柴油与天然气发动机动力性能对比分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第9期．43．柴油与天然气发动机动力性能对比分析方永春，曾志伟，许山明，李树新，王金成。李建华(西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依834009)[摘要]通过石油钻井用柴油机与天然气机所驱动工作机消耗的功率以及速度特性曲线分析两种动力的优劣，经过现场使用检测数据与观察验证，实际与理论分析基本相符合。并根据现场使用燃气机组存在问题，提出在使用过程中需要解决和注意的相关意见和建议，以确保满足钻井工艺要求的同时，实现节能减排，降本增效和低碳、清洁化生产的目的[关键词】石油钻井；柴油机

2、；天然气机；动力性能；对比分析天然气是公认的低成本、清洁型燃料之一。展的要求，目前石油钻井行业正在逐步试验使用目前无论是在机动车用小功率天然气发动机还是天然气机组替代柴油机作为钻井动力，现场主要在固定式大功率天然气发动机其推广应用都呈较使用预混合供气火花点火的发动机。现对天然气快速发展趋势。现阶段天然气发动机点火方式采机与柴油机启动性能进行对比分析，并通过钻井用天然气空气预混合供气火花点火和天然气压缩实践验证存在的问题，提出解决的措施及建议。点火两种，但前者在发动机性能方面存在功率密1钻机动力负载类型及两类驱动特性

3、分析度及热效率均较低的问题，后者基本能达到与柴1．1机械钻机负载的类型和特性油机相同的性能指标。为满足节能减排、清洁发机械钻机负载的类型和特性见表1。表1钻机负载的类型和特性序号负载类型负载大小kW负载特性1电器功率260～320相对平稳，55kw电机启动有波动2泥浆泵功率300启动负载大，且随井深增加平稳增加，由于是往复三缸泵，负载大且一直处于～675小幅波动中3转盘功率90随钻压、地层特性和转头尺寸变化，一直处于波动中。且较泵负载波动大，～210但负载值比泵负载小4提钻功率1o0～675随井深钻柱增加而增加，动

4、载变化最大1．2柴油机和天然气发动机输出特性j椭=1—L．{l0I～莹神捶罄通过天然气机与柴油机的特mi～樱牛抖手工0j性曲线图可以得出：①发动机扭矩和功率中，扭矩决定发动机的二鞲霉i上一妻囊’_—’}圭。启动、加速、超载能力，而功率=l{i／i决定着最高速度和载重量。②柴⋯：：始辑*斗+油机在中低速的扭矩大，扭矩曲磕q，{{；{{{}q—i{=b：固：土0线比天然气平稳，即加载能力比—上—￡：：1：_jj三r／illm，瑚御蝴I蝴1靴1脚o∞∞珊天然气机强。③经济油耗不仅与侧II)l^1％荣flIl帆迪键特性鞲建

5、fR州I_m)一哦赫．a鹤；城琦转速有关，也与负载率相关，在额定功率和额定转速下，单位功图l天然气供气方式下发动机运转范围比较率油耗最低。天然气供气方式下作者简介：方永春(1966一)，男，湖北枣阳人，1990年毕业于江汉石油学院机械系石油发动机运转范围比较见图1。矿场机械专业，高级工程师。现任西部钻探克拉玛依钻井公司副总工程师。学兔兔www.xuetutu.com44．■技术交流石油和化工设备。2O15g第18卷2现场钻井实际负载工况和总装功率情况2．1工程设计功率工程设计功率见表2。表2工程设计功率开钻次序井段

6、m泵压MPa排量L／s泵功率kw转盘功率kw小计kW提升功率kw一开0—20010556882008881O2二开200-11001328455150605276二开1100-1850122842015O570421二开1850-2530l426455l5O605552二开2530-3150l2284201505706752．2设备装备功率设备装备功率见表3。表3设备装备功率序号名称型号数量单机功率双台功率三台功率1柴油机Z12V190B-138l0162024302天然气机Al2Vl9OPPZLT一2310002

7、00030003泥浆泵F一1300295619124转盘ZP52012575自动压风机2V-6．5／l2l552_3发电机功率和实际负载功率发电机功率和实际负载功率见表4。表4发电机功率和实际负载功率序号气候实际用电负载功率柴油发电机装配功率柴油发电机负载率天然气发电机装配功率天然气发电机负载率1夏季26040065％50052％2冬季32040080％50064％3钻井施工过程使用动力性分析表5转速恢复到原动力机转速的时间3．1单机工况下两种动力机动力特性分析机型提钻次数秒数空游车由图1可知，突载工况下天然气机在

8、低速加载时较柴油机响应迟滞率约为20％～3O％，根据理论燃气机13825舍去值燃气机23815数据，再配置使用一台810kW柴油机和两台1000燃气机3368．8kW天然气机的ZJ32J钻机进行现场变载对比试验验燃气机43711证。通过提钻工况和和提升空游车做变载动测试燃气机平均137．25l1．6天然气机和柴油机相应时间及相关反应，试验在燃油机l33小于5