电动压裂供电技术研究.pdf
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1、.129-第8 期电动压裂供电技术研究李方淼(中石化石油机械股份有限公司湖北荆州4340 0 0)摘要】随着电动压裂装备在页岩油气开发中的大规模应用,供电技术逐渐成为限制电动压裂发展的技术瓶颈。本文以当前页岩油气大规模开发为背景,结合电动压裂用电需求,重点论述了电网供电、井场燃气轮机发电和电池储能供电三种供电技术,并提出了相应的应用建议:在电力资源充足架线距离短的条件下,采用网电可实现最高经济效益,但在电力资源短缺的偏远地区,架线距离变远,网电成本升高;现场燃气发电是电动压裂供电技术的重要发展方向,可替代现有的电网供电模式,解决偏远地区电动压裂供电难问题,并可实现快速搬家功能;电池储能供电可用
2、作电网供电和燃气轮机发电的重要技术补充,在电力系统中作为备用电源保障电动压裂稳定施工,保障施工安全。供电技术的研究对电动压裂装备的应用推广具有重要意义。【关键词】电动压裂;供电方案;发展方向;应用建议1引言随着我国能源消费需求的持续增长,页岩油气开发成为增储上产、保障能源安全的主战场。与常规油气开发相比,页岩油气开发具有施工规模大、作业压力高、排量大、砂比高、作业时间长等特点,常规压裂装备在应用过程中逐渐暴露出设备功率不足、超高压施工风险大、使用寿命短等问题,同时还伴随着环境污染和作业噪声大的困扰,为满足页岩油气绿色开发需求,电动压裂装备在页岩油气开发中逐步应用推广。电动压裂装备全部以电力驱动
3、,现场施工需要消耗大量的电能。持续稳定的供电技术对保障现场施工、维持电动压裂装备安全稳定运行具有重要意义。2电动压裂用电需求2.1电动压裂用电现状电动压裂作业在页岩油气开发上已经得到了非常广泛应用,目前国内全电动压裂机组的保有量为2 8 套(单套6 0 0 0 0 水马力),合计约16 8 万水马力。2 0 2 2 年电动压裂在川渝地区工作量占比近70%,电动压裂工作量增长迅速,其电力需求也快速增长,据不完全统计,2 0 2 2 年川渝地区的6 3个平台2 0 2 口井,已累计压裂4313段,用电1.5 48 亿度。预计到2 0 2 5 年,电动压裂作业将达到川渝地区压裂作业量的7 5%左右,
4、届时供电系统将面临更大的用电需求。表1川渝地区电动压裂用电统计区块平台数井数/口压裂段数/段用电量/千万KW自贡区块9143321199泸州区块3110319767315长宁区块13458793047渝西区块5123291819吉庆区块5287972100合计632024313154802.2单平台用电需求在进行压裂装备配置设计时需结合平台井数、施工时效、施工压力、排量和装备特性来考虑。以平均施工压力6 0 MPa、施工排量16 m、12口井的焦页12 号平台为例,现场采用全电动压裂方案,主压设备配置12 台5 0 0 0 型电动压裂撬和1作者简介:李方淼,湖北宜昌人,男,(1994-),机械
5、工程硕士研究生学历,助理工程师,现从事油气装备研发领域。130-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备台SHS20电动混砂撬,单台电动压裂撬额定功率3750KW,现场使用时电动压裂撬负载率一般不超过6 0%,电动混砂撬额定功率7 5 0 KW,加上其他辅助装备电力需求约为40 0 KW,该平台总共所需输入功率约为2 8 15 0 KW。3供电技术方案3.1电网供电技术电网供电是当前电动压裂最主要的供电方式,在电动压裂作业前根据工区布井特点,由专业电力公司与国网合作架设专线,电网线路架设有“直线型”和“星型”两种形式,“直线型”采用35 KV高压输电,直接将国网变电站的35 KV高压电输送
6、至各个井场,现场需同时配置35 KV和10KV变压器,先将35 KV变压至10 KV,再将10 KV变压至装备输入电压;“星型”则在电网上配置35KV变电站,先将国网输送来的35 KV高压电变压为10 KV高压电,再通过10 KV高压线输送至各个井场,现场仅需配置10 KV变压器,装备成本低。由于电压等级不同,“星型”架线方式往往具有更低的架线成本,同时也提升了现场用电安全;但在电网容量上“直线型”架设方式通常高于“星型”架设方式。35kV线路国网变电站35kV线路35kV线路平台平价台井场配置变压器和开闭所(a)“直线型”架线10KV双线10KV双线35KV线路井场配置35KV变电站10KV
7、开闭所10KV双线10KV双线国网变电站(b)“星型”架线图1电网架线方式截至2 0 2 2 年,川渝地区压裂供电35 KV电网已累计建设549KM,电网容量6 8 8 MW;10KV电网已累计建设32 7 KM,电网容量18 6 MW。川渝地区压裂供电电网理论最大可保障压裂142水马力需求,2 0 条35 KV线路,可满足2 0 个全电动压裂作业面用电需求。表2 川渝地区压裂供电电网架设规模35KV电网长度/35 KV电网容量/10 KV电网长度/10 KV电网容量/区域KMKWKMKW泸县区域20824625010547330宜宾区域1341401507644000自贡区域11997050
8、5523210重庆区域791695006248550威远区域63500000内江区域301413010达州区域001510000合计549687950327186100131李方淼电动压裂供电技术研究第8 期3.2燃气轮机发电技术如图2 所示为燃气轮机发电机组结构简图,燃气轮机发电机组主要由燃气轮机、减速齿轮箱、发电机和所需辅助设备组成。燃气轮机产生动力,经过减速箱减速带动发电机发电。根据燃气轮机结构特点、整备质量和输出功率,可将燃气轮机分为重型燃气轮机、轻型燃气轮机和微型燃气轮机。我国众多油气资源位于道路崎岖、地形狭窄的山地,为适应井场地形条件,在进行井场燃气轮机发电机组设计时优先选用轻型燃
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