燃氣發動機與發電機在蘇里格氣田開發中的應用與分析

根據川慶公司節能減排項目要求，并在40651鉆井隊燃氣動力機實驗成功的基礎上，2011年后半年開始在轄區40019、40020、40021、50685等4支鉆井隊陸續配套使用2000系列、3000系列燃氣動力機、燃氣發電機，該項目自2010年7月27日投產以來，使用燃氣發動機先后共完成了40口天然氣井施工作業，累計消耗液化天然氣2365.26噸，相當于常態下天然氣338.2319萬方，相當于2584噸零號柴油的熱當量值，與柴油相比二氧化碳排放量減少7844.44噸，累計進尺132885米。

1.使用天然氣發動機的優點

燃氣氣發動機與燃油發動機相比，其優越性主要體現在以下兩個方面[1]：

1.1.節能降耗，降低鉆井成本，更好的滿足蘇里格低成本戰略需要，可謂經濟與實惠，與柴油機相比，每口井燃料結余費用可觀。

1.2.純天然氣發動機的投產應用完全實現了“以氣代油”，這也是長慶鉆井發展低碳綠色經濟，實現節能減排、進行可持續發展的戰略之一。

2.項目運行情況

柴油機全部更換成燃氣發動機后，增配了氣化撬、槽車。用天然氣發動機雙車起升井架，整個起升過程平穩、安全，沒有發現任何異常情況。從使用情況來看2000系列燃氣機相對穩定，但是3000系列故障率相對較高，一定程度影響了鉆井作業，主要是燃氣控制與分配技術不成熟、關鍵部件的材質不能夠滿足高溫要求、燃氣機的設計上存在一定的安全隱患，突出表現在燃氣機排溫高，氣門下沉比較嚴重，火花塞爆炸，放炮導致缸蓋損壞等一些列故障。為保障安全生產，2012年6月份以來燃氣動力機開始陸續停用，發電機仍然在使用中。

3.燃油與液化天然氣消耗情況

正常情況下液化天然氣氣化率約1430方/噸左右， 根據使用情況統計來看，純燃氣機鉆機表層鉆進每小時的耗氣量大約為500方左右，隨著井深、負荷增加每小時的耗氣量也在增加，在2500米井段每小時的耗氣量約為370方左右，即每天的耗氣量隨著井深與負荷增加在逐漸增加，根據現場天然氣消耗情況統計，不同工況下每天消耗天然氣在6000-9000方左右。根據統計轄區七部鉆機使用使用天然氣發動機后累計完成40口天然氣井施工，累計進尺132885米，累計消耗液化天然氣2365.26噸，按照熱卡當量計算相當于2584噸零號柴油的熱當量值，與柴油發動機相比減少二氧化碳排放量7844.44噸，減排效果明顯。

4.經濟效益評價

4.1.直接經濟效益

燃氣機投產以來，累計消耗液化天然氣2365.26噸，相當于常態下338.2319萬方天然氣，平均8.46萬方/口。根據總公司每口井定額柴油計算完成這40口井需要2780.63噸柴油。平均每口井為69.52噸，按照柴油市場價格8182元/噸計算：

消耗天然氣的金額為：338.2319X3.5=1183.81萬元

消耗定額柴油的金額為：2780.63 X8182=2275.12萬元

可見使用天然氣代替柴油作為燃料施工40口井節約燃料費用為：

2275.12-1183.81=1091.31萬元

平均每口井節約的燃料費用為：

1091.31÷40=27.28萬元

4.2.間接經濟效益

按照天然氣與柴油熱卡當量，并結合每口井的定額計算，平均每口井的天然氣消耗值為8.46萬方天然氣，如果折合成柴油，按照油氣當量：1升天然氣=0.7636KG柴油計算，每口井消耗8.46萬天然氣的當量柴油為：

84600X0.7636/1000=64.60噸

根據統計每口井的平均定額柴油為69.52噸，

可見使用天然氣作為燃料每口井可以節約柴油為：

69.52-64.60=4.92噸

節約的柴油費用為：

4.92X8182=4.026萬元

則完成40口井節約的費用為： 4.026X40=161.04萬元

因此，使用燃氣機后，完成40口井施工累計節約的燃料費用與兩種燃料的差價產生的的綜合費用為。

1091.31+161.04=1252.35萬元

平均每口井節約費用為：

1252.35÷40=31.31萬元

可見使用燃氣機施工的鉆井隊節約的經濟效益顯著，但是由于燃氣機存在重大安全隱患，等停時間多，損工工時多，延長了每口井的施工周期，同時增加了燃料的消耗，影響了生產。如果燃氣機設計合理，燃氣控制與分配技術成熟，材質過關，不存在這些安全隱患，在實際施工中鉆井周期還要縮短，節約的燃料費用還要更多。

5.減少二氧化碳排放統計

由于柴油與天然氣的組成成分不同，柴油燃燒后產生了大量的二氧化碳與少量的水，天然氣燃燒后大量的水與少量的二氧化碳，根據柴油與天然氣的的排放標準：燃燒1公斤柴油排出二氧化碳3.06公斤，燃燒1方天然氣排出二氧化碳1.964公斤的計算。則完成40口井施工消耗的當量柴油排放的二氧化碳為：

2780.63X3.06=8508.73噸

消耗的天然氣排放的二氧化碳為：

338.2319X1.964=664.29噸

則使用天然氣作為燃料后減少的二氧化碳排放量為：

8508.73-664.29=7844.44噸

可見減排效果相當明顯。

6.然氣發動機及發電機存在問題

2000系列燃氣機配套已經接近兩年時間，3000系列燃氣機配套后已經運行近一年時間，在使用中出現多起故障，給生產造成一定的影響，這些問題起初出現后，得到了濟柴廠的大力支持與協助，經過現場處理仍然可以繼續使用，但是同類問題多次反復出現，始終沒有得到根治，特別是部分設計與技術缺陷的存在給安全生產造成了極大的威脅，經過多方論證與分析研究這種缺陷與不足，濟柴廠還沒有好的解決辦法，因此，在6月份以后我們逐漸暫停燃氣機的使用，燃氣發電機仍然在繼續使用中。燃氣動力機的主要故障表現在以下幾個方面：

6.1.燃氣動力機施工天然氣井，由于燃燒不充分，在排氣管出現二次燃燒，導致排氣管放炮，噴射火焰這類問題直接危及到井控安全，因此需要從設計上就徹底解決這個問題。

6.2.火花塞質量、燃氣控制技術缺陷導致爆裂、爆炸等類故障頻繁發生，直接危及到作業人員安全，像火花塞爆炸后，飛出距離遠達90米左右，一旦傷及人員后果很嚴重。因此如何解決天然氣不能完全燃燒、后燃問題；如何解決瞬時響應能力差的問題是制約燃氣動力機用于動力機的關鍵所在。

6.3.現場維護困難，每次搬遷完安裝，啟動很困難，同樣的問題多次出現，不能根治，有的問題服務人員也搞不清楚。因此，燃氣控制及分配技術還需要再研究，再完善。

6.4.配件質量問題：使用中更換頻率高的配件有火花塞、缸蓋、燃氣控制閥、氣馬達、水泵、火花塞護套、缸蓋墊子等，因此，燃氣機配件的質量不過關是導致燃氣發動機暫停使用的又一個重要因素。

6.5.燃氣機配件價格昂貴，維護成本高。如：一根火花塞的價格為2359元，一個燃氣控制閥的價格大概在7.2萬元左右。從使用情況來看，節能減排的效果確實不錯，按照鉆井總公司的定額及成本計算，如果像40651鉆井隊2000系列燃氣機兩年后出現配件更換頻繁，維護成本太高，我們在柴油上面節約了一點費用，但是在花費在配件上的費用遠遠超過了我們油料上面的結余。

6.6.天然氣發動機瞬態響應性滯后（與柴油機相比），不能滿足瞬時負荷變化快的需要，如遇阻解卡上下活動鉆具等操作存在局限性，頻繁熄火。在現場基本都用一檔低速進行作業，與柴油機相比，接單根時間多5分鐘，每起下一趟鉆需要多4-5個小時，直接影響到鉆井提速工作。

7.總 結

燃氣發動機使用LNG作為燃料經濟、環保，從統計數據分析來看，節能效果明顯，與柴油相比二氧化碳排放量大大減少[2、3]。但是，由于設計技術還不成熟，在現場使用中出現了很多安全隱患，給安全生產帶來了很大的風險。另一方面，由于燃氣機屬于新技術推廣應用階段，控制技術還不成熟，廠家服務人員基本都在學習階段，解決與排除故障的能力有限，因此在安全、速度與效益的抉擇中，我們暫時停止使用燃氣動力機。由于燃油發電機燃氣發電機組織周期相對較長，目前我們們在采取相應的安全措施后，仍然在在繼續使用中，因此還需要我們多加防范，做好維護。

[1] 陳宜亮. 燃氣發動機的發展動向[J].山東內燃機，2004 （8）： 4-7

[2] 王佳煥，鄂文鋒，俞鯤. 天然氣發電機組在海拉爾油田的應用[J].油氣田地面工程，2006（8） ：59

[3] 張強. 燃氣發電機組在轉油站的應用[J].油氣田地面工程，2011（11）：87-88