12V190钻井用天然气发动机瞬态响应性能提升

发布时间：2018-05-28 03:24

  本文选题：钻井 + 天然气发动机　； 参考：《山东大学》2017年硕士论文

【摘要】：本文主要对12V190钻井用天然气发动机的瞬态响应性能提升方法进行了研究。国内钻井行业主要采用柴油发动机作为钻井动力,燃料成本在钻井成本中占比比较大,形成高耗能、高污染的局面,由于对节能减排的重视和钻井行业的不景气,急需一套成熟可靠的天然气动力设备来实现油田钻井设备的更新换代。天然气发动机已经比较成熟,在很多领域都广泛应用,引入天然气发动机做为钻井动力,对于节省燃料成本、减少排放,提升钻井企业效益,都有巨大的意义。天然气发动机用于钻井动力替代柴油发动机,关键问题就是天然气发动机的瞬态响应性能必须满足钻井工况的要求。本文对钻井动力的负荷特性进行了分析,提出了钻井用天然气发动机瞬态响应性能要求,对天然气发动机的瞬态特性进行了分析,对天然气发动机的进排气增压、供气方式、点火提前角等进行了论述,阐述了提高天然气发动机瞬态响应性能的方法。根据12V190发动机的特点,在原有天然气发动机的基础上,对发动机的进排气增压系统进行了优化,采用GT-power软件对三脉冲排气系统和MPC排气系统的瞬态响应性能进行了对比分析,根据理论分析和仿真结果,选用了三脉冲系统作为12V190钻井用天然气发动机的排气系统。根据天然气发动机现有的供气技术,结合12V190天然气发动机的特点,提出了预混电喷的复合供气方式,该供气方式兼顾了预混和电喷各自的优点,具有燃气和空气混合均匀、发动机响应性高、系统成本低的优点,比较适合钻井天然气发动机的应用。对12V190天然气发动机的点火、调速等进行了优化、采用了可变点火提前角、预提速等方法,对发动机的瞬态响应性能进行了全面的优化。对优化后的12V190天然气发动机进行了台架性能测试,测试了 12V190天然气发动机的负荷特性、速度特性、负荷响应特性。根据试验结果,分析了可变点火提前角、预混电喷复合供气模式对发动机瞬态响应性能的影响。经过优化后的天然气发动机,瞬态响应性能到达了钻井动力的要求。最后在钻井现场对12V190天然气发动机进行了试验验证,通过对三口井的跟踪和测试,优化后的天然气发动机,瞬态响应性能满足了钻井现场的需求,根据现场对天然气和柴油的测算,分析了采用天然气发动机作为钻井动力后的经济和环境效益。经过优化后的12V190天然气发动机,可以用于钻井动力替代原有柴油机,具备了推广应用的条件。
[Abstract]:In this paper, the method of improving the transient response performance of natural gas engine for 12V190 drilling is studied. The domestic drilling industry mainly uses the diesel engine as the drilling power, and the fuel cost accounts for a large proportion of the drilling cost, resulting in a situation of high energy consumption and high pollution. Due to the importance of energy saving and emission reduction and the depression of drilling industry, A set of mature and reliable natural gas power equipment is urgently needed to realize the replacement of oil drilling equipment. Natural gas engine has been mature and widely used in many fields. The introduction of natural gas engine as drilling power is of great significance for saving fuel cost, reducing emissions and improving the efficiency of drilling enterprises. When the natural gas engine is used to replace the diesel engine with drilling power, the key problem is that the transient response performance of the natural gas engine must meet the requirements of drilling conditions. In this paper, the load characteristics of drilling power are analyzed, the transient response performance requirements of natural gas engine for drilling are put forward, the transient characteristics of natural gas engine are analyzed, and the inlet and exhaust pressurization and supply mode of natural gas engine are analyzed. The ignition advance angle is discussed, and the method to improve the transient response performance of natural gas engine is described. According to the characteristics of 12V190 engine and on the basis of the original natural gas engine, the intake and exhaust turbocharging system of the engine is optimized, and the transient response performance of the three-pulse exhaust system and the MPC exhaust system are compared and analyzed by using GT-power software. According to the theoretical analysis and simulation results, the three-pulse system is selected as the exhaust system of the natural gas engine for 12V190 drilling. According to the existing gas supply technology of natural gas engine and combined with the characteristics of 12V190 natural gas engine, this paper puts forward the compound gas supply mode of premixed electronic injection, which takes into account the advantages of both premixing and electronic injection, and has a uniform mixture of gas and air. The engine has the advantages of high response and low system cost, so it is suitable for drilling natural gas engine. The ignition and speed regulation of 12V190 natural gas engine were optimized, and the transient response performance of the engine was optimized by means of variable ignition advance angle and pre-speed. The performance of the optimized 12V190 natural gas engine was tested, and the load characteristics, velocity characteristics and load response characteristics of the 12V190 natural gas engine were tested. Based on the experimental results, the effects of variable ignition advance angle and premixed EFI compound gas supply mode on the transient response performance of the engine are analyzed. The transient response performance of the optimized natural gas engine reaches the requirement of drilling power. Finally, the 12V190 natural gas engine is tested and verified at the drilling site. By tracking and testing the three wells, the transient response performance of the optimized natural gas engine meets the requirements of the drilling site. Based on the field calculation of natural gas and diesel oil, the economic and environmental benefits of using natural gas engine as drilling power are analyzed. The optimized 12V190 natural gas engine can be used to replace the original diesel engine with drilling power.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE92;TK46

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本文编号：1945062