一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其包括電力驅動機構、滾筒和井架單元；所述電力驅動機構包括電源、控制系統(tǒng)、飛輪儲能單元和電機，所述電機為滾筒提供轉動動力，井架單元中包括大鉤，所述大鉤通過滾筒轉動而發(fā)生位移，所述控制系統(tǒng)中包括整流單元和逆變單元，電源與電機之間依次通過整流單元和逆變單元而連接，而電源通過整流單元與飛輪儲能單元中的儲能飛輪電連接。本實用新型通過相互之間的配合使得本裝置在修井時既能減少功耗又提高了工作效率。
【專利說明】
一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于石油井修領域，尤其是涉及一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的修井機分為兩部分，一種采用的是燃油機械傳動修井機，一種是電容儲能式電驅動修井機。
[0003]電容儲能式電驅動修井機依靠電源(即用外界電網/底盤發(fā)電機)和電容儲能元件驅動后端電動機帶動滾筒轉動。取代原有單純底盤取力的機械傳動進而帶動滾筒轉動，針對燃油機械傳動修井機來說功率輸出有很大提高。
[0004]但電容式儲能式電驅動修井機仍有很多不足:1、其充放電次數(shù)有限(即使用壽命有限)；2、放電效率低;3、可靠性相對較低;4、尺寸重量及有效存儲能量低。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本實用新型旨在提出一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，以解決提供工作效率的同時，增加使用壽命的問題。
[0006]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，包括電力驅動機構、滾筒和井架單元；
[0008]所述電力驅動機構包括電源、控制系統(tǒng)、飛輪儲能單元和電機；
[0009]所述電機為滾筒提供轉動動力，所述井架單元中包括大鉤，所述大鉤通過滾筒轉動而發(fā)生位移，所述滾筒和井架單元均安裝在修井機上；
[0010]所述控制系統(tǒng)中包括整流單元和逆變單元；
[0011 ] 所述電源與電機之間依次通過整流單元和逆變單元而連接；
[0012]而所述電源通過所述整流單元與飛輪儲能單元中的儲能飛輪電連接。
[0013]進一步的，所述飛輪儲能單元中包括雙向逆變器，所述儲能飛輪通過雙向逆變器分別與整流單元和逆變單元電連接。
[0014]進一步的，所述井架單元還包括液壓缸、豎直設置在修井機底盤上的直立塔架和折疊在修井機底盤上的井架，所述大鉤安裝在井架上，所述液壓缸一端鉸接于修井機底盤，另一端奴接于井架的下部；
[0015]所述修井機底盤上設有修井機安裝底板，所述修井機安裝底板與水平面平行，且所述修井機安裝底板上設有井架支撐架，所述井架抵接于井架支撐架上，所述修井機安裝底板上還設有吊耳，所述液壓缸與吊耳固定連接。
[0016]進一步的，所述電源為井場電網三相電源和安裝在修井機上的發(fā)電機。
[0017]進一步的，所述發(fā)動機與一取力器連接，所述取力器通過傳動軸驅動發(fā)電機。
[0018]進一步的，所述控制系統(tǒng)還包括檢測電機實際輸入功率的檢測模塊。
[0019]進一步的，所述電機內包括用于剎車的剎車裝置。
[0020]相對于現(xiàn)有技術，本實用新型所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置具有以下優(yōu)勢:
[0021](I)本實用新型所述的電源、控制系統(tǒng)、飛輪儲能單元和電機可以通過相互之間的配合使得本裝置在修井時既能減少功耗又提高了工作效率；
[0022]另外，在安全系數(shù)方面:因為使用的是飛輪儲能的方式，故而因其自身是真空密封模式，所以可避免出現(xiàn)故障損壞的情況；
[0023]在使用壽命方面:儲能飛輪可連續(xù)運行20年；
[0024]在使用效率方面:儲能飛輪采用成熟的逆變器放電的模式運行，故而整體效率在98%以上，那么在小功率電源供電情況下此種整體工作效率就顯得尤為重要；
[0025]在可靠性方面:儲能飛輪在使用溫度、防護等級、防碰撞、穿刺、防爆、海拔高度要求和對環(huán)境的污染等方面都有明顯優(yōu)勢。
[0026](2)本實用新型所述的儲能飛輪和電源均能為電機提供運行動力，因此保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應性，而電源包括發(fā)電機和井場電網三相電源這兩種，那么就可根據現(xiàn)場情況適當選擇使用其中一種動力源，保證了裝置的實時運行。
【附圖說明】
[0027]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1為本實用新型實施例所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置的各個硬件的位置示意圖；
[0029]圖2為本實用新型實施例所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置的修井機安裝底板結構示意圖；
[0030]圖3為本實用新型實施例所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置的整體框架圖；
[0031]圖4為本實用新型實施例所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置的電連接關系不意圖O
[0032]附圖標記說明:
[0033]1-整流單元;2-逆變單元;3-電機;4-儲能飛輪;5-雙向逆變器;6_滾筒;7_大鉤;8_液壓缸;9-直立塔架；I O-支腿;11-井架；12-修井機安裝底板；121-支架加強桿;122-井架支撐架；123-吊耳。
【具體實施方式】
[0034]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0035]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0036]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0037]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0038]如圖1-4所示，一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其包括電源、控制系統(tǒng)、飛輪儲能單元和包括剎車裝置的電機3;
[0039]所述控制系統(tǒng)中包括整流單元I和逆變單元2，所述電源與電機3之間依次通過整流單元I和逆變單元2而連接，所述整流單元I與逆變單元2可為變頻器中的功能單元，那么電源直接通過變頻器與電機3連接；
[0040 ] 而所述電源通過所述整流單元I與飛輪儲能單元中的儲能飛輪4電連接，同時因為儲能飛輪4中具有雙向逆變器，故而整流單元I中的電流通過雙向逆變器5的變換才流入到儲能飛輪4內部，同時儲能飛輪4通過雙向逆變器還與逆變單元2電連接；
[0041 ]本裝置還包括滾筒6和井架單元，而滾筒和井架單元均放置安裝在用于修井機上，所述電機3為滾筒6提供轉動動力，所述井架單元中包括大鉤7、液壓缸8、豎直設置在修井機底盤上的直立塔架9以及折疊在修井機底盤上的井架11，所述大鉤7通過滾筒6轉動而發(fā)生位移，所述大鉤7安裝在井架11上，所述液壓缸8—端鉸接于修井機底盤，另一端鉸接于井架11的下部，在使用修井機底盤上的發(fā)動機驅動時，通過取力器取力，簡化掉了原有的傳動軸，變速箱、扭矩轉換器等一系列的機械傳動單元，大大降低了設備購置費用，減少了設備安裝調試時間和故障率。
[0042]在修井機上還需要包括支腿10，該支腿10包括連接有液壓鎖的支腿油缸，此硬件設備提高了整機的穩(wěn)定性和安全性。
[0043]如圖2所示，所述修井機底盤上設有修井機安裝底板12，所述修井機安裝底板12與水平面平行，且所述修井機安裝底板12上設有井架支撐架122，所述井架支撐架122通過支架加強桿121佇立在修井機安裝底板12上，因此井架支撐架122可以承受井架11的強大壓力，所述井架11抵接于井架支撐架122上，所述修井機安裝底板12上還設有吊耳123，所述液壓缸8與吊耳123固定連接。
[0044]所述電源為井場電網三相電源和安裝在修井機上的發(fā)電機，所述發(fā)動機與一取力器連接，所述取力器通過傳動軸驅動發(fā)電機，當具有井場電網三相電源的時候即將其作為電源，而如果沒有外界電源的時候就可以使用修井機上自帶的發(fā)電機作為電源使用。
[0045]所述控制系統(tǒng)還包括檢測電機3實際輸入功率的檢測模塊。
[0046]上述修井裝置的動力提供方法，其具體步驟包括:
[0047]第一步，控制系統(tǒng)判斷是否需要電源輸出電力，當需要電源輸出電力則進行第二步，否則進入到第六步；
[0048]第二步，控制系統(tǒng)控制電源通過整流單元I和逆變單元2為電機3提供動力；同時電源通過整流單元I和雙向逆變器5驅動儲能飛輪4儲能；
[0049]第三步，控制系統(tǒng)還通過檢測模塊檢測電流經過逆變單元2后提供給電機3的輸入功率；
[0050]第四步，當電機3的輸入功率小于電源提供的功率時則繼續(xù)第二步的供電模式，否則進入第五步；
[0051]第五步，儲能飛輪4停止儲能并通過雙向逆變器5為逆變單元2提供電能，該電能通過逆變單元2與電源一起為電機3提供運行動力，與此同時持續(xù)執(zhí)行第二步的檢測；
[0052]第六步，所述第一步中控制系統(tǒng)判斷電機3不需要提供電源電力時，所述控制系統(tǒng)阻止電源為電機3提供電力，當電機3發(fā)生與電源提供電力時轉向相反的轉動時，該電機3通過逆變單元2和雙向逆變器5為儲能飛輪4提供儲能能量。
[0053]所述控制系統(tǒng)中的檢測模塊還檢測儲能飛輪4的角速度，并通過公式:W=0.5Jco2計算出儲能飛輪4的儲存能量，其中J:轉動慣量，ω:儲能飛輪4的角速度。因為儲能飛輪4的儲存能量檢測方便，故而可以對儲能飛輪4實行實時監(jiān)控并用于警報，尤其是儲能飛輪4或者電源、電機3等設備出現(xiàn)故障，從而造成儲能飛輪4不能實現(xiàn)儲能的時候，我們就可以根據檢測的儲存能量及時掌握此種情況。
[0054]本修井裝置的工作原理:
[0055]將井下的套管一柱柱的提出來，進行疏通后再一柱柱的放入井中，這就需要滾筒6轉動拉升大鉤7向上運行10米或20米，提出一柱套管，然后停下卸掉套管，滾筒6再反向轉動下放大鉤7至井口來提升下一根套管。
[0056]在這個過程中只有大鉤7上升過程中需要滿功率大負荷，在停止過程中是靠剎車裝置來抱死滾筒6，不需要再向其提供功率。而在下放過程中重力做功，使用剎車來控制，故而整個過程中只有上提過程中需要提供功率，其他時間均不需要提供功率。
[0057]控制系統(tǒng)檢測到需要電源供電的時候，電源經過整流單元I轉為直流分別去往逆變單元2為電機3供電和經雙向逆變器5帶動儲能飛輪4進行儲能，在電源功率大于電機3所需要的輸入功率的時間中儲能飛輪4持續(xù)進行儲能，而在上提需要滿功率輸出時，將電源提供的功率和儲能飛輪4存儲的功率一起提供給電機3，此時的儲能飛輪4通過雙向逆變器5向電機3輸出能量，使得電機3滿負荷工作，從而提高提升重物的效率。
[0058]另外，電機3在被下放重物反拖時會反向充電給儲能飛輪4進行儲能。
[0059]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:包括電力驅動機構、滾筒(6)和井架單元； 所述電力驅動機構包括電源、控制系統(tǒng)、飛輪儲能單元和電機(3); 所述電機(3)為滾筒(6)提供轉動動力，所述井架單元中包括大鉤(7)，所述大鉤(7)通過滾筒(6)轉動而發(fā)生位移，所述滾筒(6)和井架單元均安裝在修井機上； 所述控制系統(tǒng)中包括整流單元(I)和逆變單元(2); 所述電源與電機(3)之間依次通過整流單元(I)和逆變單元(2)而連接； 而所述電源通過所述整流單元(I)與飛輪儲能單元中的儲能飛輪(4)電連接。2.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述飛輪儲能單元中包括雙向逆變器(5)，所述儲能飛輪(4)通過雙向逆變器(5)分別與整流單元(I)和逆變單元(2)電連接。3.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述井架單元還包括液壓缸(8)、豎直設置在修井機底盤上的直立塔架(9)和折疊在修井機底盤上的井架(11)，所述大鉤(7)安裝在井架(11)上，所述液壓缸(8) 一端鉸接于修井機底盤，另一端鉸接于井架(11)的下部； 所述修井機底盤上設有修井機安裝底板(12)，所述修井機安裝底板(12)與水平面平行，且所述修井機安裝底板(12)上設有井架支撐架(122)，所述井架(I I)抵接于井架支撐架(122)上，所述修井機安裝底板(12)上還設有吊耳(123)，所述液壓缸(8)與吊耳(123)固定連接。4.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述電源為井場電網三相電源和安裝在修井機上的發(fā)電機。5.根據權利要求4所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述電力驅動機構還包括發(fā)動機，所述發(fā)動機與一取力器連接，所述取力器通過傳動軸驅動發(fā)電機。6.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括檢測電機(3)實際輸入功率的檢測模塊。7.根據權利要求1所述的一種飛輪儲能式電驅動修井/鉆井裝置，其特征在于:所述電機(3)內包括用于剎車的剎車裝置。
【文檔編號】E21B7/02GK205654298SQ201620356480
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月25日 公開號201620356480.X, CN 201620356480, CN 205654298 U, CN 205654298U, CN-U-205654298, CN201620356480, CN201620356480.X, CN205654298 U, CN205654298U
【發(fā)明人】夏余鐘, 周保華, 張立偉, 金輝, 蔡宇
【申請人】奧鑠動力科技（北京）有限公司