一种节能电动钻井绞车及其能量回馈方法与流程

[0001]
本发明涉及石油钻井及地质钻探装备领域，具体涉及一种节能电动钻井绞车及其能量回馈方法。


背景技术：

[0002]
钻井绞车装置是石油钻井与地质钻探机台上的主要提升设备，它是一种可以提升和下放钻柱的装置，具备速度调节功能。其起钻过程中消耗大量的电力能源，在下下钻过程中大多采用以下制动形式：通过摩擦片、摩擦带、流体阻尼制动发热消耗下钻中产生的巨大能量；也有一类绞车采用能耗制动的形式，下钻中产生在能量通过制动电阻发热进行散失。
[0003]
已有的绞车传动装置，其存在以下缺点
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1.钻井绞车作为钻探装备中的主要装备，能源消耗较大，直接制约钻探施工能源成本；
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2钻井绞车在起钻的过程中消耗较多的电力能源；
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3.钻井绞车在下钻的过程中产生的能量通过发热散失，无法有效利用。


技术实现要素：

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针对上述技术问题，本发明提供一种节能电动钻井绞车及其能量回馈方法。
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本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
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第一方面，本发明提供一种节能电动钻井绞车，包括：发电一体式电动机、储能电源、逆变器、连接装置和绞车；
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所述储能电源的电源输出端通过所述逆变器与所述发电一体式电动机的电源输入端连接，所述发电一体式电动机的电源输入端还与井场电源连接，所述发电一体式电动机的动力输出轴通过连接装置与所述绞车连接。
[0011]
本发明的有益效果是：采用发电一体式电动机驱动的节能电动钻井绞车，采用储能电源与井场电源分时驱动钻井绞车，结构简洁，保证了维修保养的方便性；性能上等同常规驱动的电动钻井绞车。实现了电力能源的重复利用，大幅降低的钻井施工的总能源成本。适宜在勘探钻井设备进行推广，包含地质钻机、石油钻机、水井钻机的绞车装置，经济效果显著。
[0012]
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
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进一步，所述储能电源采用聚合锂电池组或者磷酸铁锂电池组。
[0014]
进一步，所述连接装置采用联轴器或者变速箱。
[0015]
进一步，所述发电一体式电动机的上方设置有防护罩。
[0016]
第二方面，为实现上述发明目的，本发明还提供一种基于上述的节能电动钻井绞车的能量回馈方法，包括：
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在钻井绞车进行下钻作业时，通过钻井绞车的钻柱带动大钩反拉绞车回转，进而驱动发电一体式电动机回转发电，发出的电能传输至储能电源进行存储；
[0018]
当储能电源的电量达到预定范围时，所述储能电源在钻井绞车进行起钻作业过程中回馈输入，作为发电一体式电动机的电力供应，从而驱动绞车提升。
[0019]
进一步，所述储能电源的总容量根据发电一体式电动机的功率核定。
[0020]
进一步，所述预定范围为总容量的40％-80％，所述储能电源在自身总容量的40％-80％区间工作，驱动绞车提升。
[0021]
进一步，该方法还包括：
[0022]
所述储能电源在电量处于所述预定范围内时，井场电源自动断开，不参与驱动绞车提升；
[0023]
所述储能电源在电量低于所述预定范围的下限时，所述井场电源驱动绞车提升，所述储能电源通过绞车下钻作业进行充电。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施例提供的一种节能电动钻井绞车的结构示意图；
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图2为本发明实施例提供一种基于上述的节能电动钻井绞车的能量回馈方法的流程图。
具体实施方式
[0026]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0027]
图1为本发明实施例提供的一种节能电动钻井绞车的结构示意图，如图1所示，包括：发电一体式电动机1、储能电源2、逆变器3、连接装置4和绞车5。
[0028]
所述储能电源2的电源输出端通过所述逆变器3与所述发电一体式电动机1的电源输入端连接，所述发电一体式电动机1的电源输入端还与井场电源6连接，所述发电一体式电动机1的动力输出轴通过连接装置4与所述绞车5连接。
[0029]
其中，所述发电一体式电动机1具备发电机功能，可输入或者输出交流电；所述储能电源2可采用聚合锂电池组或者磷酸铁锂电池组或者其他类型电池，另外，储能电源2可单独安装，也可直接安装于电动绞车驱动控制房内；所述逆变器3用于将所述储能电源2输出的直流电转换为交流电；所述连接装置4可采用联轴器或者变速箱，用于将所述发电一体式电动机1的动力传动到绞车5，从而驱动绞车运动；所述发电一体式电动机1的上方设置有防护罩(图中未示出)。
[0030]
本发明实施例提供的节能电动钻井绞车的工作原理如下：
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在钻进过程中，起钻时通过井场电源6驱动发电一体式电动机1提升，下钻时通过钻柱带动大钩反拉绞车5回转，进而驱动发电一体式电动机1回转发电，发出的电能传输至储能电源2进行存储，当储能电源2电量达到一定标准时，储能电源2可为回馈输入作为电力供应，驱动绞车5进行提升。
[0032]
另外，发电一体式电动机1发电传输至储能电源2进行存储的过程，也是一种能耗制动的方式，具备在绞车5下钻过程中控制下钻速度的功能。
[0033]
图2为本发明实施例提供一种基于上述的节能电动钻井绞车的能量回馈方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
[0034]
s1、在钻井绞车进行下钻作业时，通过钻井绞车的钻柱带动大钩反拉绞车回转，进而驱动发电一体式电动机回转发电，发出的电能传输至储能电源进行存储；
[0035]
s2、当储能电源的电量达到预定范围时，所述储能电源在钻井绞车进行起钻作业过程中回馈输入，作为发电一体式电动机的电力供应，从而驱动绞车提升。
[0036]
其中，所述储能电源的总容量根据发电一体式电动机的功率核定。
[0037]
储能电源配备电能管理控制系统，保证其在总容量的40％-80％区间工作，从而大幅延长储能电源的寿命，降低该部件的维修保养成本。
[0038]
可选地，在该实施例中，该方法还包括：
[0039]
s3、所述储能电源在电量处于所述预定范围内时，井场电源自动断开，不参与驱动绞车提升；
[0040]
s4所述储能电源在电量低于所述预定范围的下限时，所述井场电源驱动绞车提升，所述储能电源通过绞车下钻作业进行充电。
[0041]
以预定范围为总容量的40％-80％为例，储能电源在总容量的40％-80％区间工作时，井场电源自动断开，不参与驱动绞车回转，储能电源在电量低于总容量的40％时，井场电源驱动发电一体式电动机回转，此时储能电源通过绞车下钻作业进行充电。
[0042]
本发明实施例基于发电一体式电动机驱动的节能电动钻井绞车，采用储能电源与井场电源分时驱动钻井绞车，结构简洁，保证了维修保养的方便性；性能上等同常规驱动的电动钻井绞车。实现了电力能源的重复利用，大幅降低的钻井施工的总能源成本。适宜在勘探钻井设备进行推广，包含地质钻机、石油钻机、水井钻机的绞车装置，经济效果显著。
[0043]
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0044]
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0045]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
[0046]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0047]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者
说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0048]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。