CN104806201B - 一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置，包括钻机绞车滚筒，其通过钢丝绳连接天车和游车，游车下方悬挂大钩，大钩通过吊环、吊卡悬持钻具，在钻机绞车滚筒轴端，通过离合器连接有一齿轮增速箱，齿轮增速箱通过联轴器连接一台液压泵，液压泵的排液口经可调节流阀、液控单向阀与储能器组相连接，每个储能器的入口都设有可独立遥控的截止阀。储能器的汇管油路并联多个减压阀，与石油钻机各液压系统相通，并为其提供液压能；设有一台补油泵，由电动机驱动，可经单向阀单独向储能器补充压力油。储能器汇管油路上设有压力继电器，用于自动控制补油泵的启、停。液压泵和补油泵共用一个油箱。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探、开发领域，特别涉及一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置。
背景技术
在石油勘探、开发中，石油钻机用来完成钻井作业，井深可达数千米，甚至上万米。在钻井过程中，要利用钻具将地面的能量传递到连接在钻具底部的钻头上，完成破碎岩石的工作。井有多深，钻具就有多长。钻具通常是由高强度的钢质管材制造，因而具有很大的重量，钻具越长，重量就越大。在钻井过程中，由于钻井工艺的需要，要经常上提、下放钻具。
上提钻具，靠的是石油钻机的起升系统。起升系统由绞车、井架、天车、游车、钢丝绳、大钩等组成。绞车滚筒缠绕钢丝绳，通过由天车、游车、钢丝绳组成的游动系统带动大钩上行，将钻具提起。在上提钻具过程中，钻机绞车要消耗巨大的能量。
在下放钻具过程中，钻具在其自重作用下下行，绞车不但不需要动力，反而要提供制动力矩，以保证钻具以安全的速度下放。
从以上描述中可以看出，在上提钻具过程中，绞车消耗了巨大的能量，这些能量转化为钻具的势能。在下放钻具过程中，钻具的重心下移，其势能转化为动能。目前，这些动能不但不能有效回收，而且还要利用专门的制动装置去消耗，最终将其转化为热能。这些热能会导致温度升高，造成制动设备的损伤，因而还必须用冷却系统去散热，增加了额外的能量消耗。目前，主流钻机的制动装置由“主刹车”和“辅助刹车”组成。辅助刹车的作用是提供适当的制动力矩，使钻具以安全的速度匀速下行；主刹车的作用是提供更大的制动力矩，使均速下行的钻具减速，直至停止。它们在工作时都要消耗很大的能量，尤其是“辅助刹车”。目前，国内、外主流钻机使用的主刹车是“液压盘式刹车”，辅助刹车是“电磁涡流刹车”或“能耗制动装置”。
回收和利用石油钻机下钻动能，是人们的百年愿望，人们曾经想过很多方法，最终因在钻具下行安全以及回收能量的存储等问题上没有找到有效的解决办法，以至于至今也没有在石油钻机上实现。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置，本发明装置，将石油钻机下钻时产生的动能转化为液压能加以充分回收，能为钻机的各液压系统提供液压能，也能为钻机上提空吊卡及重量不太大的设备提供动力，使得钻机的运行能耗及成本大幅降低，填补了钻机下钻动能回收及利用领域的空白。由此一来，石油钻机原来必须配备的辅助刹车可以去掉，用能够回收下钻动能的液压泵取代。本发明可大范围应用于石油勘探、开发领域的石油钻机上。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置，包括钻机绞车滚筒，其通过钢丝绳连接天车和游车，游车下方悬挂大钩，大钩通过吊环及吊卡悬持钻具，在钻机绞车滚筒轴端，通过离合器连接有一齿轮增速箱，齿轮增速箱通过联轴器连接一台液压泵，液压泵的排液口依次经可调节流阀、液控单向阀与储能器组相通；所述储能器组由多个储能器并联组成，每个储能器的入口设置有可独立遥控的截止阀，液压泵排出的压力油储存在储能器内，储能器组的汇管油路通过并联多个减压阀分别与石油钻机的不同液压系统连通，可为钻机的各液压系统提供液压能；设有一台补油泵，补油泵由电动机驱动，补油泵的出油口经单向阀与储能器组连通，可单独向储能器组补油；储能器汇管油路上设有压力继电器，用以自动控制补油泵的启、停；液压泵和补油泵共用一个油箱。
本发明的有益效果：
本发明装置，充分回收了石油钻机下钻时产生的动能，并将其转化为液压能，为钻机的各液压系统提供液压能，也能为绞车上提空吊卡及重量不太大的设备提供动力，使得钻机的运行能耗和成本大幅降低，填补了钻机下钻动能回收及利用领域的空白。在液压泵的排液口安装的可调节流阀，作为液压泵的加载装置。下钻时，通过调节该节流阀，可以对钻机绞车的滚筒施加阻力矩，阻止滚筒的旋转速度，从而阻止钻具的下放速度。由此一来，省去了石油钻机原来必须配备的“电磁涡流刹车”或“能耗制动装置”。所设的补油泵，由电动机驱动，可以在储能器内油压不足时向储能器补油，该泵的启、停由安放于储能器汇管上的压力继电器自动控制。本发明可大范围应用于石油勘探、开发领域的石油钻机上。
附图说明
图1是本发明一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置的结构示意图。
附图标记
1.钻具；2.吊环及吊卡；3.大钩；4.游车；5.天车；6.钢丝绳；7.钻机绞车滚筒；8.刹车盘；9.离合器；10.齿轮增速箱；11.联轴器；12.液压泵(亦可做液马达)；13.可调节流阀；14.液控单向阀；15.储能器组；16.截止阀；17.压力继电器；18.减压阀；19.电动机；20.补油泵；21.单向阀；22.油箱；23.液压盘式主刹车。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置，包括钻机绞车滚筒7，其通过钢丝绳6连接天车5和游车4，游车4下方悬挂大钩3，大钩3通过吊环及吊卡2悬持钻具1，在钻机绞车滚筒7轴端，通过离合器9连接有一齿轮增速箱10，齿轮增速箱10通过联轴器11连接一台液压泵12，液压泵12的排液口依次经可调节流阀13、液控单向阀14与储能器组15相通；所述储能器组15由多个储能器并联组成，每个储能器的入口设置有可独立遥控的截止阀16，可以根据井深的不同，控制实际投入使用的储能器的个数；液压泵12排出的压力油储存在储能器内；储能器组15的汇管油路通过并联多个减压阀18，分别与石油钻机的不同液压系统连通，可为钻机的各液压系统提供液压能；设有一台补油泵20，补油泵20与电动机19连接并由电动机19驱动，补油泵20的出油口经单向阀21与储能器组15连通，可单独向储能器组15补油；储能器汇管油路上设有压力继电器17，用以自动控制补油泵20的启、停；液压泵12和补油泵20共用一个油箱22。
本发明的工作原理为：在钻机绞车滚筒7的轴端，通过离合器9与齿轮增速箱10的输入轴相连接，齿轮增速箱10的输出轴经联轴器11与液压泵12的输入轴相连。下钻时，液压泵12能起到“回收下钻动能”与“辅助制动”的双重作用；绞车上提空吊卡及不太重的设备时，液压泵12又起液马达的作用。
当钻机下放钻具时，钻具1的巨大重量通过吊环及吊卡2、大钩3以及由游车4、天车5和钢丝绳6组成的滑轮组，带动钻机绞车滚筒7旋转，绞车滚筒7的转动经离合器9、齿轮增速箱10、联轴器11传给液压泵12，使其快速旋转，液压泵12则从油箱22吸油，将钻具1下行的动能转化为液压能，经可调节流阀13、液控单向阀14存储在储能器组15内。
储能器组15内的液压油经各减压阀18与钻机的各液压系统相通，为钻机的各液压系统提供液压能；人为给液控单向阀14一个液压控制信号，液控单向阀14反向导通，储能器组15内的液压油也可经液控单向阀14、可调节流阀13反向注入液压泵12，使得该泵呈液马达状态，为绞车滚筒7上提空吊卡及不太重的设备提供动力，绞车的提升速度可通过调节可调节流阀13的开口大小来实现。所设的补油泵20由电动机19驱动，当储能器内的压力不足时，该泵可经单向阀21向储能器补油。补油泵20的启、停由安装在储能器汇管上的压力继电器17自动控制。
下钻时，通过调节可调节流阀13的开口大小，可以调节液压泵12排液阻力，从而调节液压泵12的负载。该负载产生的力矩经齿轮增速箱10放大后，对钻机绞车滚筒7的轴施加阻力矩，控制钻机绞车滚筒7的旋转速度，从而控制钻具1的下放速度，其起到前述“辅助刹车”的作用，保证钻具1以安全的速度下行。这样一来，钻机就不再需要原来必须配备的辅助刹车了。当需要钻具1停止运动时，利用钻机原配的液压盘式主刹车23抱紧固定在绞车滚筒7上的刹车盘8，实现制动。可调节流阀13的开口大小取决于钻机下钻时钻具1重量的大小，钻具1越重，可调节流阀13开口调得越小，反之，可调节流阀13开口则调大。
上提钻具时，操作离合器9，使得钻机绞车滚筒7的轴与齿轮增速器10脱开连接，本发明的装置不影响钻机正常的起钻作业。
以上所述，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，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种基于液压能的石油钻机下钻动能回收及利用装置，包括钻机绞车滚筒(7)，其通过钢丝绳(6)连接天车(5)和游车(4)，游车(4)下方悬挂大钩(3)，大钩(3)通过吊环及吊卡(2)悬持钻具(1)，其特征在于：在钻机绞车滚筒(7)轴端，通过离合器(9)连接有一齿轮增速箱(10)，齿轮增速箱(10)通过联轴器(11)连接一台液压泵(12)，液压泵(12)的排液口依次经可调节流阀(13)、液控单向阀(14)与储能器组(15)相通；所述储能器组(15)由多个储能器并联组成，每个储能器的入口设置有可独立遥控的截止阀(16)，液压泵(12)排出的压力油储存在储能器内，储能器组(15)的汇管油路通过并联多个减压阀(18)分别与石油钻机的不同液压系统连通，可为钻机的各液压系统提供液压能；设有一台补油泵(20)，补油泵(20)由电动机(19)驱动，补油泵(20)的出油口经单向阀(21)与储能器组(15)连通，可单独向储能器组(15)补油；储能器汇管油路上设有压力继电器(17)，用以自动控制补油泵(20)的启、停；液压泵(12)和补油泵(20)共用一个油箱(22)。
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