一、推广柴油/天然气双燃料发动机的意义
1、节能的需要
进入21世纪以来，随着石油工业的发展、钻井设备的不断更新，能源的紧缺与各油田降低钻井成本、提高效益的矛盾也日益突出。据统计，钻井动力机械的燃油消耗占钻井成本的30% 以上。目前，大部分油田都有现成的天然气，作为双燃料之一的天然气需要的附加成本较低，只需要简单处理即可满足发动机的工作需要。我公司开发的钻机用双燃料发动机，利用油田内部丰富的天然气资源代替部分柴油作为动力机械的燃料，可有效降低钻井成本、获取更大经济效益。
2、市场的需要中大功率双燃料发动机在国内开发和应用较少，但从能源需求的情况看，双燃料发动机存在一个巨大的潜在的市场。考虑设备维修和更新需求以及油价持续走高等因素，双燃料发动机尽管尚不能成为石油勘探用钻机动力的新一代主流配置，但是具有较低的改造成本以及较大的节能优势。
二、双燃料发动机的优点
1、可以节省大量的柴油消耗，有效降低钻井成本。双燃料发动机在双燃料工作状态时，额定功率与纯柴油工作状态下相当，其动力性与原柴油机相同。在高负荷工况时，天然气替代率可达到70%。
2、无天然气时，*可以转换到纯柴油工作模式。
3、通过降低废气排放量，改变大气质量，维护自然生态，改善人们的生活环境。
三、胜动集团双燃料发动机的配置情况
1、结构开发
胜动集团的柴油/天然气双燃料发动机由12V190柴油机改制而成，柴油机原机及供油系统不做任何变动，仅增加一套供气装置。供气系统主要包括燃气供给系统、燃气控制系统两大部分：
1）燃气供给系统包括：高压减压阀、电磁阀、低压调压阀、手动阀门、天然气控制阀、混合器等。
天然气由高压气瓶通过高压管路经减压后（由20MPa 降低到0.1MPa）进入电磁阀，然后经低压调压阀再次减压（0～0.5kPa）、稳压后通过燃气控制阀蝶门进入混合器，在混合器内天然气与空气按一定比例混合，混合气经增压中冷后进入进气总管，zui后到达各气缸内。当发动机出现故障或发动机熄火时，电磁阀自动切断天然气的供给。柴油由原发动机供油系统喷入气缸，其供给量由高压油泵上的机械调速器自动调整。由于天然气参与做功，在相同的负荷下，调速器会自动减少柴油的供给量。混合器采用文丘里喉管混合方式，天然气的进入量会对空气的进入量进行一定程度的自动跟踪，与减压阀系统共同作用，保证发动机在各个工况获得*的空燃比，改善发动机的燃烧过程。
2）燃气控制系统
双燃料发动机燃气控制系统采用进口双燃料控制器，控制器采集发动机进气管的压力和温度信号，通过这两个信号计算出发动机的负荷信号，在控制器内部存储根据转速和负荷信号决定的燃气调节阀MAP图参数，并不断向执行器发出指令，控制天然气的流通面积。发动机运行过程当中，燃气调节阀的开度实时地由转速和负荷信号决定，使发动机始终处于*工作状态。采用*的爆震实时监测技术，当有爆震发生时，自动切断燃气供应，迅速转换到全柴油工作模式，以避免缸温过高导致活塞、气门烧蚀等恶性事故发生。尽管柴油机压缩比很高（ε=14），但通过爆震监测，可使zui高缸温不超过450℃。
四、集团双燃料发动机试验情况
1、动力性
1500r/min双燃料工作状态与纯柴油工作状态负荷特性曲线对比（油耗以及替代率）
双燃料工作状态与纯柴油工作状态在不同转速、中高负荷下的油耗曲线对比
在纯柴油工作状态下，柴油机75%额定功率为600kW/ 1500r/min,试验工况下zui大扭矩达到4200N?m/1000r/min；在双燃料工作状态时，zui大功率能达到660kW/1350r/min，zui大扭矩达到5040N?m/1150r/min。 动力性方面，双燃料发动机在动力性上与原柴油机水平相当。作为钻井机械动力，工况和负荷变化大，与柴油机相比，双燃料发动机具有更优的低速扭矩性能，使发动机的动力输出性能和配套钻井机械的加速性能得到提高。在60％～70%替代率条件下，双燃料发动机可获得较高的动力性能。
2、经济性
双燃料发动机作为钻井机械动力，工况和负荷变化大，要求在宽广的负荷范围内保持较低的燃料消耗率，对天然气供给系统也要求在宽广的的范围内保持基本*的替代率。
1500r/min双燃料工作状态与纯柴油工作状态负荷特性曲线对比（油耗及替代率）
双燃料工作状态与纯柴油工作状态在不同转速、中高负荷下的油耗曲线对比
在额定功率时，柴油机的zui低油耗为209.8g/kW?h，而双燃料发动机zui低油耗达到了60.6g/kW?h。
从试验的整个转速范围来看，经济油耗区较宽广，燃油消耗率在70g/kW?h以下的转速覆盖了整个工作转速范围内，即1100～1500r/min。
从试验的功率范围来看，在400kW以上负荷，整个试验转速的油耗率均低于75g/kW.h，表明该机在中高负荷有良好的经济性，适用于不同转速、不同功率的钻机动力要求。在中高速大负荷工况下，双燃料发动机的柴油替代率可达到70%～75%，替代1L柴油仅用天然气1.15m3,这对于改善发动机的燃烧过程、延长发动机的寿命、降低柴油消耗、降低废气排放等有着显著的社会和经济效益。
3、安全可靠性
1）采用进口控制器,控制可靠、精确，使系统实时处于*状态；
2）采用*的爆震实时监测技术,当有爆震发生时，自动切断燃气供应，迅速转换到全柴油工作模式 ;
3）当发动机出现燃气供应故障时，电磁阀会自动切断天然气的供给。发动机自动切换到纯柴油工作状态;
4）在同等负荷下，双燃料模式比纯柴油模式下的缸温普遍要低20～30℃，而排温基本相同，柴油机原有配置的散热水箱即可达到冷却效果。
五、胜动集团开发的柴油/天然气双燃料发动机，其能实现的基本指标为：
1、柴油替代率：60%～75%
2、动力上可保持原柴油机的水平
3、操作过程跟柴油机基本相同
4、改装简单、成本低、投资回收周期短
六、双燃料发动机动力模式的经济分析
以一台平均运行功率为500kW的发动机为例，替代率为70%的双燃料发动机输出功率为500kW时，每小时耗天然气117标准立方米，柴油37公斤，天然气按市场价2.35元/方计算，柴油按油田内部价格4.818元/公斤计算，每小时燃料费2.35元/方*117方+4.818元/公斤*37公斤=453元，而一台运行功率为500kW的柴油机每小时耗柴油125公斤，每小时燃料费为：4.818*125=602元。
据此分析，改造后每台发动机每小时节约燃料费用602元-453元=149元。
按照一台平均运行功率为500kW的发动机每年实际运行240天，每年每台发动机可节约燃料费用：149元*24小时*240天=858240元。发动机改造后，扣除折旧费、维修费等杂项约10万元后，每个井队每年节约的费用为：
858240元-100000=758240元
七、结论
与单一的柴油发动机相比，双燃料发动机排放指标明显优化，氮氧化物、碳氢化合物和颗粒等有害物质均有所降低，排烟情况大幅度改善，具有良好的社会效益。双燃料发动机作为节能环保的绿色动力，不仅可以替代柴油机以满足钻机、移动电站等市场对动力机的需要，降低了生产钻机的成本，而且符合国家可持续发展的要求
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