石油鉆井冬季使用0#柴油的可行性分析及實(shí)施

陳志強(qiáng)，劉社榮，鐘志偉，鄒 濤，王以威

（西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

石油鉆井冬季使用0#柴油的可行性分析及實(shí)施

陳志強(qiáng)*，劉社榮，鐘志偉，鄒 濤，王以威

（西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

節(jié)能降耗是是企業(yè)的生存之道，樹(shù)立方方面面的節(jié)能意識(shí)，以最好的管理，來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益的最大化，是石油鉆井面臨的難題之一。石油鉆井行業(yè)是勘探石油天然氣的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，在勘探過(guò)程中，特別是冬季使用-35#柴油，用量很大，特別是傳統(tǒng)的、機(jī)械鉆井裝備口井耗油量在450t左右。如何在嚴(yán)寒地區(qū)和季節(jié)使用0#柴油，大幅度降低能耗，就顯得尤為重要。

鉆井；節(jié)能；柴油；實(shí)施

1 現(xiàn)狀調(diào)查

（1）西部鉆探公司所屬井隊(duì)，由于冬季持續(xù)施工，所以每支隊(duì)伍從11月至第二年的3月，必須配置1t蒸汽鍋爐，用來(lái)井隊(duì)保溫、解凍，在冬季施工階段，鍋爐24h運(yùn)行，其產(chǎn)生的熱能沒(méi)有完全利用。利用率約50%。

（2）各井隊(duì)油罐區(qū)配置為儲(chǔ)備油罐2具（60m3一具，40m3一具）、高架油罐，且罐體內(nèi)安裝加熱盤(pán)管。其中高架油罐配置打油泵，可將柴油從任一油罐抽取至高架罐。

（3）國(guó)標(biāo)0#柴油含硫量低，不腐蝕發(fā)電機(jī)部件。產(chǎn)品安定性能好，不易變質(zhì)。具有蒸發(fā)性能好，著火迅速，有良好的燃燒性，燃燒完全，不易產(chǎn)生積炭。一般來(lái)講，0#柴油適用于氣溫在8℃～4℃時(shí)使用；-10#柴油適用于氣溫在4℃～-5℃時(shí)使用；-20#柴油適用于氣溫在-5℃～-14℃時(shí)使用；-35#柴油適用于氣溫在-14℃～-29℃時(shí)使用。

（4）現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力設(shè)備使用情況：目前，各井隊(duì)在動(dòng)力設(shè)備使用時(shí)，普遍遵守根據(jù)不同工況調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的原則，以滿(mǎn)足鉆井工程需求。一般情況下，一開(kāi)動(dòng)力設(shè)備雙機(jī)雙泵，另開(kāi)一部發(fā)電機(jī)組。二開(kāi)以后，采用雙機(jī)單泵即可滿(mǎn)足工程需求。在非正常作業(yè)時(shí)采用二開(kāi)要求。

（5）現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備調(diào)查?，F(xiàn)場(chǎng)采用的用電設(shè)備主要由55kW砂泵4臺(tái)，11kW攪拌器10臺(tái)。其中加重泵和剪切泵平均每天2h。正常使用電總功率280kW左右。

（6）現(xiàn)場(chǎng)用油估算。柴油機(jī)2臺(tái)，轉(zhuǎn)速1150r/min；康明斯發(fā)電機(jī)組1臺(tái)，轉(zhuǎn)速1500r/min。根據(jù)理論油耗知單機(jī)1300r/min狀態(tài)下油耗1.83t，發(fā)電機(jī)組滿(mǎn)載單機(jī)油耗3.44t。通過(guò)計(jì)算可知，在轉(zhuǎn)速1150r/min狀況下柴油機(jī)有效使用功率為645kW，使用效率為88.34%；發(fā)電機(jī)組輸出功率為280kW，使用效率為79.55%。由此通過(guò)下式計(jì)算：

柴油機(jī)用油：2×1.83×88.34%×30d=97.2t

發(fā)電機(jī)組用油：1×3.44×79.55%×30d=82t

合計(jì)用油：97.2+82=179.2t。平均每天油耗5.97t。

（7）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用油統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。表1中可以看出，冬季作業(yè)油耗明顯大于春夏季，冬季用油更加接近估算值5.97t。從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工況分析，柴油機(jī)在滿(mǎn)足工程需要的同時(shí)，其轉(zhuǎn)速和功率低于估算的88.34%。根據(jù)表中統(tǒng)計(jì)口井需437.67t柴油，日均耗油5.28t。

2 冬季使用0#柴油的可行性分析

利用目前井隊(duì)的設(shè)備配置，完全可以利用蒸汽鍋爐對(duì)儲(chǔ)油罐、供油管線(xiàn)進(jìn)行加熱，然后分配至各用油動(dòng)力設(shè)備。特別是使用0#柴油，在罐體內(nèi)加熱至環(huán)境溫度以上進(jìn)行使用，從理論上講，完全可行。由此，提出如下方案進(jìn)行分析。

方案一：儲(chǔ)備油罐、高架油罐、供油管線(xiàn)用電熱帶保溫。

優(yōu)點(diǎn)：措施簡(jiǎn)單易行，成本小。

缺點(diǎn)：柴油機(jī)供油管線(xiàn)、噴油泵、高壓油管線(xiàn)保溫措施繁瑣，且存在極大安全隱患。

方案二：儲(chǔ)備油罐、高架油罐、供油管線(xiàn)蒸汽管線(xiàn)伴隨保溫。

表1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用油統(tǒng)計(jì)

優(yōu)點(diǎn)：保溫措施簡(jiǎn)單，易操作。

缺點(diǎn)：無(wú)法解決柴油機(jī)供油管線(xiàn)、噴油泵、高壓油管線(xiàn)的解凍問(wèn)題。

方案三：增配儲(chǔ)油罐1具，機(jī)房加裝二次加熱分配裝置。

優(yōu)點(diǎn)：解決-35#柴油的存儲(chǔ)問(wèn)題，解決0#柴油和-35#柴油倒換使用問(wèn)題。。

缺點(diǎn)：前期投資較大，需要10萬(wàn)元以上的油品儲(chǔ)存罐1具。

方案四：機(jī)房加裝二次加熱分配裝置，60m3儲(chǔ)油罐存儲(chǔ)0#柴油，40m3儲(chǔ)油罐存儲(chǔ)-35#柴油,高架油罐根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況加注油品。

缺點(diǎn)：（1）暫停使用的柴油機(jī)每次停車(chē)之前需要排空油泵及高壓油管線(xiàn)內(nèi)殘存的0#柴油，啟動(dòng)之前需要排空后才能發(fā)車(chē)，工作量增大。（2）運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的柴油無(wú)法經(jīng)過(guò)充分的沉淀，必須加裝柴油過(guò)濾器。

3 可選用方案的原理分析

根據(jù)上述分析，方案三和方案四比較可行。

（1）方案三中提到的增加一具儲(chǔ)備油罐，在條件具備的井隊(duì)或公司，只需要在0#和-35#柴油罐之間采取簡(jiǎn)單的三通連接和球閥控制，可以在柴油機(jī)停車(chē)之前15～20min之內(nèi)更換油品，保證了噴油泵、高壓油管線(xiàn)內(nèi)充滿(mǎn)的是-35#柴油，在下次啟動(dòng)之前，不需要解凍。另需要制作的二次加熱分配裝置。其供油原理、組成見(jiàn)圖1。

圖1 供油原理圖

計(jì)算管線(xiàn)內(nèi)的0#柴油消耗時(shí)間：

4″熱軋無(wú)縫鋼管DN=100mm×10m，1-1/2″無(wú)縫鋼管外徑?48mm×10m,4SP高壓耐油膠管內(nèi)徑DN= 51mm×長(zhǎng)度25m

則管線(xiàn)內(nèi)的余油體積為：

二次加熱分配裝置余油：π×（D2-d2）×L/4=19.24kg

耐油膠管內(nèi)余油：π×D2×L/4=51kg

合計(jì)余油量為：19.24+51=70.24kg=70240g

G12V190PZL-3柴油機(jī)每小時(shí)耗油量Q=730× 209.4=152862g

通過(guò)以上計(jì)算可知，正常使用2臺(tái)柴油機(jī)和1臺(tái)發(fā)電機(jī)組在30min之內(nèi)完全消耗完畢管線(xiàn)內(nèi)的余油。

（2）方案四中沒(méi)有增加第三具儲(chǔ)備油罐，而是增加了柴油過(guò)濾器。作用是將罐內(nèi)沒(méi)有充分沉淀的柴油經(jīng)過(guò)二次精濾，將雜質(zhì)濾除，保證燃油的純潔，提高燃燒性能。管線(xiàn)內(nèi)余油燃燒時(shí)間和相當(dāng)于方案三。其供油原理、組成如圖2所示。

圖2 供油原理、組成圖

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

通過(guò)以上理論分析，我公司于2013年12月底對(duì)在酒東作業(yè)的60147隊(duì)進(jìn)行方案三現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。利用井隊(duì)中完固井候凝時(shí)間，用時(shí)約2.5h，將方案三中提到的設(shè)備安裝連接到位，并成功進(jìn)行發(fā)車(chē)。

5 結(jié)論與建議

（1）自行設(shè)計(jì)二次加熱分配器，成功解決了在-20℃左右溫度下0#柴油結(jié)蠟的問(wèn)題，成功實(shí)現(xiàn)冬季使用0#柴油。

（2）在沒(méi)有增加人員、設(shè)備、燃煤的情況下，提高了井隊(duì)冬季鍋爐的使用效率，為井隊(duì)節(jié)約了成本。

（3）其他區(qū)塊冬季作業(yè)的鉆井隊(duì)伍可充分利用該技術(shù)，為節(jié)能降耗作出貢獻(xiàn)。

[1]編寫(xiě)組.190系列柴油機(jī)使用維護(hù)手冊(cè)[E].濟(jì)南:濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司,2008.

[2]《鉆井設(shè)備使用手冊(cè)》編寫(xiě)組.鉆井設(shè)備使用手冊(cè)[E].新疆鄯善：吐哈石油鉆井，2004.

TE626

B

1004-5716(2015)12-0066-03

2014-12-26

陳志強(qiáng)（1971-），男（漢族），甘肅蘭州人，工程師，現(xiàn)從事石油鉆井動(dòng)力技術(shù)服務(wù)工作。