钻井柴油发电机余热技术研究与应用

钻井柴油发电机余热技术研究与应用

温 超

中石化胜利石油工程有限公司沙特钻井项目部，山东 东营 257000

摘要：随着我国当前技术水平的不断提升，国家对于能源的利用越来越重视，尤其在电力能源开发方面，关注度全面增长。本次研究中，重点针对钻井柴油机发电机使用中的能耗管理进行了探索，并于研究中就该类发电机余热技术的应用价值最大化进行了整理，包括温差发电技术以及现场测量数据的统计，旨在借此进一步为钻井柴油发电机能源节省起到帮助。

关键词：柴油发电机；余热技术；温差发电

前言：

作为能源中重要构成部分的石油能源，其在进行开采应用时，能源消耗的源头上，主要以钻井设备运转为主，而我国在油田生产期间，钻井施工时钻机应用频率最高，其柴油发电机会为钻井系统提供电力，必然需要消耗大量的柴油，导致钻井施工成本随之增加，且相关数据显示，柴油机在发电过程中，可用能源仅为50%左右，其余能源均以不同形式被排放至大气中，导致能源被浪费。鉴于此，针对钻井柴油发电机余热技术应用这一内容进行深入分析具有重要现实意义。

一、柴油发电机余热利用技术探索

石油钻井行业发展中，柴油发电机是应用频率最高的一类钻井设备，本次研究中，主要使用了300-400kW的辅助柴油发电机，配量为2台，此外为了保障钻井现场施工效率及质量，还配置了备用的100kW柴油发电机组，配量为3-5台。经技术人员总结，钻井柴油发电机组在使用效率方面一般以50%为主，而剩余50%被浪费的能源，往往以热量形式排放于大气中被散失，其中主机燃油所发出的热量内废弃中含有的热量占比35%左右，而烟囱排出温度则在240℃左右，浪费能源的同时，对空气造成污染^[1]。对此技术人员经过一系列的探索研究后发现，开始将钻井柴油机余热加以回收和利用，目前主要技术研究方向集中在了温差发电方面，下面将会具体就柴油发电机余热回收利用技术应用进行探讨。

二、钻井柴油发电机余热技术应用

（一）温差发电技术应用

借助温差发电技术进行工业余热发电管理时，行业应用范围主要集中在低品位热源领域，而太阳能发电、汽车废气利用以及工业余热方面均比较注重温差发电技术的使用。此外，在使用放射性同位素作为热源的能源利用领域，其中囊括了航天、军事、海洋等多方面^[2]。

（二）现场测量数据分析

现阶段，温差发电技术在应用中，主要使用温差发电片，其中一个单片的发电片在发电功率上主要维持在2-4W之间^[3]。所以一般被应用在小功率的用电设备供电中。为了进一步提升研究深度，本次研究以某钻井公司4099队的1#柴油发电机为研究对象，对其烟囱的温度进行了实地测量，发现发电机转速规格为1500r/min，且经过技术人员统计发现，在烟囱的直角转弯位置处，温度最开始处于250-265℃之间，而在烟囱的中间位置处，温度维持在250℃左右，最尾端位置的温度则显著低于前两段，仅处于230-245℃之间^[4]。通过一系列的实验显示，将温差发电片安装于钻井柴油机烟囱中间段最为理想，具体的柴油机发电机排出烟气呈现图如图1所示：

图1 柴油机发电机排出烟气呈现图

图1中，烟囱相关数据如表1所示：

表1 柴油机现场测量数据表

本次钻井柴油机温差发电技术应用时，需充分做好下述计算工作：

①按照如下公式计算钻井柴油机中间段烟囱管道截面的数据，具体的周长计算公式如下：

②按照如下公式计算钻井柴油机中间段烟囱管道外壁技术，详细的面积计算公式如下：

按照上述计算公式可得出，温差发电片安装时，数量选择上，应控制在1800-2000片之间。

除开上述计算外，技术人员还需针对单片温差发电片的电功率做好配设工作，本次技术研发中，设计温差、负载电压、直流电流分别为：100℃、4V、600mA，则可按照如下公式计算出单片阻值：

同时，还可明确按照如下公式计算出单片直流电功率（P）的具体数值：

经过统计，一台钻井柴油发电机烟囱中，利用发电片进行余热能源利用时，能够得到如下的电力能源回收利用量：

最终经过技术人员统计发现，本次研究中应用余热技术能够节约能源占比达到了总能源量的30%左右，且可行性极高，满足钻井现场的应用要求及标准。

结束语：

综合而言，针对钻井柴油发电机余热加以利用过程中，充分将温差发电技术应用起来，不仅能够显著将能源的利用实现最大化，同时对于钻井成本的控制也可显著优化。应用温差发电技术进行能源节省时，主要是集中在小功率设备之上，实现对于柴油发电机余热利用技术空白补充的同时，对于后续油气钻井开发水平的提升也可发挥突出性的助推效用。

参考文献：

[1] 赵鹏, 胡甫才, 薛厚强,等. 柴油发电机余热利用制冷系统设计及性能分析[J]. 小型内燃机与车辆技术, 2020, v.49;No.262(02):31-35.

[2] 袁韩生, 孙锦余, 刘巍. 柴油发电机余热在海岛能源供应中的应用研究[J]. 南方能源建设, 2020, 6(Supp. 1):1-5.

[3] 李海彪, 郭明红, 郭建,等. 水包柴油钻井液技术研究与应用[J]. 化学工程与技术, 2019, 009(001):P.10-14.

[4] 刘淅, 王青春, 龙玲,等. 基于柴油货运车辆的尾气余热发电机参数化研究[J]. 重庆理工大学学报:自然科学, 2019, 033(002):145-154.