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零排放! 看业内首创的全电驱压裂技术

零排放! 看业内首项全电驱压裂技术

在全球范围内,油田运营商都面对着严峻的环境监管压力,废物排放、噪声、矽尘等都会造成严重的后果。不合格地区对氮氧化物、一氧化碳、甲烷及其他排放物的管控更为严格。

在当今这个低油价、低成本的时代,仍然必须要强调改善这些状况,并同时降低总成本,提高效率。U.S. Well Service (简称USWS)公司近日推出了一项全新、环保压裂技术Clean Fleet with Whisper—首个全电驱动、可移动的水力压裂设备,100%由天然气提供能源,在节约成本的同时解决了环境监管的问题。

电驱动压裂原理石油圈原创www.oilsns.com

传统的水力压裂设备由超过20台柴油机驱动,每台柴油机制动马力(bhp)高达2,500 hp。将压裂现场所有的柴油机由可移动的涡轮发动机替代,整套压裂设备就可以完全由电驱动。这种技术最早于2014年开始现场实施,目前在北美两套可用的电驱动压裂设备。

相对柴油来说,天然气是更加清洁的能源,它产生极少的污染。与传统的四冲程柴油机相比,涡轮发动机可以允许连续燃烧,因此燃烧更充分,大幅降低排放物。天然气驱涡轮发动机有如此大的优点,是源于其采用的预混合燃烧技术,可以保证空气和天然气配比更均匀,避免的禁排物的形成。涡轮发动机内,超过60%的空气可以和天然气预混合,这可以保证空气和天然气混合物的均质性。

电驱动压裂设备完全由从管道供给的天然气提供能源,如果现场没有天然气可用,也可以使用CNGLNG。两台大型电动压缩机可以将天然气压缩至涡轮发电机需要的300psi压力。两台压缩器一起工作的话,可以为涡轮发电机提供的气体排量高达3 MMcf/d – 4 MMcf/d

可以根据井增产实际需求的水马力(hhp),来选择使用3台或者4台涡轮发电机。每台发电机可以提供三相交流电量5.67MW(电压13,800 v),合计17.01 MW    22.68 MW,输出的电符合ISO标准。涡轮发电机发出的电经过装有一组开关设备的拖车。这些设备重新分配电流,提供断路装置,为地面设备如接地设备提供安全保护。然后电流离开开关设备,用变压器降压至600 v。变压器为浇注线圈干式变压器,额定容量3,500千安培伏特。

至此,电动压裂设备和传统的水力压裂设备就差不多了,唯一不同是用电动马达和变频设备(VFDs)替代了柴油发动机和变速箱。每套电动压裂设备有8台双泵拖车,工作电压均为600-v。每辆双泵拖车水马力为3,500hhp,整套设备提供的水马力为28,000hhp

双泵系统有2台独立的三缸泵。传统的柴油驱动泵设备,在鹅颈管处通常有很大的散热器。在电驱动泵,不需要散热器,取而代之的是一个VFD房和2个独立的VFDs。另外,电驱动泵不需要搅拌器、保湿设备、大风扇、防砂设备、真空除尘设备等。

世界首套全电驱动压裂装置

USWS公司带来的Clean Fleet电驱动压裂装置采用了业内最先进的设备,在保证压裂效率的同时还提高了现场操作的安全性,降低环境影响。

  • Clean Fleet的电力来自作业现场的天然气燃烧发电,整个操作过程燃料费用可降低90%
  • Clean Fleet能够显著降低压裂对于空气的污染,氮氧化物和一氧化碳的排放降低99%
  • Clean Fleet的使用消除了柴油运输的必要,降低运输风险和费用
  • Clean Fleet Whisper技术能够显著降低作业现场噪音污染,使作业现场更加安全
  • 针对作业时设备的震动问题,Clean Fleet采用了最先进的技术,可降低振动80%,提高操作成功率和安全系数

降低气体污染石油圈原创www.oilsns.com

电驱动压裂设备对环境来说最大的优势是零排放。经第三方检测机构证明,相比于传统的柴油压裂技术,Clean Fleet将污染气体排放降低了99%,几乎可以做到有害气体零排放。

这种零排放主要是因为用天然气作为能源取代了传统的柴油机。排气口测得的涡轮发电机的氮氧化物的排放量少于0.036 g/kWh。这同美国环境保护署(EPA)要求的非公路柴油机的排放量来说是巨大的降低。这看起来有些不可思议,其实这是将柴油机换为电动压裂装置的自然结果。此外,Clean Fleet还能够减少甲烷这一剧毒物质的漏失,这是相对于柴油和混合压裂技术的另一大优点。

降低成本,提高效率石油圈原创www.oilsns.com

用现场的天然气驱动涡轮发动机,降低了90%的成本。Clean Fleet最高可提供14500psi的工作压力,是业内工作压力超过10000psi的最新产品之一,搅拌器的转速可达130bpm。

涡轮发电机平均每小时消耗107 Mcf的天然气,可为压裂设备提供超过10,000 hhp的动力。而柴油发动机要提供同样的动力,每小时需要消耗大约1,000加仑的柴油。这种大幅度的成本节约,源于现场未处理的天然气的低价格和节约了天然气的运输成本。

电动马达第一次维护时间间隔为30,000小时,且预期寿命高达20年。柴油发动机需要每个月进行维护,例如换油和换过滤器,而电动压裂设备不用。长寿命减少了维护时间,增加了泵的使用时间,具有很大的经济优势。

降低噪声污染石油圈原创www.oilsns.com

Clean Fleet Whisper是USWS公司专门用于降低噪声污染而研发的模块,该模块目前是业内最为先进的噪声消除技术。Whisper能够显著降低噪声,提升现场工作到安全性,减少对周边居民的打扰。

在科罗拉多州Wattenberg油田作业的电驱动压裂设备,测得的声音分贝数为7 dBAdBAA指描述听得见的高频噪声) 12 dBC C指描述低频震动噪声,可以摇动窗户),这都比柴油驱动的压裂设备的噪声低很多。声音强度在dBA级别降低了80%,在dBC级别降低了95%

降低振动 提高稳定性石油圈原创www.oilsns.com

Clean Fleet®技术通过降低振动和金属疲劳来增加安全性。与传统的柴油驱动设备相比,我们的电驱动压裂设备可以降低金属振动80%。可以通过在柴油机驱动设备上安装3D的加速计来测量振动,将此结果同从电驱动设备上测得的数据进行对比得到这个结论。这种大幅度的降低主要是通过用VFD替代柴油发动机和变速箱实现的,VFD控制电动马达,而电动马达与水力压裂泵是直联的(没有中间设备)。

技术创新不止步石油圈原创www.oilsns.com

SANDSHIELD减少矽尘石油圈原创www.oilsns.com

常规的柴油机压裂作业现场会有大量的矽尘,这对于作业人员身体危害和现场的安全都是非常大的威胁。Clean Fleet技术采用了USWS公司研发的SANDSHIELD技术,显著降低现场的矽尘。两套电驱动压裂设备都有电动尘控设备来减少矽尘,大幅低于PEL标准。和其他增产设备一样,真空除尘设备也由600-v电驱动。测得设备可以减少矽尘排放,低于PEL标准80%。为了增加安全性,在控制危险源方面,相比行政管控和劳保设备,这些工程的控制更有效。

FRAC MD提高工作效率

USWS公司对设备的高质量维护体现在最新技术FRAC MD上,该技术能够对设备进行诊断,降低由于设备疲劳等引起的设备损坏,降低非生产时间。公司技术人员表示:“有了这项技术,现场作业的可靠性得到了显著提高,我们能够更准确的做出预测,提高工作效率”。

关于 U.S. Well Service

USWS是一家专门为非常规油气田、天然气田提供高压水力压裂技术与服务的公司。该公司同时提供柴油压裂服务和电驱动压裂服务,具有多年的压裂经验,工艺成熟,能够满足各种压裂作业需求。

来自/US Wellservice等    译者/白小明    编辑/Lemon

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Demons
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),化学工程与技术硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系Demons(QQ2582825239;微信15810965891)