柴油 二级过滤装置在 “井工厂”页岩气压裂施工现场的应用

泥昊

中国 石化集团 胜利石油工程有限公司井下作业公司，山东 东营 257000

【摘要】压裂设备依赖柴油机提供动力，而柴油的品质决定了“井工厂”页岩气压裂施工设备的可靠性、持久性及功能性。西南地区是我国页岩气开发的主要市场之一，受到各种条件的制约，柴油在储运加注过程中没有得到有效的过滤，导致压裂设备燃油系统更容易结蜡、堵塞油路，出现诸多故障本文设计一套二级过滤装置，采用罐体二次过滤方法，投入现场对给油过程进行再过滤。该套过滤装置很好的提高了燃油质量，有利于提高施工时效和质量，具有明显的经济和安全环保价值。

【关键词】 二级过滤； 燃油质量； 页岩气压裂施工； 经济

1 研究背景

近年来，页岩气、致密油等非常规油气田开发热度的不断升温，压裂增产措施施工规模日益庞大。“井工厂”施工规模日渐庞大、工作量日渐繁多。“井工厂”模式的体积压裂施工是针对该类型油气藏开发的必要商业技术手段。该类型施工最显著的特点是车辆设备多、排量大、油耗大、施工时间长。

“井工厂”开发模式下的压裂施工一般需要设备车辆20余台、平均完成一层压裂施工需要3小时、消耗柴油约10方，平均单台泵车消耗柴油约600L左右。所以，柴油供给的保障工作对施工有极其的重要性。设备消耗的柴油的品质高低决定这施工车辆的平稳运行与否。但是，近几年的施工经验表明，柴油保障工作虽然得到较高的重视，但是由于客观条件的制约，柴油的品质严重威胁了施工质量和设备的可靠性和功能性。

但是现在的供油保障方式存的两个主要问题：

一方面，由于非常规油气田开发多在偏僻的山区，油料供给多依靠当地油品供应商提供。在运输的过程中多使用油罐装载，井场中多使用临时储油罐储存。井场运输和储存条件的制约，造成了柴油中含有过多的机械杂质。另一方面，柴油品质的制约。由于非常规油气田开发的主战场多在我国西南地区，由于地区自然环境限制，区域油品质量较差，胶质含量较多。由于施工区域地理条件限制，柴油供应的标号符合当地自然条件，多为0＃柴油，该类型柴油适合使用温度区间的同时，也造成了发动机中的燃油系统更容易堵塞油路，长时间使用会导致设备柴油滤子的堵塞并影响发动机的正常工作。

以上两方面的原因给“井工厂”压裂施工带来很大的安全上和设备上的隐患：

（1）柴油在炼制、储运及使用时都可能产生少量的固体杂质，不洁净的柴油将导致高压供油系统异常磨损，供油压力降低，喷油器堵塞卡死及汽缸、活塞及活塞环的磨损加剧，大大降低发动机的使用寿命；

（2）柴油在贮运过程中，环境温度的波动会导致柴油及油箱内的空气析出冷凝水，水和氧气、酸性气体及可溶物结合产生腐蚀性物质，破坏密封件，堵塞油路管道，使发动机功率下降、耗油量迅速增加；

（3）设备运转异常，维修周期和费用支出增加，间接损失远远超过已发生的维修成本。

（4）设备上自带柴油滤芯容易堵塞，导致发动机供油不平稳，影响施工的平稳性。

现亟需一种解决方式，改善柴油的品质，延长设备使用时间、减少设备油耗、提高设备保养周期，提高施工的连续性、平稳性。

2 研究的内容和方式

通过对“井工厂”模式压裂施工的条件并结合压裂施工流程，合理利用井场资源，设计一种可靠的且便于装载的柴油过滤器装置，对井场供给的柴油进行精细过滤，提高柴油的可靠性。过滤器选用两级过滤器串联配置，一级过滤器内部设置一套微滤分离元件，二级过滤器内部设置一套超滤分离元件，使柴油中的水、胶质、固体粉尘等杂质在低速、多级、高精度条件下得到高效分离，过滤器的沉淀物排液方式采用球阀手动。

使用该类滤清器，可去除柴油中90%以上的机械杂质、胶质和沥青质。经过过滤后的柴油再进入发动机设备时，可以大幅度提高发动机的过滤精度和效率，使进口优质的寿命延长数倍，节油效果明显。

3 项目实施情况

该装置于重庆涪陵地区首次使用，对柴油进行初级二次过滤后再对设备进行加油，通过以上方案改善压裂施工现场柴油品质，取得了巨大的经济效益，并有效延长了设备寿命、延长了设备维护周期。截至目前，已在多个压裂平台井成功应用，在安全生产和经济效益两方面都取得了明显的应用效果。

4 项目实施后取得的成果分析

4.1 保障了施工的质量

由于“井工厂”施工的连续性作业的要求给保养带来了极大不便，缩短保养周期往往因为施工任务而搁置。缩短保养周期虽然取得了一定的效果，仍出现了由于柴油品质问题导致的单机设备无法升档提排量的问题，增大了施工失败的可能性。

自柴油二级过滤装置以来，未出现设备供油不畅导致的设备停机事故。过滤装置的应用使得设备可以在完成平台压裂施工任务后，统一对设备进行设备保养，延长了设备保养周期，提高了设备可靠性，确保了生产的安全平稳。

4.2经济效益分析

4.2.1投入费用

（1）二级过滤装置：一次性购入该类型过滤装置150,000元/套。

（2）管线费用：需购置新供油管线5米，单价120元/米，共计600元。其他线路使用过去的管线，不需另外购置。

（3）接头和球阀费用：购置焊接式管接头4个，单价40元/个，共计160元。购置球阀4个，单价60元，共计240元。合计400元。

以上费用均为一次性购入，更换周期较长，维护成本不纳入统计。以第一年为统计周期，共需要投入成本共计151,000元。

4.2.2 经济效益

（1）减少设备保养费率：

过去由于发生多次柴油滤子堵塞的事故，设备保养周期200小时以内出现油路不通畅而增加保养次数较多，除正常200小时保养外，因设备油路不通，每次保养共需更换台上油水分离器滤芯3个，柴油滤子3个，变相增加保养材料的费用支出。

通过使用柴油二级过滤装置后，降低了因设备油路不通，柴油滤子杂质较多而增加的保养次数，从而降低了保养费用。

（2）提高燃油经济性：

以常见的2500型压裂泵车为例，自使用柴油二级过滤装置以来，设备性能有所提升，良好的设备性能对设备的油耗差距约1-3％左右。

5总结和认识

实践证明该柴油二级过滤装置具有过滤效率高、使用周期长、便于现场维护操作的诸多优点，能够有效地保护在野外施工的柴油动力设备的燃油系统，提高了燃油的能效转化效率，在使用操作和保养维护过程中不产生污染环境的固体废物，具有一定的推广使用价值。该经验可以同类推广至，油品水平较低的地区，对延长和维护压裂用大型设备是可靠和宝贵的经验。同时对我国开发非常规油气田开发做出一定的贡献。