钻探企业节能减排措施综述

2012-10-13葛苏鞍谯国军吴彤李克强

石油石化节能 2012年9期

关键词：柴油机柴油电动机

葛苏鞍谯国军吴彤李克强

（1.中国石油西北油田节能监测中心；2.中国石油工程技术节能监测中心；3.川庆钻探工程公司质量安全环保处）

钻探企业节能减排措施综述

葛苏鞍1谯国军2吴彤3李克强2

（1.中国石油西北油田节能监测中心；2.中国石油工程技术节能监测中心；3.川庆钻探工程公司质量安全环保处）

钻探企业能源消耗总量占集团公司总能耗量的比例虽然很小，但是由于其能源以柴油为主，能耗成本却相对较高，节能减排工作不容小觑。为了有效促进钻探企业节能减排工作，应从机制节能、管理节能、技术节能和理念节能等四个方面着手，以确保节能减排工作健康有序发展。

钻探企业节能减排措施

1 能源消耗现状分析

1.1 钻探企业能源消耗现状

钻探企业能源消耗量相对较低，仅占集团公司总能耗量的2.3%。但是，由于其主要能源为柴油，柴油消耗量占集团公司柴油消耗总量的45.6%，位居集团公司各板块之首，而其中80%以上的柴油用于钻井生产，这就导致了其能耗成本相对较高，且随着柴油价格的进一步上涨，将对企业的市场竞争带来更大压力。因此，钻探企业加强节能工作，将有利于降低经营成本，提高竞争能力，获得较大的经济效益。

1.2 钻井设备能源消耗分析

柴油机作为钻探企业的主要耗能设备和能源转换设备，其管理、使用的好坏将决定着企业节能减排目标的完成情况。正常情况下，柴油机燃油充分燃烧后，能量的40%转变为机械功，其余60%的全部损失了。但由于我国柴油机存在设计、制造、使用水平落后，其燃油消耗率与国外先进水平比较相差8%左右[1]。因此，柴油机节能减排将是钻探企业工作的重点。

1.3 钻井作业排放情况分析

2011年12月20日，国家环境保护部受国务院的委托，与各省级人民政府和8大中央企业集团签署了“十二五”主要污染物总量减排目标责任书，要求集团公司到2015年化学需氧量和二氧化硫排放量分别减少12%，氨氮和氮氧化物排放总量分别减少10%。而钻探企业主要使用的耗能设备为柴油机，其氮氧化物和颗粒物的排放远远高于《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》（GB20891-2007）。各钻探企业二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放量占集团公司排放总量的比例也很大，减排任务也十分艰巨。

2 节能减排措施

2.1 机制节能

2.1.1 强化责任、完善制度、加强监管，建立健全激励和约束机制

各单位应根据自身的实际情况，健全节能节水管理制度，建立节能减排问责制，完善节能减排指标体系、计量体系、监测体系、统计体系和目标分解考核体系，将节能减排业绩纳入各级人员的生产经营考核指标，并加强过程管理，层层开展监督检查，使各项制度、措施落到实处，严格考核兑现，才能充分调动各级人员工作的积极性和主动性，才能激励先进、鞭策后进，使节能节水工作由“少数人管”转为“全员参与”，才能实现企业节能降耗工作的良性发展。

2.1.2 领导主导、部门负责、机构健全，形成全员参与的工作机制

节能减排既是一项现实紧迫的工作，又是一项长期艰巨的任务，如果没有企业领导者的坚强领导和积极参与，再完善的制度也是一纸空文，再明确的目标也难以实现。领导重视不是空泛的要求，而是要落到行动上，要将节能减排工作放在重要的位置，要在人力、物力、财力等方面提供强力支持，才能为企业节能减排工作的持续推进提供有力保障。

此外，如果企业没有设置健全的机构、没有配备足够的人员，节能节水日常工作将无人来抓、技术改造将无人来管、监督检查将无人来做，从而导致各项工作流于形式。从近几年来的现场考核情况来看：机构设置健全、人员配备充分的企业，其各项工作有人来抓，节能减排得到了持续的改进和提高；对于设置有专职节能节水管理人员的企业，管理人员有一定的时间和精力从事管理，各项工作得到基本保障；在一些节能节水管理人员兼职较多的企业，其管理人员对节能节水工作投入精力有限，工作难于深入，难以保障企业节能节水工作全面、有效、持续发展。

2.2 管理节能

2.2.1 合理调整柴油机的功率和参数

目前石油钻机类型各异，配套功率大小不一，地质条件千差万别，操作水平参差不齐。因此，做好从设备配置到使用的全过程管理，才能有效降低能耗。应根据钻井工艺需要和现有装备水平，通过理论计算和实际检测结果，制定一套根据各项钻井作业工序所需功率大小和钻井参数，确定柴油机开启台次和运行时间的方案，尽量使柴油机在高效经济区运行，避免因盲目增加柴油机运行台数而加大柴油消耗的现象。

2.2.2 正确对设备进行维护保养

柴油机在使用一段时间以后，由于磨损其某些技术指标将发生变化。因此，应根据不同设备的维护保养要求和实际使用情况，对设备进行正确的维护保养。如通过合理调整柴油机的气门间隙、供油提前角、校喷油器等工作，使柴油机工作在最佳状态，以提高柴油的燃烧效率。

此外，由于钻井作业环境条件比较恶劣，风沙、粉尘较大，这就必须要加强对三滤的维护保养，以减少风沙、粉尘对柴油机燃烧和润滑效果的影响，保持设备处于良好的运行状况。

2.2.3 加强设备的预防性维修

随着检测技术的发展和计量水平的提高，设备的维修方式也由原来的故障维修或计划维修向预防性维修转变，做到防患于未然，将故障消除在萌芽状态。预防性维修能够根据设备的运转状况，通过耳听、鼻闻、眼观、手感和设备检测等手段，及时发现设备的异常情况，在设备故障发生前，对设备进行维修，显著提高设备的可靠性和安全性，及时恢复设备的技术性能，确保设备在最佳技术状态下运行，以减少维修成本和停机时间，降低燃油消耗，提高作业效率。

2.2.4 加强对柴油、润滑油、冷却液的维护管理

1）柴油的质量直接影响到柴油机的燃烧性。因此，首先要从源头上控制好柴油质量，对购买的柴油进行质量检验，确保其符合国家标准。其次是加强柴油的运输和储存过程污染控制，防止水、颗粒的污染，保持柴油的清洁度。

2）大量的监测数据和案例表明，柴油机70%的故障都与润滑有关[2]。所以合理的选用润滑油并加强对润滑油的维护管理是提高柴油机可靠性的重要保障。为此，在选用润滑油时应在保证设备润滑的前提下，尽量采用高性能低黏度润滑油或黏度指数高的多级油。另外，在润滑油的储存过程中，要防止污染物的进入；在润滑油的使用过程中，要加强取样分析工作，确保在用润滑油在《柴油机油换油指标》（GBT7607-2010）的控制范围内。

3）研究表明，超过40%的发动机的问题起因于冷却液[3]。良好的冷却系统可以降低柴油机的热负荷，但冷却温度必须是适度的，柴油机冷却液温度最佳范围是85～90℃。对于水冷柴油机，冷却水要加足并在水中加入一定浓度的防腐、防锈、防结垢的添加剂，在保证冷却液质量要求的同时，也要加强对冷却液的日常维护。

2.2.5 加大节能降耗的监督管理力度

一是各级节能管理部门要执行国家《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》规定，严格源头监督管理，实行工程项目节能专项审查制度。二是要加大对重点耗能用水设备的监测、评价力度，寻找设备在运行、管理方面存在的问题，发掘节能潜力，提高能源利用效率。三是要完善和落实节能产品市场准入管理，加强监测和评价，严格执行市场准入条款，将假冒节能产品和投资大、效益差的产品拒之门外。四是加强能源审计工作，对于纳入万家节能低碳行动的企业和企业内重点耗能单位，要按照国家要求认真开展能源审计，将能源审计工作常态化、制度化。

2.3 技术节能

2.3.1 持续推进钻井提速工程

推广优快钻井技术减少动力消耗，是钻井作业实现节能降耗的关键。针对不同区域、不同井型，做到一井一策，通过应用钻井、井下作业新技术、新工艺，优化单井钻井工艺，有针对性地采用高压喷射、优选钻头水力参数、应用PDC钻头、欠平衡钻井、螺杆复合钻进、有机盐仿油基钻井液等技术努力提高钻井速度，缩短钻井周期，实现钻井施工全过程的节能增效。

2.3.2 推广应用“油改电”技术

由于高压电动机的运行效率一般在95%左右，远高于柴油机百分之三十几的效率，对企业而言，实施钻机“油改电”后理论上可实现节能60%左右。由此可见，推广应用钻机“油改电”技术，不仅有着很大的节能效果，同时也有着明显经济效益和环保效益，真正实现了节能、减排、降耗、增效和改善作业环境的目的。因此，在供电条件许可和钻井作业周期较长的区域，通过对实施“油改电”经济效益进行评估，在确保良好效益的情况下应积极使用工业电力作为能源为钻机提供动力。

2.3.3 使用无功补偿和谐波抑制技术

电动钻机的平均功率因数一般在0.6左右，而且电流、电压谐波含量远远高于国家用电质量标准要求，这不仅增加了无功损耗，降低了供电设备的带负荷能力，而且由于谐波的存在，增加了发电、输电、供（配）电和用电设备的附加损耗，使设备过热，降低设备运行效率，缩短设备使用寿命；使仪表画面图形畸变、亮度波动，数据处理错误；对电控设备产生误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失和安全隐患。在使用无功补偿和谐波抑制技术后，功率因数可提高至0.90以上，谐波含量明显下降，可有效提高设备带负荷能力，减少设备的运行台数，实现节能减排和安全生产的目的。

2.3.4 使用高效率的传动设备

由于链条钻机存在着传动效率太低，燃油消耗过大、以及不可调速等问题，因此，在保留链条钻机总体结构不作大的改动的前提下，将传动效率在80%左右的液力变矩器替换为传动效率在95%左右的液力偶合器，以此实现提高传动效率，降低能源消耗的目的。此外，采用液力偶合器后，在柴油机输出转速不变的情况下，可以根据工作要求实现远程或就近控制调节泥浆泵、绞车、转盘转速，更好地满足各种钻井工艺要求。

2.3.5 机械钻机使用节能发电机

机械钻机存在着动力匹配不合理现象。一方面，钻机工作负荷不足70%，处在低负荷、高耗能工况；另一方面，井队配有2台300～400kW柴油发电机组为井场提供电能。根据柴油机特性曲线知道，其经济工况时转速在1300r/min附近，负荷率大于75%。因此，提高柴油机的负荷率是节能降耗有效途径。可以利用钻机富余动力拖带一台300 kW的节能发电机，这样不仅柴油机的负荷率将提高到90%以上，达到其经济工作状态，燃油消耗率会明显降低，同时也因为减少使用了一台柴油发电机，减少了发电燃油消耗，节能效果非常明显。

2.3.6 油料远程自动计量技术

通过采用钻井队油料远程自动计量技术，实时监控柴油机的运行状况和油料消耗情况，以及井队来油质量，能较有效地控制钻井队在油料的出入库和使用的各个环节，堵塞管理漏洞，提高管理效率，将非生产耗油降至最低。同时可以根据各个柴油机的油料消耗情况，合理优化设备运行配置，及时对设备进行维护保养，以有效提高设备能源利用效率，降低钻井成本。

2.3.7 烟气余热利用技术

柴油机的运行效率一般在30%～40%之间，其余60%以上的能量被烟气、冷却液等带走。实验表明，柴油机的输入能量有30%左右随烟气排走，27%左右被冷却液带走，5%左右通过机体散发到环境中。因此，对烟气和冷却液中余热的充分利用则是柴油机节能的关键所在。为此，可以利用换热器将烟气和冷却液中的热能置换出来，冬季用于对油罐和设备进行加热保温，以及生产蒸汽用于设备解冻等，这样不但可以省掉以往使用的锅炉供热保温或电加热保温，实现节能降耗的目的，而且可以将低标号柴油改为高标号柴油，实现节约燃料费用的目的。此外，由于将冷却液中的热量进行了置换，因此可以关掉风扇，进而达到了减少电能消耗、降低环境噪声的目的。

2.3.8 柴油机专用节油装置

柴油机专用节油装置是将燃油进入发动机前使燃油分子团充分解体，大幅提高燃油分子与氧分子接触的密度，促进燃油充分燃烧，提高燃油利用效率。该装置经过钻井队现场试验和台架实验，其节油率都在4.8%以上，节能效果非常明显，有较好的经济效益。

2.3.9 照明节能改造技术

钻井队目前生产区照明普遍采用高压钠灯、高压汞灯、金卤灯和荧光灯，总照明功率在18kW左右。这四种照明灯具功率因数都不高，大多在0.3～0.7之间，使用寿命在3000～14000h之间，且频闪效应明显，这将对发电机的带负载能力和能源利用效率，以及照明系统的维护保养和现场安全带来不利影响。在此，可以利用LED灯进行改造。LED灯具有绿色环保、高效节能、使用寿命长、功率因数高等特点，改造后可实现节电率75%以上，而且根据钻井队人员反映，还具有防止蚊虫聚集，光线柔和不刺眼，雾天光线穿透能力强，抗震能力高，使用寿命长，重量轻，安装方便等特点，由此减少了现场作业和更换灯具时带来的安全隐患。

2.3.10 电动机软启动装置

该装置采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，实现平滑启动，降低启动电流，减小起动电流对电网的冲击，而且节约电能。待电动机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动装置的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动装置同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

2.3.11 选用电喷柴油机

电喷技术即内燃机燃料系统的电控燃油喷射技术，它使用电信号来控制喷油时刻、喷射压力，完全取消了燃油系统中的机械控制结构。因此，电喷柴油机具有转速控制更加精确，燃烧更加充分，冷启动性能更好，排烟热损失更少，维护工作量更低等特点。

2.4 理念节能

2.4.1 加强宣传培训工作

通过广泛宣传，营造全员参与的氛围和渠道，让全体员工充分认识到，建立资源节约型企业，是每个人应尽的社会责任，也是企业内在发展的需要，同时把节能目标和每个人的切身利益联系起来，使每名员工逐渐养成自觉节约资源的良好习惯。在宣传培训方面，不仅要注重节能知识、理念的宣传培训，还要注重操作技能和维护保养知识的培训。

2.4.2 加强精细化管理

随着节能减排工作的不断发展，全员节能节水意识也得到了明显提高，推行精细化管理，从点滴抓起，形成了“重基础、重过程、重具体、重细节、重落实、重质量、重效果”的管理制度，从各个层面实施节能降耗。

3 结束语

随着全球对气候变化的高度关注，我国在国际上所面临的节能减排压力日益加大。为缓解压力，国家把节约资源作为基本国策，要求“加快建设资源节约型、环境友好型社会”，切实走节约发展、清洁发展的新型工业化道路。《国务院关于加强节能工作的决定》进一步要求必须把节能摆在更加突出的战略位置，以实现国民经济的又好又快发展。

自1993年我国成为石油净进口国以来，石油进口量逐年攀升。到2011年，我国石油消费量已经超过了4.5×108t，其中进口2.5×108t，石油的对外依存度已经超过56%，预计到2015年对外依存度将超过60%，这是一个巨大的风险。

在减排方面，2009年国务院公布了我国控制温室气体排放的行动目标，到2020年我国单位GDP二氧化碳排放比2005年要下降40%～45%，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。2012年2月29日，国家颁布了新的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），增加了细颗粒物（PM2.5）的监测，各企业的减排压力也日益加大。

综上所述，节能减排工作不是某个人、某个部门、某个企业、某个地区的私事，而是全民的共同责任，需要各个部门、各个企业的相互协调、互相沟通、共同参与。在节能减排行动中只有从点滴抓起，各企业的节能减排工作才能得到持续有效地发展。

[1]姜武杰,刘伟.提高柴油机燃油经济性的措施[J].工程机械与维修,2007(2):138-139.

[2]关子杰.内燃机润滑油应用原理［M］.北京：中国石化出版社,2001.

[3]童斌.浅析影响柴油机油耗因素及采取的节能措施[J].科技资讯,2011(34):74.节能效果对比，自9月11~11月8日共录取60组数据，平均数据对比见表7、表8。