海洋石油鉆井平臺節(jié)油途徑探討

周賽杰（中國石油化工海洋石油工程有限公司上海鉆井分公司，上海201206）

0 引言

能源與環(huán)境問題時(shí)刻受到世界各國的關(guān)注，我國現(xiàn)在在節(jié)能與環(huán)保方面出臺了多項(xiàng)政策來推進(jìn)工作的開展，企業(yè)也在不斷尋求提高能源利用率的途徑，我國近幾年不斷提高排放標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能減排已經(jīng)成為社會各界的主旋律。燃油消耗成本歷來是海洋鉆井平臺營運(yùn)成本的重要組成部分。降低燃油消耗是企業(yè)降本減費(fèi)工作的重要內(nèi)容之一。隨著我國對海洋油氣開發(fā)的重視，海洋石油鉆井平臺數(shù)量近幾年迅速增長。海洋鉆井作業(yè)具有其特殊性，必須探索出自身的節(jié)油途徑。本文嘗試從柴油機(jī)燃油消耗的因素和人員操作方面，提出節(jié)油的方法。

1 柴油機(jī)選型

柴油機(jī)在發(fā)展的一百多年以來，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，它是各種動力設(shè)備中能量利用率最高、熱效率最高的設(shè)備。很多最新型號的海洋鉆井平臺，包括JU2000型、Keppel B型，以及更新改造的平臺，大部分都使用美國卡特彼勒（CATERPILLAR）公司的3516型柴油機(jī)，此款柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、燃油經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。

2 主要節(jié)油途徑分析

2.1 柴油機(jī)的正確使用

按照使用說明，科學(xué)、正確的使用柴油機(jī)，可以降低油耗、延長保養(yǎng)時(shí)間，提高柴油機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性。

2.1.1 燃油質(zhì)量

柴油機(jī)以柴油為燃料，柴油的質(zhì)量決定了柴油機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性，柴油的性能指標(biāo)主要包括十六烷值、凝點(diǎn)和濁點(diǎn)、粘度和清潔度。柴油的發(fā)火性好，柴油機(jī)啟動時(shí)就比較順暢，運(yùn)轉(zhuǎn)柔和；柴油霧化性好，氣體就混合得比較均勻，利于充分燃燒；柴油低溫流動性好，噴油泵供油是就比較順暢[1]。劣質(zhì)柴油會引起氣缸積碳、缸套和活塞環(huán)磨損、噴油嘴堵塞等嚴(yán)重后果。除了要使用高品質(zhì)柴油外，還要采用各種技術(shù)手段來提升柴油性能，從而減低油耗。

2.1.2 對燃油進(jìn)行預(yù)熱和凈化

燃油使用前保持一定的溫度十分重要。粘度影響柴油的噴霧質(zhì)量、燃燒的過濾性與流動性。溫度低，粘度就高，噴霧的油粒就會偏大，燃燒就會不充分。因此，一般柴油的運(yùn)動粘度在20攝氏度時(shí)為2.5-8mm2/s[1]。

2.1.3 選擇合適的添加劑

添加劑加到燃油中可以改善燃燒，有多種作用。

（1）催化作用。添加劑能夠使柴油霧化效果更好，與空氣混合后燃燒更充分，燃燒效率得到提升，燃油經(jīng)濟(jì)性得以顯現(xiàn)。

（2）中和作用。添加劑可以與柴油燃燒后生產(chǎn)的含硫化合物反應(yīng)，使含硫化合物變成其他無害氣體排出，防止含硫化合物在氣缸中遇水產(chǎn)生亞硫酸對設(shè)備零部件造成腐蝕影響。

（3）潔凈作用。添加劑混于柴油中能軟化氣缸中的積碳，使活塞和火花塞等部位保持清潔，能延長零部件的使用壽命，從而延長柴油機(jī)的維修周期，節(jié)省維保成本。

2.1.4 保持合適的冷卻水溫

柴油機(jī)在運(yùn)行期間中，冷卻水溫度應(yīng)保持在65-85°C之間，此時(shí)柴油機(jī)的燃油效率最高。如果水溫低于60°C，氣缸內(nèi)溫度偏低，熱損失偏大，延長了柴油著火時(shí)間，就會增加油耗。氣缸溫度過低還會導(dǎo)致氣閥結(jié)碳，加大活塞與缸套振動，引起缸套穴蝕[2]。如果水溫偏高，缸壁潤滑油膜就會蒸發(fā)，加劇缸壁間的磨損，引起冷卻缸內(nèi)汽化，加快缸套密封老化。

從表2可以看出，可降解地膜全膜栽培、黑色全膜大壟面穴播、膜上覆土栽培、黑色全膜雙壟壟側(cè)種植增強(qiáng)了作物田間長勢。

2.1.5 怠速時(shí)間要適宜

柴油機(jī)若長時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，會降低噴油泵供油的平衡性，造成柴油機(jī)各缸做功不均勻，燃燒不充分會增加廢氣中HC 和CO的含量，造成環(huán)境污染，同時(shí)也會增加燃油消耗。柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)期間負(fù)荷一直偏低，活塞和缸套間隙逐漸變大，導(dǎo)致缸套內(nèi)竄入機(jī)油，致使機(jī)油被損耗；當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下就無法有效利用其扭矩和功率，油耗就會增加，生產(chǎn)效率也會降低。

2.2 柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測

設(shè)備的維修策略要從被動維修向預(yù)測性維修和主動維修轉(zhuǎn)變。加強(qiáng)日常巡檢，通過觀、聞、問、切了解柴油機(jī)整機(jī)、系統(tǒng)及零部件的狀態(tài)，借助柴油機(jī)的自動檢測系統(tǒng)，值班人員定時(shí)記錄其各項(xiàng)主要參數(shù)，如進(jìn)出口壓力、溫度、功率等是否在正常范圍內(nèi)，從而判斷柴油機(jī)的運(yùn)行狀況。通過檢查掃氣室是否清潔和排煙狀況來判斷氣缸噴油器是否正常。按照運(yùn)行時(shí)間要求，及時(shí)進(jìn)行常規(guī)的維護(hù)保養(yǎng)。通過主動性監(jiān)測和維護(hù)，保證柴油機(jī)始終處于平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，最終可以減少油耗和降低維修成本。

柴油機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性與多項(xiàng)因素有關(guān)，包括柴油和空氣的混合程度、燃燒后熱能轉(zhuǎn)化為動能的轉(zhuǎn)化率等，柴油燃燒充分、熱效率高，其經(jīng)濟(jì)性就好。柴油機(jī)在運(yùn)行過程中會受到摩擦、高溫及零件受到腐蝕等因素的影響，隨著使用時(shí)間的增加，燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和進(jìn)排氣系統(tǒng)等部位都會出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致熱效率降低，從而增加油耗。所以監(jiān)測好柴油機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)做好維護(hù)保養(yǎng)工作，就能保持柴油機(jī)的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

（1）定期檢查空氣濾清器。保持空氣濾清器干凈可以保證柴油機(jī)吸入足量潔凈的空氣，潔凈的空氣能減少零部件之間的磨損，既能延長使用壽命，又能降低油耗。所以要定時(shí)關(guān)注顯示屏上的進(jìn)氣壓力和檢查空氣指示器的顯示，維護(hù)保養(yǎng)好空氣濾芯。

（2）定期檢查噴油泵的工作情況。噴油壓力是否符合標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)校噴油泵，保證各缸供油量均勻，噴油泵的啟噴壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)。

（3）定期檢查冷卻系統(tǒng)。冷卻液存量是否在規(guī)定范圍內(nèi)，有無滲漏；冷卻水泵壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)，滿足強(qiáng)制冷卻要求；經(jīng)常檢查冷卻液PH值是否在6.0-8.5之間，防止冷卻系統(tǒng)被腐蝕，保證有良好的冷卻效果。

2.3 柴油機(jī)的保養(yǎng)

2.3.1 潤滑油的選用

機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量損耗占燃料能耗很大比例，適當(dāng)降低潤滑油粘度可以降低鉆井期間柴油機(jī)的能耗，因?yàn)榈驼扯鹊臐櫥涂梢詼p少機(jī)械構(gòu)件之間的摩擦，但是前提是要保證滿足潤滑要求。按照柴油機(jī)操作要求，定期更換潤滑油，保證潤滑系統(tǒng)維持在良好狀態(tài)。

2.3.2 保證燃油霧化質(zhì)量

燃油霧化是指將燃油變成足夠小的微粒，細(xì)小微粒與壓縮空氣能夠充分混合，能使縮短燃燒前的準(zhǔn)備時(shí)間，即縮短滯燃期，柴油能夠完成燃燒，柴油機(jī)就能平穩(wěn)運(yùn)行。噴油器是決定燃油霧化質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)該定期對噴油器進(jìn)行預(yù)防性檢查，保證噴霧器能夠保持良好的使用狀態(tài)[3]。

2.4 柴油機(jī)負(fù)荷匹配

影響柴油機(jī)油耗的另外一個(gè)重要因素是動力輸出匹配。海洋鉆井施工過程中，每個(gè)階段作業(yè)負(fù)荷都不一樣，波動性比較大。在鉆井過程中，經(jīng)常由于負(fù)荷比較小而造成柴油機(jī)得不到充分使用，有時(shí)候?yàn)榱吮ＷC鉆井作業(yè)的安全，單（兩）臺柴油機(jī)不能滿足鉆井設(shè)備某個(gè)時(shí)間段的需求而使用兩（三）臺柴油機(jī)，從而造成柴油機(jī)動力沒有得到充分利用。在某些工況下，柴油機(jī)運(yùn)行過程中存在無用功，所以柴油機(jī)無法將使用效率達(dá)到理想狀態(tài)，從而要多啟用一臺柴油機(jī)，增加了燃油消耗。

柴油機(jī)如果長時(shí)間在較低負(fù)荷（小于額定功率的30%）下工作，氣缸內(nèi)會積碳，油耗反而會增加；柴油機(jī)如果長時(shí)間在超負(fù)荷狀態(tài)下作業(yè)，就會加劇柴油機(jī)運(yùn)行粗暴性，排氣管會冒黑煙，同時(shí)產(chǎn)生大量積碳，由于機(jī)組溫度升高，潤滑條件變差，會改變潤滑油性能導(dǎo)致零件磨損。

下面以在南海某海域作業(yè)的一口4000 米左右的定向井為例，說明在鉆井過程中不同工況下使用柴油機(jī)情況，具體參數(shù)與負(fù)荷見表1。

表1 探井整個(gè)作業(yè)階段主要設(shè)備參數(shù)及負(fù)荷

表1 中四開（8-1/2’’井段），鉆井作業(yè)負(fù)荷波動性大，雖然大部分時(shí)間柴油機(jī)總負(fù)荷只有1800KW，但是存在無用功因素和短時(shí)間的高負(fù)荷，為保證井下安全，機(jī)艙要啟動3臺柴油機(jī)，柴油機(jī)大部分使用時(shí)間的使用效率不足60%，造成部分動力浪費(fèi)，增加了油耗。鉆井作業(yè)中動力的配備使用大多數(shù)情況下依據(jù)機(jī)匠的經(jīng)驗(yàn)，由于不同機(jī)匠存在業(yè)務(wù)水平的差異，很多情況下都長時(shí)間出現(xiàn)動力過剩，既浪費(fèi)能源，又造成柴油機(jī)的使用時(shí)間損耗，縮短了保養(yǎng)時(shí)間。

鉆臺司鉆應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況和現(xiàn)階段工藝要求，估算鉆井絞車、頂驅(qū)、泥漿泵、三除等設(shè)備大概所需功率，再與機(jī)艙機(jī)匠溝通，機(jī)匠再確定柴油機(jī)的啟動臺數(shù)，盡量使柴油機(jī)在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。避免盲目增加柴油機(jī)臺數(shù)，造成動力浪費(fèi)。例如，以海洋石油鉆井平臺使用的卡特3516B型柴油機(jī)為例，在拖航壓載期間，一般使用一臺主機(jī)即可滿足功率要求；在正常鉆進(jìn)時(shí)，兩臺泥漿泵高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，一般需要2～3臺主機(jī)；在起下鉆作業(yè)和下套管作業(yè)期間，由于負(fù)荷波動比較大，為確保井下安全，避免遇到瞬間高功率柴油機(jī)被憋滅，也啟動2臺主機(jī)；在電測和安裝井口等作業(yè)時(shí)，只要開一臺主機(jī)即可。機(jī)艙機(jī)匠也應(yīng)該經(jīng)常主動與鉆臺聯(lián)系，了解當(dāng)前作業(yè)工況，再將柴油機(jī)的使用功率百分比與司鉆溝通，適時(shí)減少柴油機(jī)的使用數(shù)量，從而減少燃油的消耗。

2.5 提高節(jié)能技術(shù)，增強(qiáng)節(jié)能意識

經(jīng)過多年發(fā)展，柴油機(jī)的節(jié)能技術(shù)得到不斷改進(jìn)，取得了很多節(jié)能成果。要想使柴油機(jī)的技術(shù)能得到更新，企業(yè)要持續(xù)增加自主研發(fā)投入，可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。例如優(yōu)化發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣條件，采用更加先進(jìn)的電控技術(shù)，推廣應(yīng)用潤滑油減磨劑、燃油添加劑等等，使其幫助柴油機(jī)提高節(jié)能效果，另外還可以優(yōu)化鉆井工藝以縮短鉆井周期，從而減少燃油消耗。

降本增效是平臺每個(gè)作業(yè)人員的責(zé)任，了解節(jié)能減排對海洋鉆井企業(yè)的重大意義，從而不斷增強(qiáng)節(jié)能意識，才能在工作中主動采取各項(xiàng)措施，使用、維護(hù)好柴油機(jī)，從安全、節(jié)能出發(fā)，做好自己的本職工作。

3 結(jié)語

在海洋鉆井平臺作業(yè)中，降低鉆井成本是增加企業(yè)效益的有效措施，也是我們追求的目標(biāo)。柴油機(jī)就是平臺的“心臟”，燃油消耗占整個(gè)鉆井作業(yè)成本比重比較大，降低柴油機(jī)油耗是降本減費(fèi)的重要舉措，也是石油鉆井行業(yè)面臨的一個(gè)重要課題，更是一項(xiàng)長期任務(wù)。降本減費(fèi)任重道遠(yuǎn)，不僅需要柴油機(jī)的先進(jìn)技術(shù)提供支持，也與設(shè)備管理人員的業(yè)務(wù)水平和節(jié)能意識有很大關(guān)系。所以企業(yè)應(yīng)該不斷加強(qiáng)職工的技能培訓(xùn)，提高職工的操作技能和管理水平，落實(shí)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)制度，盡可能讓柴油機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)，最大限度地降低油耗和減少使用時(shí)間，延長保養(yǎng)時(shí)間和使用壽命，最終達(dá)到降本減費(fèi)的目的。