration | |
| Yahudina et al. | Photographic research of the gas flares quenching by impulse liquid jets of high rate | |
| Grosse et al. | Use of hybrid rocket technology for submarine emergency deballasting | |
| JP3160358B2 (ja) | 煙道未燃ガス処理設備 | |
| RU2317508C1 (ru) | Средство дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов и патрон метательного устройства средства дистанционного поджигания вредных газообразных горючих выбросов | |
| RU1796208C (ru) | Способ тушени стабилизированного огнепреградителем пламени горени транспортируемой газовой смеси | |
| Czernichowski et al. | GlidArc-assisted cleaning of flue gas from conventional or chemical weapons destruction | |
| Munroe | EXPLOSIONS CAUSED BY COMMONLY OCCURRING SUBSTANCES. |