钻井平台柴油发电机组的应用
发布时间：2024-08-09 点击：335
钻井平台柴油发电机组的应用
除了本文中所列的钻机用柴油发电机组（动力模块），由于负载特性和环境条件相比较常规产品有较大区别，造成产品参数及配置有较大差别之外，其余的应用场景基本上均可采用标准陆用柴油发电机组产品，而在钻机应用场景当中，篇幅所限，本文仅以陆地钻机用柴油发电机组（动力模块）为例加以说明，海上石油平台钻机用柴油发电机组（动力模块）性能要求与前者类似，不过由于使用环境为海上石油平台，严格说来属于船用（marine）产品范畴，因此很多配套件均需要选用船用产品，并且对整机增加了喷涂、防盐雾腐蚀以及船级社的船检证书等船用认证要求，成本较高，另外往往要求做成集装箱或者方舱等成套结构，方便快速组装及方便拆卸转运。
在海上平台电气系统常规设计中，平台电站在平台调试投产初期向模块钻机供电，平台正式投产后，模块钻机转由自身电站供电。平台电站只向模块钻机提供一路400 v的维保电源、一路应急电源以及ups和导航电源。在平台海上联合调试期间，组网状态下平台主电站可以为模块钻机提供临时主电，同时在后期实际生产过程中，平台主电站可根据实际生产负荷情况，在供电能力允许的条件下与钻机自备柴油发电机组网共同给模块钻机供电，实现了钻机与生产组块电气一体化。
钻井用柴油发电机组模型图
一、行业应用
柴油发电机组石油和天然气行业应用包括以下应用场景：
1）钻井平台用辅助发电机组（陆地钻机和海上石油平台钻机）。
2）钻井辅助动力，功率段为300～500kw。
3）修井、试油等部门，功率段为20～300kw。
4）lng（liquefied natural gas，液化天然气）接收站的应急备用电源。
5）炼化工厂。
6）管道公司（西气东输）。
7）其他（加油站用应急电源）。
二、解决方案
以陆地 zj30db钻机常用的额定输出功率为1200kw，额定电压为600v，功率因数为0.7（滞后）的需求为例，解决方案通常有两种，一种是康明斯电力技术有限公司采用的单机容量为400kw，3台发电机组智能并机的解决方案；另外一种是采用的单台1200kw陆地钻机专用发电机组（动力模块）解决方案，两种解决方案各有优劣，参见表1。
表1 两种油田钻机动力解决方案对比
序号
康明斯电力技术有限公司方舱（内置3台400kw发电机组并机）
单台1200kw（动力模块）
康明斯电力技术有限公司多机并机方舱与原装进口品牌单台在功率配置比较
1
标配有量身定制的防护方舱，方便撬装及快速转场
国外裸机交付，需要国内配套防护方舱
优
2
标配调速板、调压板以及数字化智能并机系统
标配无调速板、调压板、并机系统及负载分配系统，柴油机需要通过外部0～200ma信号进行调速，调速板、调压板和并机控制器均需要钻机配电板厂家集成
优
3
成本低，交货快
成本高，交货慢
优
4
对于zj30db钻机而言，运行台数可根据钻井深度自动加减机，不作业时由一台满足生活用电，作业时，2台到3台发电机组并机运行，可不停机保养，燃油经济性和可靠性好，任何1台运行发电机组故障不影响生产及生活用电
对于zj30db钻机而言，采用1台
1200kw的发电机，供电可靠性不高，保养时必须停机，全厂失电，如果采用2台1200kw并机，虽然可靠性提高了，也能不停机保养，但配置浪费，燃油经济性也差
优
5
功率因数为0.8（滞后），散绕绕组
功率因数为0.7（滞后），型绕绕组
加大发电机容量满足非线性及频繁启动负载需求
6
对于zj70db甚至更深的钻机而言，并机台数稍多
对于zj70db甚至更深的钻机而言，并机台数适中
稍劣
结论：
1．对于zj30db钻机，建议采用康明斯电力技术有限公司3台400kw发电机组并机方舱方案。
2．对于zj70db甚至更深的钻机，建议采用动力模块多台1200kw并机方案。
由于陆地油田钻机经常移动作业，需要采用成套结构，方便转场，且油田相对偏僻，一般情况下根本无市电电源可引入，即使可接入市电，由于钻机及辅助生活设施长行功率达到1200kw以上，钻机电动机额定电压为三相600v，因此400v市电无论电压还是容量都无法满足供电需求，其电源通常由钻井队自备的柴油发电机组（以下简称发电机组）提供，传统上均采用一台1200kw大功率发电机组，在实际使用中，存在运行维护成本高和供电不可靠等问题。近年也有一些采用2台或3台发电机组手动并机方法，但操作十分复杂，无法实现自动方式，对操作人员的专业水平要求比较高，容易发生非同期并机的重大故障，针对这一问题，康明斯电力技术有限公司和油田进行广泛的合作，利用康明斯电力技术有限公司在发电机组智能监控系统开发方面的成功经验，引进吸收国外先进技术，成功地开发出具有国际先进水平并具有自主知识产权的油田专用全数字化智能并机方舱发电机组，其独特的电动百叶窗进排风结构，发电机组运行时自动打开，而在停机或转场时，百叶窗自动关闭，具备良好的耐寒保温、抗风沙能力，两侧大面积的舱门结构方便检修。带可收缩隐藏的起吊吊耳的刚性主梁，一方面能够给方舱发电机组提供足够刚性，保证方舱起吊时不变形；另一方面主梁端部及侧面均有方便拖拽移位的结构。方舱的门槛结构下沿离地高度较高，可有效避免在野外泥泞及振动环境中可能导致的方舱整体下陷时，泥水不会进入方舱。
康明斯电力技术有限公司陆地钻机专用方舱发电机组（内置3台400kw发电机组）以其为油田恶劣环境量身定制开发的结构、友好的操作界面、高度智能、自动化操作及高可靠性的供电性能受到油田的好评，产品广泛应用于吉林油田、江汉油田、辽河油田和胜利油田等大油田，产品配套于中国某大型石油装备制造集团公司制造的钻机，出口美国等欧美发达国家，并被中国石油系统后勤物资装备公司作为节能降耗的先进技术在全系统内广泛推广应用。
三、传统油田钻机负载特性及配套发电机组的现状
油田钻机负载的主要特点是需要频繁启动及正反转的切换，额定电压为600v的交流三相异步电动机，启动、正反转及调速等控制均通过变频装置（非线性负载）进行控制；钻井时会随着钻井的深浅和进钻、提钻而大幅度的突加或突卸负载。
油田钻机电源传统上都是根据其最大容量采用单台发电机组的模式，其存在的主要问题：
1、供电可靠性差
作为唯一电源，发电机组须连续运行，无法及时停机进行维护保养，并且绝大部分时间都处于低负载运行状态，从而使发电机组故障率提高，降低供电可靠性，缩短发电机组使用寿命。
2、运行成本高
钻机在钻井时，其负载会随着钻井的深浅及岩层的硬度不断变化，在浅钻的过程中，其负载远小于发电机组的额定容量，发电机组长时间处于低负载运行，柴油机的气缸温度无法达到设计的额定温度，一方面会导致燃油不完全燃烧而使气缸内严重积炭，加快燃油、机油消耗及零部件的磨损；另一方面缸套与活塞的间隙比较大，会使活塞环间隙过大，少量机油进入气缸随废气排出，而出现排烟管漏机油，加快机油消耗，从而使其运行成本也提高，而在深钻时，本身由于岩层硬度变化导致的负载波动就比较
发电机操作安全技术交底
概述柴油发电机组油雾保护系统
发电机组租赁需注意的事项
柴油发电机组为何要加装水套加热器
柴油发电机组受潮的处理技巧
柴油发电机组拆卸前的准备工作
除了本文中所列的钻机用柴油发电机组（动力模块），由于负载特性和环境条件相比较常规产品有较大区别，造成产品参数及配置有较大差别之外，其余的应用场景基本上均可采用标准陆用柴油发电机组产品，而在钻机应用场景当中，篇幅所限，本文仅以陆地钻机用柴油发电机组（动力模块）为例加以说明，海上石油平台钻机用柴油发电机组（动力模块）性能要求与前者类似，不过由于使用环境为海上石油平台，严格说来属于船用（marine）产品范畴，因此很多配套件均需要选用船用产品，并且对整机增加了喷涂、防盐雾腐蚀以及船级社的船检证书等船用认证要求，成本较高，另外往往要求做成集装箱或者方舱等成套结构，方便快速组装及方便拆卸转运。
在海上平台电气系统常规设计中，平台电站在平台调试投产初期向模块钻机供电，平台正式投产后，模块钻机转由自身电站供电。平台电站只向模块钻机提供一路400 v的维保电源、一路应急电源以及ups和导航电源。在平台海上联合调试期间，组网状态下平台主电站可以为模块钻机提供临时主电，同时在后期实际生产过程中，平台主电站可根据实际生产负荷情况，在供电能力允许的条件下与钻机自备柴油发电机组网共同给模块钻机供电，实现了钻机与生产组块电气一体化。
钻井用柴油发电机组模型图
一、行业应用
柴油发电机组石油和天然气行业应用包括以下应用场景：
1）钻井平台用辅助发电机组（陆地钻机和海上石油平台钻机）。
2）钻井辅助动力，功率段为300～500kw。
3）修井、试油等部门，功率段为20～300kw。
4）lng（liquefied natural gas，液化天然气）接收站的应急备用电源。
5）炼化工厂。
6）管道公司（西气东输）。
7）其他（加油站用应急电源）。
二、解决方案
以陆地 zj30db钻机常用的额定输出功率为1200kw，额定电压为600v，功率因数为0.7（滞后）的需求为例，解决方案通常有两种，一种是康明斯电力技术有限公司采用的单机容量为400kw，3台发电机组智能并机的解决方案；另外一种是采用的单台1200kw陆地钻机专用发电机组（动力模块）解决方案，两种解决方案各有优劣，参见表1。
表1 两种油田钻机动力解决方案对比
序号
康明斯电力技术有限公司方舱（内置3台400kw发电机组并机）
单台1200kw（动力模块）
康明斯电力技术有限公司多机并机方舱与原装进口品牌单台在功率配置比较
1
标配有量身定制的防护方舱，方便撬装及快速转场
国外裸机交付，需要国内配套防护方舱
优
2
标配调速板、调压板以及数字化智能并机系统
标配无调速板、调压板、并机系统及负载分配系统，柴油机需要通过外部0～200ma信号进行调速，调速板、调压板和并机控制器均需要钻机配电板厂家集成
优
3
成本低，交货快
成本高，交货慢
优
4
对于zj30db钻机而言，运行台数可根据钻井深度自动加减机，不作业时由一台满足生活用电，作业时，2台到3台发电机组并机运行，可不停机保养，燃油经济性和可靠性好，任何1台运行发电机组故障不影响生产及生活用电
对于zj30db钻机而言，采用1台
1200kw的发电机，供电可靠性不高，保养时必须停机，全厂失电，如果采用2台1200kw并机，虽然可靠性提高了，也能不停机保养，但配置浪费，燃油经济性也差
优
5
功率因数为0.8（滞后），散绕绕组
功率因数为0.7（滞后），型绕绕组
加大发电机容量满足非线性及频繁启动负载需求
6
对于zj70db甚至更深的钻机而言，并机台数稍多
对于zj70db甚至更深的钻机而言，并机台数适中
稍劣
结论：
1．对于zj30db钻机，建议采用康明斯电力技术有限公司3台400kw发电机组并机方舱方案。
2．对于zj70db甚至更深的钻机，建议采用动力模块多台1200kw并机方案。
由于陆地油田钻机经常移动作业，需要采用成套结构，方便转场，且油田相对偏僻，一般情况下根本无市电电源可引入，即使可接入市电，由于钻机及辅助生活设施长行功率达到1200kw以上，钻机电动机额定电压为三相600v，因此400v市电无论电压还是容量都无法满足供电需求，其电源通常由钻井队自备的柴油发电机组（以下简称发电机组）提供，传统上均采用一台1200kw大功率发电机组，在实际使用中，存在运行维护成本高和供电不可靠等问题。近年也有一些采用2台或3台发电机组手动并机方法，但操作十分复杂，无法实现自动方式，对操作人员的专业水平要求比较高，容易发生非同期并机的重大故障，针对这一问题，康明斯电力技术有限公司和油田进行广泛的合作，利用康明斯电力技术有限公司在发电机组智能监控系统开发方面的成功经验，引进吸收国外先进技术，成功地开发出具有国际先进水平并具有自主知识产权的油田专用全数字化智能并机方舱发电机组，其独特的电动百叶窗进排风结构，发电机组运行时自动打开，而在停机或转场时，百叶窗自动关闭，具备良好的耐寒保温、抗风沙能力，两侧大面积的舱门结构方便检修。带可收缩隐藏的起吊吊耳的刚性主梁，一方面能够给方舱发电机组提供足够刚性，保证方舱起吊时不变形；另一方面主梁端部及侧面均有方便拖拽移位的结构。方舱的门槛结构下沿离地高度较高，可有效避免在野外泥泞及振动环境中可能导致的方舱整体下陷时，泥水不会进入方舱。
康明斯电力技术有限公司陆地钻机专用方舱发电机组（内置3台400kw发电机组）以其为油田恶劣环境量身定制开发的结构、友好的操作界面、高度智能、自动化操作及高可靠性的供电性能受到油田的好评，产品广泛应用于吉林油田、江汉油田、辽河油田和胜利油田等大油田，产品配套于中国某大型石油装备制造集团公司制造的钻机，出口美国等欧美发达国家，并被中国石油系统后勤物资装备公司作为节能降耗的先进技术在全系统内广泛推广应用。
三、传统油田钻机负载特性及配套发电机组的现状
油田钻机负载的主要特点是需要频繁启动及正反转的切换，额定电压为600v的交流三相异步电动机，启动、正反转及调速等控制均通过变频装置（非线性负载）进行控制；钻井时会随着钻井的深浅和进钻、提钻而大幅度的突加或突卸负载。
油田钻机电源传统上都是根据其最大容量采用单台发电机组的模式，其存在的主要问题：
1、供电可靠性差
作为唯一电源，发电机组须连续运行，无法及时停机进行维护保养，并且绝大部分时间都处于低负载运行状态，从而使发电机组故障率提高，降低供电可靠性，缩短发电机组使用寿命。
2、运行成本高
钻机在钻井时，其负载会随着钻井的深浅及岩层的硬度不断变化，在浅钻的过程中，其负载远小于发电机组的额定容量，发电机组长时间处于低负载运行，柴油机的气缸温度无法达到设计的额定温度，一方面会导致燃油不完全燃烧而使气缸内严重积炭，加快燃油、机油消耗及零部件的磨损；另一方面缸套与活塞的间隙比较大，会使活塞环间隙过大，少量机油进入气缸随废气排出，而出现排烟管漏机油，加快机油消耗，从而使其运行成本也提高，而在深钻时，本身由于岩层硬度变化导致的负载波动就比较
发电机操作安全技术交底
概述柴油发电机组油雾保护系统
发电机组租赁需注意的事项
柴油发电机组为何要加装水套加热器
柴油发电机组受潮的处理技巧
柴油发电机组拆卸前的准备工作
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