一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法与流程

本发明属于钻井用燃气发电机组的控制应用，具体涉及一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、电控燃气发动机在减排方面比传统柴油机具有天然的优势，因此很多不太适合电控燃气发动机工作的应用领域，主要是一些对响应性要求较高的工况，也开始大量使用电控燃气发动机，如油田钻井用途。

3、燃气机钻井平台由绞车、泥浆泵、燃气发电机组和其他负载组成，由于天然气的燃烧速度比柴油慢，燃气发动机的响应性要比柴油机差。在起钻工况，绞车提钻过程中，对燃气发电机组造成的冲击巨大，会影响发电机组稳定，造成电压畸变、频率偏移，进而造成绞车设备跳闸，会极大影响生产效率和设备安全。在钻进工况时，遇到特殊地质工况，冲击负载突然大幅增加，若燃气发电机组的响应能力达不到要求，也会造成电压畸变、频率偏移，泥浆泵设备跳闸，严重时会发生卡钻事故，造成巨大经济损失。

4、解决此问题传统方式是通过增加燃气发电机组装机容量来保证发电的稳定性，但此种方式经济极差。除了造成设备投入的大幅增加，多开机组使得在正常工况下燃气发电机组会更多的运行在低负荷区域，气耗率的增加和烧机油的问题会影响燃气发电机组运行的经济性和可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法，可以解决电控燃气发电机组因响应性慢，在钻井工况面临大冲击负荷时易发生用电设备跳闸故障的问题。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法，采用燃气发电机组响应系统，该系统包括多台燃气发电机组和冲击负载补偿装置；

4、该动态运行分配方法包括以下步骤：

5、根据钻井各工况，预估其负载情况，由负载情况确定燃气发电机组的开机数量；

6、在钻井工作过程中，获取负载的变化情况，若负载的变化率超过设定值，则启动冲击负载补偿装置，进行功率补偿。

7、作为进一步的技术方案，钻井工作过程中，由多个工序组成，每一工序均对应相应的工况类型，且相应工况类型下均具有确定使用的作业设备。

8、作为进一步的技术方案，燃气发电机组开机数量的确定过程为：

9、确定下一工序的工况类型，由该工况类型中使用的作业设备，预估该工况类型的负载情况，计算作业设备运行所需功率值，得出燃气发电机组的开机数量。

10、作为进一步的技术方案，对于响应性需求高的工况，燃气发电机组的开机台数y由以下公式确定：

11、y＝(m-n)/x；

12、式中，m为钻井工况作业设备的额定功率，n为冲击负载补偿装置的功率，x为燃气发电机组每台的突加响应功率。

13、作为进一步的技术方案，对于动力负载需求高的工况，燃气发电机组的开机台数y由以下公式确定：

14、y＝p/(0.8z)；

15、式中，p为钻井工况作业设备的最大运行功率，z为燃气发电机组的额定功率。

16、作为进一步的技术方案，在钻井工况变换时，根据下一工序工况的负载情况，改变燃气发电机组的开机数量；在钻井工序的间歇期，若相邻工序之间间隔时间大于设定值时，则减少燃气发电机组的开机数量，在下一工序开始前将燃气发电机组开机数量调整至需求量。

17、作为进一步的技术方案，在钻井工作过程中，遇到高频次冲击负载时，设定冲击负载补偿装置的响应时间，在冲击负载补偿装置成功补偿后延时设定时间后进行充电，充电过程中若再次出现冲击负载，则立即转为放电输出补偿功率。

18、作为进一步的技术方案，冲击负载出现连续尖峰时，下调冲击负载补偿装置的放电功率下降时间，保证补偿功率稳定输出。

19、作为进一步的技术方案，所述燃气发电机组响应系统还包括增压后混合的高压燃气供给系统，高压燃气供给系统与燃气发电机组连接，为燃气发电机组提供高压燃气。

20、作为进一步的技术方案，所述高压燃气供给系统包括燃气管系，燃气管系的燃气进口侧依次设置球阀、燃气滤清器、压力表，燃气管系的出口侧依次设置燃料切断阀、超音速燃料喷射阀，超音速燃料喷射阀与混合器连通，混合器的输出端还设置压力再循环阀，混合器为文丘里形式。

21、上述本发明的有益效果如下：

22、本发明的方法，通过采用冲击负载补偿装置(超级电容)，在进一步提升响应性的同时，也提高发电效率；针对不同工况、负载情况，确定了燃气发电机组作为钻井平台动力的动态分配方法，机组的并机数量可以进行定量控制，有效的提升了整体发电效率，避免了燃气发电组长时间在低负荷运行，不会发生因为低负荷运行进气系统存在负压的问题而发生烧机油的现象，提升了配气系统气门和座圈的使用寿命，兼顾了经济性和可靠性。

23、本发明的方法，优化提升燃气发电机组燃气供给系统响应性，增加冲击负载补偿装置，提出燃气发电机组钻井平台动力的分配方法，为整体解决方案，排除燃气发电机组在钻井市场上应用面临的响应性差和气耗率低下的困难，解决了燃气发电机组在钻井工况使用时，响应性差、气耗率低、经济性差及可靠性不高的诸多问题。且通过优化燃气机的控制系统，大大提升了燃气机使用响应性，在要求范围内可一次性突加53％功率负荷，已非常接近柴油机的响应性水平，为燃气机在钻井工况使用打下了坚实的基础。

技术特征：

1.一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法，其特征是，采用燃气发电机组响应系统，该系统包括多台燃气发电机组和冲击负载补偿装置；

2.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，钻井工作过程中，由多个工序组成，每一工序均对应相应的工况类型，且相应工况类型下均具有确定使用的作业设备。

3.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，燃气发电机组开机数量的确定过程为：

4.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，对于响应性需求高的工况，燃气发电机组的开机台数y由以下公式确定：

5.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，对于动力负载需求高的工况，燃气发电机组的开机台数y由以下公式确定：

6.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，在钻井工况变换时，根据下一工序工况的负载情况，改变燃气发电机组的开机数量；在钻井工序的间歇期，若相邻工序之间间隔时间大于设定值时，则减少燃气发电机组的开机数量，在下一工序开始前将燃气发电机组开机数量调整至需求量。

7.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，在钻井工作过程中，遇到高频次冲击负载时，设定冲击负载补偿装置的响应时间，在冲击负载补偿装置成功补偿后延时设定时间后进行充电，充电过程中若再次出现冲击负载，则立即转为放电输出补偿功率。

8.如权利要求7所述的动态运行分配方法，其特征是，冲击负载出现连续尖峰时，下调冲击负载补偿装置的放电功率下降时间，保证补偿功率稳定输出。

9.如权利要求1所述的动态运行分配方法，其特征是，所述燃气发电机组响应系统还包括增压后混合的高压燃气供给系统，高压燃气供给系统与燃气发电机组连接，为燃气发电机组提供高压燃气。

10.如权利要求9所述的动态运行分配方法，其特征是，所述高压燃气供给系统包括燃气管系，燃气管系的燃气进口侧依次设置球阀、燃气滤清器、压力表，燃气管系的出口侧依次设置燃料切断阀、超音速燃料喷射阀，超音速燃料喷射阀与混合器连通，混合器的输出端还设置压力再循环阀，混合器为文丘里形式。

技术总结本发明公开了一种燃气发电机组在钻井工况的动态运行分配方法，属于钻井用燃气发电机组的控制应用技术领域，采用燃气发电机组响应系统，该系统包括多台燃气发电机组和冲击负载补偿装置；该动态运行分配方法包括以下步骤：根据钻井各工况，预估其负载情况，由负载情况确定燃气发电机组的开机数量；在钻井工作过程中，获取负载的变化情况，若负载的变化率超过设定值，则启动冲击负载补偿装置，进行功率补偿。技术研发人员：张浩,郭进举,孙红斌,郝利华,王文武,孙启超,李阳,王瑞清,曲其磊,王娅萍,孙凯,付化利受保护的技术使用者：中国石油集团济柴动力有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17