天然氣發(fā)電技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用

林麗娜

摘 要：天然氣作為清潔能源其低廉的價(jià)格讓燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)得到發(fā)展和推廣。油田企業(yè)鉆井工程中主要消耗柴油，但高成本、噪音大、排放污染嚴(yán)重，如能將鉆機(jī)從柴油驅(qū)動(dòng)改為電力驅(qū)動(dòng)或燃?xì)獍l(fā)電驅(qū)動(dòng)，不僅可以降低企業(yè)生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，還能減少污染、降低噪音，節(jié)能減排，同時(shí)帶來了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)收益。

關(guān)鍵詞：天然氣發(fā)電；鉆井工程；經(jīng)濟(jì)收益

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0056-01

1 天然氣的優(yōu)勢

鉆井工程作為石油與天然氣開采業(yè)中的能耗重點(diǎn)環(huán)節(jié)，迫切需要降低能耗、減少污染物排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆井動(dòng)力設(shè)備的燃油消耗占鉆井成本的30%以上。在煤、燃料油和天然氣三大化石能源之中，天然氣具有明顯的環(huán)保和價(jià)格優(yōu)勢，使用天然氣部分或者全部替代柴油將起到很好的降本增效作用，同時(shí)有效降低溫室氣體的排放量。

2 應(yīng)用技術(shù)的篩選

經(jīng)過考察，決定比對雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和天然氣發(fā)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是將原有的柴油機(jī)改制而成。柴油機(jī)原機(jī)及供油系統(tǒng)不做任何變動(dòng)，僅增加一套供氣裝置。供氣系統(tǒng)主要包括燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)兩大部分。天然氣發(fā)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是采用一組600GJZ1-PwT天然氣發(fā)電機(jī)組（出口電壓為600 V）進(jìn)行發(fā)電。該設(shè)備通過余熱回收實(shí)現(xiàn)能源利用率達(dá)到72%，替代鉆井場現(xiàn)有柴油發(fā)電機(jī)組給鉆機(jī)系統(tǒng)提供電源，能夠保護(hù)大氣環(huán)境，不用考慮操作繁瑣等問題。

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)的安全可靠性

2.1.1 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的安全保障措施

①雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有更優(yōu)的低速扭矩性能，轉(zhuǎn)速波動(dòng)小、響應(yīng)快，適應(yīng)井場負(fù)荷頻繁變化的要求，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出性能和配套鉆井機(jī)械的加速性能得到提高。②配備電子保護(hù)功能，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制保護(hù)功能。具有超速保護(hù)、油壓低停車，缸、排溫高報(bào)警及自動(dòng)切換成柴油模式；采用進(jìn)口控制器，可靠精確，使系統(tǒng)實(shí)時(shí)處于最優(yōu)狀態(tài)。③配備電磁閥防止燃?xì)夤?yīng)故障。出現(xiàn)氣量不足時(shí)，自動(dòng)切斷天然氣供給，并切換到純柴油工作狀態(tài)。

2.1.2 天然氣發(fā)電技術(shù)的安全保障措施

①天然氣發(fā)電機(jī)組本身的運(yùn)行特征更適應(yīng)鉆井沖擊負(fù)荷的要求，保證鉆井的供電安全。②現(xiàn)場柴油發(fā)電機(jī)組保留1臺與天然氣機(jī)組并車，作為天然氣發(fā)電機(jī)組的備用。當(dāng)氣源不能保證或天然氣機(jī)組出現(xiàn)問題時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，以保證供電可靠性及安全性。③配備有強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。每臺發(fā)電機(jī)組配備1臺就地控制柜及1臺機(jī)組斷路器柜，每2臺發(fā)電機(jī)組還設(shè)置1臺遠(yuǎn)程控制柜，共3臺遠(yuǎn)程控制柜，保證運(yùn)行安全平穩(wěn)。④配備有ESM機(jī)組控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)空燃比自動(dòng)控制、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)、自動(dòng)負(fù)荷分配、自動(dòng)加載、自動(dòng)卸載等功能。機(jī)組既可并網(wǎng)運(yùn)行又可并機(jī)運(yùn)行，電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電分離操作安全方便，更便于構(gòu)建大型自動(dòng)化電站。⑤無功補(bǔ)償與諧波治理。在電動(dòng)鉆井系統(tǒng)中配置無功補(bǔ)償與諧波治理系統(tǒng)，整體系統(tǒng)配置放在一個(gè)集裝箱內(nèi)，解決無功補(bǔ)償與諧波干擾問題。發(fā)電機(jī)組配置考慮其輸出無功功率完全達(dá)到替代的柴油發(fā)電機(jī)組無功輸出要求。⑥監(jiān)控功能：方便遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，可大大提高電站的自動(dòng)化管理水平。

2.2 燃?xì)庀到y(tǒng)的安全可靠性

2.2.1 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的安全用氣措施

①采用特有的爆震實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)。出現(xiàn)爆震時(shí)，自動(dòng)切斷燃?xì)夤?yīng)，迅速轉(zhuǎn)換到全柴油工作模式。②安裝有瓦斯阻火器和專用防爆器，以此避免因回火等原因引起的發(fā)動(dòng)機(jī)故障，保障發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。③安裝有安全閥，緊急情況下，按下“緊急停機(jī)”按鈕，燃?xì)怆姶砰y、柴油電磁閥均立即關(guān)閉，且柴油執(zhí)行器立即拉動(dòng)柴油泵齒條復(fù)位，在最短時(shí)間內(nèi)使機(jī)組停機(jī)，最大限度保護(hù)機(jī)組以及現(xiàn)場人員安全。

2.2.2天然氣發(fā)電技術(shù)的安全用氣措施

①罐車與燃?xì)鈾C(jī)組距離保持在30 m以上。從罐車停放點(diǎn)敷設(shè)一條輸送總管線輸送天然氣至發(fā)電機(jī)房處，接發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣支管。②設(shè)置流量計(jì)和防爆電動(dòng)蝶閥對天然氣輸送進(jìn)行計(jì)量和控制。③在距離機(jī)組燃?xì)膺M(jìn)氣調(diào)壓閥前1 m內(nèi)，天然氣溫度≤40 ℃。

2.3 改造費(fèi)用比較

以替代某一鉆井隊(duì)50DB鉆機(jī)為例，共有3臺額定功率為1 200 kW柴油發(fā)電機(jī)組，額定電壓為600 V，額定頻率為50 Hz。啟鉆時(shí)負(fù)荷約為600 kW，鉆機(jī)提鉆時(shí)瞬時(shí)最大負(fù)荷約為2 000 kW。工作條件為：啟鉆時(shí)開一臺柴油發(fā)電機(jī)組，另兩臺作為備用；采用雙泵高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，兩臺柴油發(fā)電機(jī)組投入工作，備用一臺。①雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)改造費(fèi)用：主要由兩部分組成，一是增加撬裝式LNG儲存供氣系統(tǒng)的費(fèi)用，二是發(fā)動(dòng)機(jī)的雙燃料改造費(fèi)用。共計(jì)約為180萬元。②天然氣發(fā)電技術(shù)改造費(fèi)用：本項(xiàng)目共安裝6臺600GJZ1-PwT天然氣發(fā)電機(jī)組，配套冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和必要輔助生產(chǎn)設(shè)施組成（不含余熱系統(tǒng)、租地費(fèi)用）。設(shè)備及主材部分投資1 197萬元。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測對比

以50鉆機(jī)為例，保守計(jì)算單臺發(fā)動(dòng)機(jī)平均負(fù)荷為500 kW，純柴油工況時(shí)柴油消耗105 kg。鉆井周期為45 d，燃油總量為200 t。

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)：使用柴油替代率為60%的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，每小時(shí)柴油消耗42 kg，同時(shí)耗天然氣81.9 m3，考慮到折舊等費(fèi)用，一口井利潤可達(dá)54.79萬元。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)成果

2013年4月在一個(gè)不帶頂驅(qū)的鉆機(jī)上試驗(yàn)天然氣發(fā)電技術(shù)。該鉆機(jī)動(dòng)力由2臺190柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，電力主要由1臺400 kW柴油發(fā)電機(jī)組提供。正常打鉆時(shí)，鉆井平臺設(shè)備用電累計(jì)負(fù)荷為430 kW左右，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷為200～300 kW左右。使用了1臺標(biāo)定功率600 kW靜音型集裝箱式全自動(dòng)天然氣發(fā)電機(jī)組。4月18日15點(diǎn)30分正常帶載運(yùn)行，直到26日19點(diǎn)30分左右，氣罐所存燃?xì)庥霉夂笤O(shè)備停機(jī)。共計(jì)使用9 944.8 m3天然氣，平均日用氣量為1 363.9 m3。所替代的400 kW柴油發(fā)電機(jī)組之前統(tǒng)計(jì)的日用油量為0.8～1.1 t，每天的油氣差價(jià)達(dá)2 444～3 870.5元。

2013年6月在電動(dòng)鉆機(jī)上開展天然氣發(fā)電技術(shù)試驗(yàn)。該鉆機(jī)配備有頂部驅(qū)動(dòng)裝置、2臺190柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺400 kW沃爾沃柴油發(fā)電機(jī)組（1開1備）、1臺520 kW卡特柴油發(fā)電機(jī)組（開動(dòng)頂驅(qū)時(shí)使用）。試驗(yàn)自6月14日上午開始，至6月19日10點(diǎn)累計(jì)消耗天然氣8 177 Nm3，平均日用氣量為：1 603.6 m3?？ㄌ夭裼桶l(fā)電機(jī)組運(yùn)行5天統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，共用油約4.6 t，平均日用油量為0.92 t。柴油供應(yīng)價(jià)格為8 400元/t，加上運(yùn)輸費(fèi)用及燃油供應(yīng)管理費(fèi)用等，價(jià)格達(dá)到9 000元/t。LNG天然氣供應(yīng)價(jià)格為3.4元/m3（包括天然氣的運(yùn)輸、設(shè)備管理、罐車與氣化撬的使用費(fèi)用）。平均每天油氣差價(jià)為2 828元。

此次試機(jī)滿足了鉆機(jī)正常負(fù)荷使用、安全生產(chǎn)和體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的要求。同時(shí)，在改善現(xiàn)場操作的噪聲污染，減少排煙污染等方面成效明顯，值得推廣應(yīng)用。

4 存在的問題

①在設(shè)備現(xiàn)場安裝時(shí)由于結(jié)構(gòu)太緊湊導(dǎo)致耗時(shí)多達(dá)一天，還出現(xiàn)了部分螺栓固定不緊的問題，存有潛在危害。②臥式散熱器設(shè)計(jì)在房頂。添加防凍液時(shí)需多人協(xié)助作業(yè)。由于連接管接較多而串水管緊固螺栓配備不齊，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。③安裝燃?xì)夤芫€時(shí)發(fā)現(xiàn)其密封墊圈規(guī)格不標(biāo)準(zhǔn)，而管線不具備外層保護(hù)，易發(fā)生泄漏現(xiàn)象。④在合閘試用時(shí)出現(xiàn)缺相，造成固定式硫化氫控制面板燒損。⑤供氣設(shè)施尺寸較大，不利于井場標(biāo)準(zhǔn)化布置和小井場以及山區(qū)等井場的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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