石油钻井冬季使用0#柴油的可行性分析及实施

陈志强，刘社荣，钟志伟，邹 涛，王以威

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

石油钻井冬季使用0#柴油的可行性分析及实施

陈志强*，刘社荣，钟志伟，邹 涛，王以威

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

节能降耗是是企业的生存之道，树立方方面面的节能意识，以最好的管理，来实现节能效益的最大化，是石油钻井面临的难题之一。石油钻井行业是勘探石油天然气的专业队伍，在勘探过程中，特别是冬季使用-35#柴油，用量很大，特别是传统的、机械钻井装备口井耗油量在450t左右。如何在严寒地区和季节使用0#柴油，大幅度降低能耗，就显得尤为重要。

钻井；节能；柴油；实施

1 现状调查

（1）西部钻探公司所属井队，由于冬季持续施工，所以每支队伍从11月至第二年的3月，必须配置1t蒸汽锅炉，用来井队保温、解冻，在冬季施工阶段，锅炉24h运行，其产生的热能没有完全利用。利用率约50%。

（2）各井队油罐区配置为储备油罐2具（60m3一具，40m3一具）、高架油罐，且罐体内安装加热盘管。其中高架油罐配置打油泵，可将柴油从任一油罐抽取至高架罐。

（3）国标0#柴油含硫量低，不腐蚀发电机部件。产品安定性能好，不易变质。具有蒸发性能好，着火迅速，有良好的燃烧性，燃烧完全，不易产生积炭。一般来讲，0#柴油适用于气温在8℃～4℃时使用；-10#柴油适用于气温在4℃～-5℃时使用；-20#柴油适用于气温在-5℃～-14℃时使用；-35#柴油适用于气温在-14℃～-29℃时使用。

（4）现场动力设备使用情况：目前，各井队在动力设备使用时，普遍遵守根据不同工况调整柴油机转速的原则，以满足钻井工程需求。一般情况下，一开动力设备双机双泵，另开一部发电机组。二开以后，采用双机单泵即可满足工程需求。在非正常作业时采用二开要求。

（5）现场用电设备调查。现场采用的用电设备主要由55kW砂泵4台，11kW搅拌器10台。其中加重泵和剪切泵平均每天2h。正常使用电总功率280kW左右。

（6）现场用油估算。柴油机2台，转速1150r/min；康明斯发电机组1台，转速1500r/min。根据理论油耗知单机1300r/min状态下油耗1.83t，发电机组满载单机油耗3.44t。通过计算可知，在转速1150r/min状况下柴油机有效使用功率为645kW，使用效率为88.34%；发电机组输出功率为280kW，使用效率为79.55%。由此通过下式计算：

柴油机用油：2×1.83×88.34%×30d=97.2t

发电机组用油：1×3.44×79.55%×30d=82t

合计用油：97.2+82=179.2t。平均每天油耗5.97t。

（7）现场实际用油统计见表1。表1中可以看出，冬季作业油耗明显大于春夏季，冬季用油更加接近估算值5.97t。从现场作业工况分析，柴油机在满足工程需要的同时，其转速和功率低于估算的88.34%。根据表中统计口井需437.67t柴油，日均耗油5.28t。

2 冬季使用0#柴油的可行性分析

利用目前井队的设备配置，完全可以利用蒸汽锅炉对储油罐、供油管线进行加热，然后分配至各用油动力设备。特别是使用0#柴油，在罐体内加热至环境温度以上进行使用，从理论上讲，完全可行。由此，提出如下方案进行分析。

方案一：储备油罐、高架油罐、供油管线用电热带保温。

优点：措施简单易行，成本小。

缺点：柴油机供油管线、喷油泵、高压油管线保温措施繁琐，且存在极大安全隐患。

方案二：储备油罐、高架油罐、供油管线蒸汽管线伴随保温。

表1 现场实际用油统计

优点：保温措施简单，易操作。

缺点：无法解决柴油机供油管线、喷油泵、高压油管线的解冻问题。

方案三：增配储油罐1具，机房加装二次加热分配装置。

优点：解决-35#柴油的存储问题，解决0#柴油和-35#柴油倒换使用问题。。

缺点：前期投资较大，需要10万元以上的油品储存罐1具。

方案四：机房加装二次加热分配装置，60m3储油罐存储0#柴油，40m3储油罐存储-35#柴油,高架油罐根据现场使用情况加注油品。

缺点：（1）暂停使用的柴油机每次停车之前需要排空油泵及高压油管线内残存的0#柴油，启动之前需要排空后才能发车，工作量增大。（2）运到现场的柴油无法经过充分的沉淀，必须加装柴油过滤器。

3 可选用方案的原理分析

根据上述分析，方案三和方案四比较可行。

（1）方案三中提到的增加一具储备油罐，在条件具备的井队或公司，只需要在0#和-35#柴油罐之间采取简单的三通连接和球阀控制，可以在柴油机停车之前15～20min之内更换油品，保证了喷油泵、高压油管线内充满的是-35#柴油，在下次启动之前，不需要解冻。另需要制作的二次加热分配装置。其供油原理、组成见图1。

图1 供油原理图

计算管线内的0#柴油消耗时间：

4″热轧无缝钢管DN=100mm×10m，1-1/2″无缝钢管外径Ø48mm×10m,4SP高压耐油胶管内径DN= 51mm×长度25m

则管线内的余油体积为：

二次加热分配装置余油：π×（D2-d2）×L/4=19.24kg

耐油胶管内余油：π×D2×L/4=51kg

合计余油量为：19.24+51=70.24kg=70240g

G12V190PZL-3柴油机每小时耗油量Q=730× 209.4=152862g

通过以上计算可知，正常使用2台柴油机和1台发电机组在30min之内完全消耗完毕管线内的余油。

（2）方案四中没有增加第三具储备油罐，而是增加了柴油过滤器。作用是将罐内没有充分沉淀的柴油经过二次精滤，将杂质滤除，保证燃油的纯洁，提高燃烧性能。管线内余油燃烧时间和相当于方案三。其供油原理、组成如图2所示。

图2 供油原理、组成图

4 现场试验

通过以上理论分析，我公司于2013年12月底对在酒东作业的60147队进行方案三现场试验。利用井队中完固井候凝时间，用时约2.5h，将方案三中提到的设备安装连接到位，并成功进行发车。

5 结论与建议

（1）自行设计二次加热分配器，成功解决了在-20℃左右温度下0#柴油结蜡的问题，成功实现冬季使用0#柴油。

（2）在没有增加人员、设备、燃煤的情况下，提高了井队冬季锅炉的使用效率，为井队节约了成本。

（3）其他区块冬季作业的钻井队伍可充分利用该技术，为节能降耗作出贡献。

[1]编写组.190系列柴油机使用维护手册[E].济南:济南柴油机股份有限公司,2008.

[2]《钻井设备使用手册》编写组.钻井设备使用手册[E].新疆鄯善：吐哈石油钻井，2004.

TE626

B

1004-5716(2015)12-0066-03

2014-12-26

陈志强（1971-），男（汉族），甘肃兰州人，工程师，现从事石油钻井动力技术服务工作。