论文摘要：在油田中，利用天然气代替柴油作为发动机燃料，不仅原料提供方便，缓解柴油资源短缺问题，而且大幅降低燃料成本，减排效果理想，以气代油，成为油田迫切的希望。本文通过对一台12V190天然气机模拟现场应用的试验基础上，系统地研究了钻井动力用天然气机各工况运行情况及性能参数，分析了试验中出现的异常情况，充分验证了钻井动力用天然气机的可行性。通过试验总结提出了改进措施，确定了适合钻井动力用天然气机的优化配置及型式。
论文关键词：天然气机,动力性,性能试验,优化配置
作者单位：牟德强（胜利油田胜利动力机械集团有限公司，山东东营257032）
孙佳俊（胜利油田胜利动力机械集团有限公司，山东东营257032）
刘庆雷（胜利油田胜利动力机械集团有限公司，山东东营257032）
1前言
现在，油田钻井使用柴油成本高，油田内部支持以气代油节能减排，降本增效。同时，从油田反映使用双燃料机组情况来看，减排和节支效果不太理想，更倾向于用纯天然气机组。开发钻井动力用天然气机的目的是在满足钻井动力性要求的情况下，利用天然气作燃料，最大限度地降低钻井成本，实现节能减排、清洁生产。如果钻井动力用天然气机经验证性能可完全取代柴油机，那么会在油田进行全面普及，将开创油田钻井新局面，使油田经济效益和社会效益双丰收。本文通过对一台12V190天然气机的性能对比试验，模拟钻井动力性能需求变化，系统研究了各工况机组参数变化，验证了钻井动力用天然气机的可行性。通过优化配置和改善燃气控制、调速等系统，初步确定和设计出适合钻井动力用的天然气机基本配置及型式。
2正文
2.1柴油机井队应用现状
大部分井队配置3台柴油机，驱动2台泥浆泵、一台发电机、转盘和压缩机，适合于“三开”钻井作业。12V190柴油机配置现在多采用2台1000kW加上1台882kW，认为阶梯型功率配置节能。1500r/min的柴油机实际使用转速空车时在1350r/min，带载后的转速在1250~1300r/min。作业中突加负荷转速最低一般降到1130r/min，最大转速下降量为160r/min。据考察，柴油机运行点常在外特性线上。负荷突增幅度最大的工况为提钻，此时柴油机不带注水泵，只带电机，柴油机从200kW突加450kW,达到了650kW。在竖井架和撤井架时用单台柴油机工作在1000r/min。因此，通过对钻井时柴油机应用现状的了解，针对12V190天然气机进行了模拟试验。
2.212V190天然气机有关参数和配置
表1发动机有关技术参数和配置
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型号
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T12V190Z D
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型式
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四冲程、V形、增压中冷
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气缸数
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12
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气缸直径，mm
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190
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活塞行程，mm
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210
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总排量，L
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71.45
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活塞平均速度，m/s
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7
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活塞压缩比
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（8~9）：1
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旋转方向
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逆时针（面对输出端）
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起动方式
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24V直流电机起动或气马达起动
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点火方式
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火花塞电点火
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点火次序
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1-8-5-10-3-7-6-11-2-9-4-12
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点火系统
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Altronic CD200的数字点火系统
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燃气控制系统
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EGS控制系统
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2.3试验过程
（1）不同转速情况下，机组所能达到的最高功率，以及在最高功率时对应的增压器转速和缸排温。
 备注：图中数据为机组试车中调整后的性能参数。
试验过程中，转速1150r/min-1450r/min时，最低功率650kW,最高功率750kW，各工况功率的提升主要受增压器喘振影响，增压器喘振时转速范围47000～5000r/min左右，最高功率时增压器压比在1.8-2.0。1200r/min-1450r/min点火提前角为42度，1150r/min点火提前角降为38度，主要因为1200r/min－1450r/min时，排温较高以控制排温为主，而1150r/min时缸温较高，因此减小点火提前角，以控制缸温为主。
（2）相同扭矩（4350N.m）情况下，缸排温随转速变化的各工况情况。
 从特征曲线2中可以看出，随转速的提高排温逐渐升高，缸温1150r/min至1200r/min呈下降趋势，然后趋于稳定，在1400r/min工况缸排温都明显下降，主要是因为此时功率达到750kw，节气门开度增大，缸内稀薄燃烧。在1450r/min工况，缸排温明显上升。
（3）各工况过量空气系数及节气门开度情况
 试验过程中，机组转速由1450r/min逐渐降低到1150r/min运行。1450r/min时节气门开度为18，过量空气系数为1.59，但在1400r/min时出现变化，节气门开度为20，过量空气系数为1.57，节气门开度增大而过量空气系数减小，主要是因为在1400r/min时发现1～6缸缸温低做功差便将左混合器空燃比调大，混合气浓度加大造成的；1350r/min时过量空气系数为1.57不变，而节气门开度减小到17，主要是因为此时受增压器影响功率只加载到680kw，相比1400r/min750kw时降低70kw,节气门开度便减小；1300r/min、1250r/min、1200r/min这三个工况运行稳定，节气门均为20，过量空气系数1.55，功率720kw；1150r/min节气门开度不变20，功率为750kw，此时燃烧更加充分，因此过量空气系数增大为1.57。
执行器开度范围在6°～50°，现场试验中正常运行时执行器开度最大只能达到20°，节气门只打开1/2开度；过量空气系数在1.55-1.59，再降低混合气浓度，发动机运行不稳定，瞬时转速波动大，在现有的负载特性下转速容易跌到1150r/min附近。
（4）改进后的钻井动力用12V190天然气机
通过模拟对比试验，对配钻井动力用天然气机进行了改进和优化，型式如图4。
图4改进后的钻井动力用12V190天然气机
改进后的钻井动力用12V190天然气机，不仅在机械配置方面进一步优化，而且采用AltronicCD200的数字点火系和EGS燃气控制系统，提高响应速度和现场适应性。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
