多功能余热回收装置在油田钻井中的应用

王楠 王治远

【摘要】本文通过多功能余热回收装置在油田钻井中的应用情况，对装置的研发、试验及应用情况作了描述，并对其使用过程中的实用性和经济性进行分析比较，同时通过设计研发新系列余热回收装置来解决当前问题

【关键词】多功能 柴油机 尾气余热 回收

目前我国大部分油田钻井队配备的动力设备为两台沃尔沃300-720kw柴油发电机，及三台济南柴油机厂生产的190柴油发动机，在运行中排烟温度一般在200℃到350℃之间，高温烟气直接排入大气造成能源的浪费和环境的污染。

在现场作业过程中，柴油机尾气余热没有得到利用，而钻井队又根据生产情况安装配套的加热系统和井场清洗系统，造成资源的重复浪费，不符合国家和石油行业节能减排的发展战略。因此急需开展柴油机尾气余热回收利用技术的研究，解决能源浪费、环保问题，降低钻井运行成本，实现节能减排的目的。

1 热水余热回收装置的开发

鉴于以上，在2010年1月研制了第一代柴油机热水余热回收装置，并于2010年3月2日长庆油田第五项目部井队进行了试验 。工艺流程如下图：

热水余热回收装置安装在柴油机出口处取代原消音器，用高压橡胶软管按照工艺流程图连接热水余热回收装置和水箱撬体。水箱撬体安装三台流量12.5m³/h、扬程32m的循环泵。一台进行余热回收水循环，一台供柴油罐伴热水循环；另一台作为备用泵。水箱上安装有电接点温度计，用水箱温度来控制循环泵的起、停以及水箱温度的超温报警。

现场有40m³柴油罐二套，柴油罐为未保温的裸罐，柴油罐中各加入20 m³的0号柴油。现场实测数据如下表1所示：

从以上的测试数据来看，利用回收的柴油机余热对柴油罐中的柴油进行加热，在环境温度为-7℃時，将柴油温度升高了25℃，这就是说在环境温度为-7℃时利用余热回收装置能够正常使用0#柴油。通过了这次测试后，我们在2010年10月向川庆钻探公司提供了15台设备，通过一年的运行，设备运行良好，给用户带来了良好的经济收益和社会效益。

2 汽、水多功能余热回收装置的开发

2011年我公司在向渤海钻探公司推荐余热回收装置时，用户提出装置除正常提供热水外，还要产生蒸汽进行现场清理以及解冻。通过多次试制，开发出了汽、水多功能余热回收装置，这是一种高效、节能产品，集消音、灭火、余热回收等功能于一身，即可回收热量，又可代替消音器。通过对柴油机（发电机）的高温烟气的处理，吸收柴油机（发电机）烟气的热量，使排烟温度降低到110℃。热水余热回收器可产生温度65℃的热水，蒸汽余热回收器可产生温度120℃的饱和蒸汽。

热水循环泵把吸收烟气热量温度升高的热水通过橡胶软管送到柴油罐给柴油伴热，使0#柴油在冬季也能正常使用。

蒸汽给水泵把水箱的热水送入蒸汽余热回收器，产生温度120℃的饱和蒸汽。进行井场清洗。

2012年10月，在大庆钻井现场井队进行了测试。其工艺流程如下图：

现场测试数据如下表2所示：

现场对蒸汽余热回收器也进行了测试，在水箱水温达到30℃时，开启多级泵，调节蒸汽余热回收器前的阀门，使进入蒸汽余热回收器的水流量达到0.3m³/h。5分钟时间，蒸汽喷枪喷出蒸汽，蒸汽可连续工作不间断，在出口处测得蒸汽温度为140℃，实测出口压力0.5MPa。

整个余热回收系统能正常稳定运行，能将排烟温度从270℃降低到了115℃，节能减排效果非常明显。柴油发动机的排烟温度在250℃以上时，单台热水余热回收装置回收的热量高于70kw。单台余热回收装置在环境温度-10℃时，可以保证柴油罐的柴油温度不低于15℃。柴油发动机的排烟温度在250℃以上时，可随时、连续产生120℃以上温度的蒸汽。

3 经济效益分析

钻井队在北方作业时，一般约5个月时间使用-20#柴油作为燃料。按照每个井队月平均使用柴油150吨计算，5个月需要消耗-20#柴油750吨。如果充分利用余热来给柴油罐伴热可用0号柴油代替-20#柴油，价差按照500元/吨计算，则一个冬季可节省燃料费37.5万元，一个冬季节约柴油的费用即可回收设备投资。蒸汽余热回收使用效果等同于电蒸汽发生器和燃煤锅炉，功率可以达到30kw。完全可以取代电蒸汽发生器和燃煤锅炉，又节省了相当一部分燃料费用。

4 结束语

目前多功能余热回收装置已经在大庆，大港，华北，新疆，内蒙等多个地区的油田井队上进行了使用。节约了能源，降低冬季燃料成本；整个装置属非压力容器且占地少易于操作，减少了使用单位的管理费用及安全隐患，同时安全环保，减少了碳化物和有害气体的排放，尤其适用于广大北方油田地区，特别是冬季时间长且低温低的内蒙、东北以及新疆等地油田。

作者简介

王楠，助理工程师，2002年6月毕业于中国石油管道学院焊接专业，目前在天津中油现代石油设备有限公司从事生产及工艺管理工作。