专利名称：带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于油田施工的修井机技术领域，尤其涉及一种带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机。
背景技术：
修井作业是石油开发过程中必不可少的一部分，其中的主要设备是在修井作业中用于提升的修井机。修井机的主要功能是完成提升作业，包括原动机、变速系统、提升系统、 控制系统等，上述系统安装于专用底盘车之上，组成具有高度机动性的石油专用设备。其主要作业功能是完成井内管柱的提升与下放。目前完成修井机提升功能的常用执行机构有两种，一是绞车上的快绳与井架上的定滑轮组(天车)连接，带动动滑轮组(游车)完成起升和下放。驱动绞车的原动机可以是电动机或柴油机。另一种是通过液压泵驱动特种油缸完成起升和下放作业，驱动液压泵的原动机可分为电动机和柴油机。在使用过程中，以柴油机作为原动力的修井机(普通修井机)和以电能作为原始能源供给的修井机(电动修井机) 的能耗费用有很大的差别，电动修井机的能耗费用只占普通修井机的1/3左右。造成这个结果的原因是内燃机的做功原理决定的，按柴油机平均热值42MJ/kg进行推论，柴油机在能量转换过程中，大约只有30% 40%左右的能量换成机械能。采用电动机作为原动力， 一般情况下，80%以上的电能转换成机械能。因此，为了降低能耗基用，减少废气排放，将修井机原始驱动力有柴油机改为电动机，就成为节能、减排、节支的重要途径。但是，只采用电动机的修井机因为是以电能作为原始能源供给，最需要解决的就是电动功率与井均变压器匹配问题。因现有的修井机是直接驱动执行机构，这就要求配备有较大功率的原动机，如额定负荷为40吨的修井机，其原动机配备功率需要达到200kw。这样往往会超出变压器的容量，但是若另匹配变压器，将存在设备成本上升且使用不方便的缺陷。
实用新型内容本实用新型的第一目的是提供一种带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，能够降低能耗费用。本实用新型的第二目的是提供一种带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，可提高设备的通用化程度，降低制造成本。实现本实用新型目的的技术方案是带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机具有提升作业周期，每个提升作业周期包括纯提升时间和辅助时间。修井机包括供能单元，向修井机提供能源；执行单元，在纯提升时间内执行修井作业中的负荷提升；在提升作业周期内，供能单元始终保持运转状态；修井机还包括蓄能器，与供能单元相连接，在辅助时间内储存供能单元提供的能量，在纯提升时间内释放储存的能量；以及调速单元，设置于供能单元和执行单元之间，控制修井机处于工作状态或卸荷状态，并对执行单元的提升速度进行调节。[0008]供能单元包括电动机和/或柴油机，以及与电动机和/或柴油机相连接的液压泵。蓄能器为活塞式蓄能器或胶囊式蓄能器，与供能单元的液压泵相连接。执行单元包括依次相互连接的多个液缸、滑轮系统及游车大钩。调速单元至少包括控制阀，控制修井机处于工作状态或卸荷状态；以及多个换向阀，其数量与执行单元的液缸数量相同，并且换向阀与液缸一一对应分别相互连接以控制液缸的上升、停止或下放。调速单元还包括对液路系统进行压力调节和控制的溢流阀。多个液缸相互并联。液缸为2个，2个液缸同时动作可获得最大提升能力。2个液缸中只有一个液缸动作可获得最大提升速度。本实用新型与现有技术比较具有的有益效果是1、由于增加了蓄能器，使得能量以“电动机一蓄能器一执行机构”的路线进行传递，可以在确保作业时效的前提下，实现修井机系统的输入功率倍增，实现节能、降低能耗费用50%以上。2、由于增加了蓄能器，不需要增加能源供应，从而降低整套设备的装机功率。3、由于降低了整套设备的装机功率，使得仅有供电系统即可满足大部分修井机的使用要求，比如在为抽油机使用而配备的井场的情况下，仍然可使用本实用新型的修井机， 这样使得本实用新型的修井机适用范围广、推广应用前景好。本实用新型修井机通过两个换向阀对双液缸进行换向控制和调速，系统简单可靠；而且液缸本身通用性好、标准化水平高，可以降低整套设备的造价。本实用新型修井机的能源设备既可以采用电机，也可以采用柴油机，或者以电机为主柴油机驱动液压泵为辅，在井场满足供电条件时采用电驱动，若井场不具备供电条件， 则采用柴油机驱动，可以使设备在实现节能的同时，具有更广泛的适应性。
图1为本实用新型一个实施例中带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机的功能方块图。
具体实施方式
以下结合附图并以具体实施方式
为例，对本实用新型进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式
，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。本实用新型的原理是在修井作业中提升工况需要功率最大，而在一个完整提升周期内，纯提升时间只占整个提升周期的1/4 1/3。基于以上特点，本实用新型采用液压蓄能技术，增加了蓄能机构，可以将修井机的动力传动路径变为电机一蓄能器一执行机构。整个提升周期内不实施提升作业的2/3 3/4的时间内，利用相对较小的电机向蓄能器提供能量，通过蓄能器向执行机构提供能量；而在占整个提升周期的1/4 1/3的纯提升时间内，由于蓄能器中已储存了满足大负荷、高速提升需要的能量，释放蓄能器中的能量就可以实现对井中重物的高速提升。这样本实用新型的修井机即可实现执行机构和功率倍增，满足作业时效的需要。如图1为本实用新型一个实施例中带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机的功能方块图，本实用新型的带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机主要包括以下几大单元供能单元100，向整个修井机提供能源，在图1所示的实施例中供能单元100包括电机101和液压泵102，电机101连接到井场供电系统中从而提供原始驱动力，由电机101 带动液压泵102。在其他实施例中，也可以将电机101换成柴油机，通过动力转换装置，实现柴油机对液压泵102的驱动，这样做虽然没有电机节能，但是也可以显著降低装机功率要求，实现降低能耗的目的。在另外的实施例中，还可以使修井机的原动机以电机为主，柴油机驱动液压泵为辅，在井场满足供电条件时采用电驱动，若井场不具备供电条件，则采用柴油机驱动，可以使设备在实现节能的同时，具有更广泛的适应性。蓄能器200，该装置为本实用新型首创，因为在一个完整提升作业周期内，纯提升时间只占整个提升周期的1/4 1/3，蓄能器的作用是在提升周期中的排放管柱、上卸扣等辅助时间内，利用电机101带动液压泵不停地向蓄能器中储存能量。其技术配套要求是蓄能器的最大压力与系统最高压力相适应，在辅助作业时间内储存的能量可以满足纯起升作业消耗能量的80%，其结构形式可以是活塞式，也可以是胶囊式。蓄能器200与供能单元 100的液压泵102相连接，由液压泵102向蓄能器200提供能量。调速单元300，调速单元300包括控制阀301、溢流阀302、换向阀303和换向阀 304，溢流阀302的作用是对液路系统进行压力调节和控制。其中控制阀301的作用是对修井机系统状态进行控制，使修井机系统处于工作状态或卸荷状态。换向阀303的作用是控制液缸401上升、停止或下放。换向阀304的作用是控制液缸402上升、停止或下放。执行单元400，包括液缸401和液缸402及滑轮系统403、游车大钩404。液缸401 和液缸402分别与换向阀303和换向阀304相连接并受其控制。滑轮系统403和游车大钩 404用于完成修井作业中的负荷提升。通过液缸401和液缸402的并联设置以及通过阀303和阀304的切换，使液缸401 和液缸402既可单独动作，也可以同时动作，实现滑轮系统403和游车大钩404的调速。例如，若只有液缸401动作时，可获得最大提升速度，若液缸401和液缸402同时动作时，可获得最大提升能力，液缸402动作时适用于中等负荷提升。液缸的具体尺寸依据修井机提升负荷和系统工作压力确定。在本实用新型的其他实施例中，还可以采用更多个液缸并联，以更加精确地实现多档调速。液缸的数量应该与调速单元300中的换向阀数量相同，并且换向阀与液缸一一对应分别相互连接。采用双液缸或多液缸的目的在于不增加电机功率的前提下，方便地调速以满足作业要求。与传统技术中采用组合液缸作为执行机构相比，本实用新型的执行机构通用性更好，制造成本更低。以下通过一个具体实施例说明本实用新型的操作原理。参见图1。本实用新型带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机可以实现高速档和低速档两种操作。为了控制方便、可靠，高速档或低速档操作只分别启动双液缸的其中一个液缸。对于高速档操作控制阀301切换到右位，换向阀303切换到中位，此时液缸401处于
5静止状态。换向阀304切换到左位，向液缸402的下腔供油，推动液缸402的活塞杆上行，带动游车大钩404以两倍于液缸402活塞杆的速度向上运动，完成快速提升。在其它控制阀位置不变的情况下，只是将换向阀304切换到右位，液缸402下腔的液压油可以流回油箱， 在重力的作用下，完成游车大钩404下放。对于低速档操作控制阀301切换到右位，先将换向阀304切换到左位，使液缸 402的活塞杆处于高位后再将换向阀304切换到中位，使液缸402的活塞杆静止。将换向阀303切换到左位，向液缸401的上腔供油，带动游车大钩404上行，完成提升。在其它控制阀位置不变的情况下，将换向阀303切换到右位，液缸401上腔的液压油可以流回油箱， 在重力的作用下实现游车大钩404下放。由于此过程没有油缸和滑轮组的倍增机构，实现了低速档提升。以上是在修井作业过程中，一个提升循环周期内纯提升时的高速档或低速档操作。在一个完整提升作业周期内，除完成纯提升作业外，还要完成卸扣、排放管柱、空钩下放、搬吊卡等辅助作业。纯提升作业与辅助作业共同组成一个完整的提升作业，即一个完整的提升作业包括提升管柱、卸扣、排放管柱、空钩下放、搬吊卡全部内容。在一个完整的提升作业过程中，电机101 —直保持运转状态，蓄能器200和液压泵102通过控制阀301向执行机构供液。通过换向阀303和换向阀304实现对执行机构的换向控制和速度调节，通过液缸401、和液缸402不同的组合实现不同的速度一负荷调节。通过以上描述可知，本实用新型的修井机通过设置蓄能器，将在整个提升周期内不实施提升作业的2/3 3/4的时间内的电机能量储存在蓄能器中，而等到执行机构进行提升作业的1/4 1/3工作周期内释放出来，从而实现了执行机构的功率倍增，使得本实用新型在降低电动机功率配备的前提下确保作业时效，进而以电机部分替代或全部替代柴油机，既可达到节能的目的又避免了环境污染，符合绿色环保作业的要求。另一方面，降低电动机功率还可以大幅度降低向修井机电机输电的井均变压器的容量要求，使得做为抽油机使用设备的井均变压器也可以满足修井机使用要求，提高了设备的通用化水平，显著降低了制造成本。同时，本实用新型的修井机还采用了双液缸高低速两档或更多档的操作模式，使得在不增加电机功率的前提下，操作更加简便精确、易于控制。应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离权利要求书的范围。
权利要求1.一种带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，具有提升作业周期，每个所述提升作业周期包括纯提升时间和辅助时间，所述修井机包括供能单元，向所述修井机提供能源；以及执行单元，在所述纯提升时间内执行修井作业中的负荷提升；其特征是在所述提升作业周期内，所述供能单元始终保持运转状态；所述修井机还包括蓄能器，与所述供能单元相连接，在所述辅助时间内储存所述供能单元提供的能量，在所述纯提升时间内释放储存的能量；以及调速单元，设置于所述供能单元和所述执行单元之间，控制所述修井机处于工作状态或卸荷状态，并对所述执行单元的提升速度进行调节。
2.如权利要求1所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述供能单元包括电动机和/或柴油机、以及与所述电动机和/或柴油机相连接的液压泵。
3.如权利要求1或2所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述蓄能器为活塞式蓄能器或胶囊式蓄能器，与所述供能单元的液压泵相连接。
4.如权利要求3所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述执行单元包括依次相互连接的多个液缸、滑轮系统及游车大钩。
5.如权利要求4所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述调速单元至少包括控制阀，控制所述修井机处于工作状态或卸荷状态；以及多个换向阀，其数量与所述执行单元的液缸数量相同，并且所述换向阀与所述液缸一一对应分别相互连接以控制所述液缸的上升、停止或下放。
6.如权利要求4所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述调速单元还包括对液路系统进行压力调节和控制的溢流阀。
7.如权利要求5所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述多个液缸相互并联。
8.如权利要求7所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述液缸为2 个，所述2个液缸同时动作可获得最大提升能力。
9.如权利要求7所述带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，其特征是所述2个液缸中只有一个液缸动作可获得最大提升速度。
专利摘要一种带有蓄能器的多液缸电动蓄能修井机，包括供能单元；执行单元，在纯提升时间内执行修井作业中的负荷提升；蓄能器，与供能单元相连接，在辅助时间内储存供能单元提供的能量，在纯提升时间内释放储存的能量；以及调速单元，设置于供能单元和执行单元之间，控制修井机处于工作状态或卸荷状态，并对执行单元的提升速度进行调节。本实用新型的修井机在整个提升周期内不实施提升作业的2/3～3/4的时间内通过蓄能器储存能量，将修井机的动力传动路径变为电机-蓄能器-执行机构，不需要增加额外的能源供应，就能满足执行机构的大负荷、高速提升需要，从而降低整套设备的装机功率。
文档编号F15B11/16GK201963219SQ20112001890
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者刘世峰, 刘炜, 史永庆, 王晓林, 王树龙, 谈献英, 顾芳 申请人:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司