CN105337397B - 钻探系统及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钻探系统及其供电方法，其中涉及一种钻探系统，其包括：若干钻井驱动系统；压裂驱动系统；集中供电系统，其电连接于所述钻井驱动系统和所述压裂驱动系统来提供电能给所述钻井驱动系统和所述压裂驱动系统；及若干分布式供电系统，其分别电连接于所述钻井驱动系统，用来在所述钻井驱动系统的负载增大时提供额外的电能给所述钻井驱动系统。本发明还涉及一种供电方法，用来给钻探系统供电。

Description

钻探系统及其供电方法

技术领域

本发明有关一种钻探系统及其供电方法，尤其涉及一种用来钻井和压裂的钻探系统及钻探系统的供电方法。

背景技术

石油或煤层气开采中需要提供大部分的电能来钻井和压裂。钻井和压裂中需要的电能的强度和时间长度一般不同。一般而言，钻一口井需要持续地提供3至6个月的小功率(大约4MW)的电能，且钻井时负载会经常突增。在一口井中进行压裂时一般需要提供1至2周稳定的大功率(大约30MW)的电能。

现有的钻探系统使用多个独立的供电装置分别给钻井驱动系统和压裂驱动系统供电，在钻井和压裂时利用不同的供电装置进行供电以满足钻井和压裂时不同的电能需求。如此在钻井或压裂时仅部分供电装置工作，另一部分供电装置闲置。需要购置大量的供电装置，然而供电装置的利用率不高，开采的成本相当高。

因此，有必要提供一种钻探系统及其供电方法来解决上面提及的至少一个技术问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种钻探系统，其包括：若干钻井驱动系统；压裂驱动系统；集中供电系统，其电连接于所述钻井驱动系统和所述压裂驱动系统来提供电能给所述钻井驱动系统和所述压裂驱动系统；及若干分布式供电系统，其分别电连接于所述钻井驱动系统，用来在所述钻井驱动系统的负载增大时提供额外的电能给所述钻井驱动系统。

本发明的另一个方面在于提供一种供电方法，其包括以下步骤：由集中供电系统提供电能给若干钻井驱动系统来钻井；在所述钻井驱动系统的负载增大时由若干分布式供电系统提供额外的电能给所述钻井驱动系统；及由所述集中供电系统提供电能给压裂驱动系统来在钻出的井中压裂成形。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为本发明钻探系统的一个实施例的示意图；

图2所示为本发明钻探系统的另一个实施例的示意图；

图3所示为本发明钻探系统的再一个实施例的示意图；

图4所示为本发明用于钻探系统的供电方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“包括”、“包含”或者“含有”等类似的词语意指出现在“包括”、“包含”或者“含有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件、物件或元素。“连接”、“相连”或者“连通”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以包括间接的连接。

图1所示为一个实施例的钻探系统100的示意图。钻探系统100用来在石油或煤层气开采中钻井并在钻出的井中压裂。钻探系统100包括若干钻井驱动系统11、压裂驱动系统13、集中供电系统15和若干分布式供电系统17。

钻井驱动系统11(例如钻机)用来钻井。一般而言，多个钻井驱动系统11同时工作，可以同时钻多口井。压裂驱动系统13用来在钻出的井中进行压裂。集中供电系统15电连接于钻井驱动系统11和压裂驱动系统13来提供电能给钻井驱动系统11和压裂驱动系统13。集中供电系统15输出大功率(大约20-30MW)的较稳定的电能。集中供电系统15可通过输电总线或电网19等将输出的电能提供给钻井驱动系统11和压裂驱动系统13。电网可以连接其他需要电能的装置或分配电能的控制装置等。压裂驱动系统13需要功率大约为15-20MW的电能来在一口井中压裂，集中供电系统15提供稳定的大功率的电能给压裂驱动系统13。

多个分布式供电系统17分别电连接于钻井驱动系统11，用来在钻井驱动系统11的负载增大时提供额外的电能给钻井驱动系统11。在本实施例中，每一个分布式供电系统17连接于一个钻井驱动系统11。集中供电系统15提供基本的电能给多个钻井驱动系统11来钻井。集中供电系统15提供大约3-4MW的电能给每一个钻井驱动系统11。当因地质等因素，其中一个或多个钻井驱动系统11的负载突增时，相应的分布式供电系统17提供额外的电能给钻井驱动系统11，也就是说，此时集中供电系统15和钻井驱动系统11共同提供电能给钻井驱动系统11，以满足负载突增的需求。单个分布式供电系统17提供的电能的功率小于集中供电系统15提供的电能的功率。单个分布式供电系统17提供功率大约为1MW的电能。钻井和压裂可以分别由集中供电系统15供电，如此可以简化钻探系统100，减少供电装置的数量，提高供电系统的利用率。

在一个实施例中，集中供电系统15包括若干柴油机，例如十台柴油机。多台柴油机共同提供稳定的电能给压裂驱动系统13和钻井驱动系统11。分布式供电系统17包括燃气发电机。燃气发电机可安置于井口，用来在钻井驱动系统11的负载突增时提供额外的电能以承受负载的增加。本实施例中，每一个分布式供电系统17具有一个燃气发电机。在老的成熟的石油或煤层气开采田上，大量的柴油机已经被使用。此实施例可将该些柴油机集中起来形成集中供电系统15，从而提高了柴油机的利用率，优化了钻探系统100的供电系统，且合理利用现有资源，无需投入更多的成本。

在另一个实施例中，集中供电系统15包括航改机。一台航改机可提供功率为20-30MW的电能，集中供电系统15可使用一台航改机给压裂驱动系统13和钻井驱动系统11供电，如此集中供电系统15的占地面积少且维护方便。航改机利用天然气作为燃料，燃料成本和操作费用较低。在再一个实施例中，集中供电系统15包括风力发电设备或其他发电设备。石油或煤层气开采的区域靠近风力发电场时，可以更方便地利用风力发电设备发出的电能。

图2所示为另一个实施例的钻探系统200的示意图。钻探系统200包括若干子供电系统21。子供电系统21电连接于钻井驱动系统11和压裂驱动系统13，可以用来供电。每一个子供电系统21对应于一个钻井驱动系统11。当部分钻井驱动系统11钻井且部分钻井驱动系统11未工作时，对应于工作中的钻井驱动系统11的子供电系统21作为分布式供电系统在负载增大时给其相应的钻井驱动系统11供电。其他对应于未工作的钻井驱动系统11的子供电系统21共同作为集中供电系统给工作的钻井驱动系统11供电。在压裂驱动系统13工作时，子供电系统21共同作为集中供电系统给压裂驱动系统13供电。例如，在小型的油田上仅部分油井同时开采，此钻探系统200可以充分利用供电系统。子供电系统21可以包括一个或多个燃气发电机或其他发电设备。子供电系统21直接与对应的钻井驱动系统11电连接，且电连接至输电总线或电网19，压裂驱动系统13通过输电总线或电网19电连接至子供电系统21。

图3所示为再一个实施例的钻探系统300的示意图。钻探系统300类似于图1所示的钻探系统100。相比较于图1所示的钻探系统100，钻探系统300包括一个或多个储能装置23，其连接于集中供电系统15来存储来自集中供电系统15的电能且在钻井驱动系统11的负载增大时提供额外的电能给钻井驱动系统11。储能装置23作为分布式供电系统给钻井驱动系统11供电。储能装置23电连接至输电总线或电网19。压裂时，集中供电系统15输出电能给压裂驱动系统13，且给储能装置23充电。多个储能装置23分别连接至对应的钻井驱动系统11，钻井驱动系统11电连接至输电总线或电网19。钻井时，集中供电系统15通过输电总线或电网19提供基本的电能给钻井驱动系统11。在钻井驱动系统11的负载突增时，储能装置23放电，给钻井驱动系统11提供额外的电能。储能装置23可以是超级电容等。

图4所示为一个实施例的用于钻探系统的供电方法400的流程图。步骤401中，由集中供电系统提供电能给若干钻井驱动系统来钻井。集中供电系统提供持续的稳定的大功率的电能给钻井驱动系统，多个钻井驱动系统可以同时钻井。集中供电系统包括若干柴油机、航改机等发电装置。步骤403中，在钻井驱动系统的负载增大时由若干分布式供电系统提供额外的电能给钻井驱动系统。每一个分布式供电系统对应于一个钻井驱动系统，给钻井驱动系统供电。因地质等原因，钻井驱动系统的负载会突然增大，分布式供电系统提供小功率的电能给钻井驱动系统，来承担负载的突增。此时，集中供电系统和分布式供电系统同时供电。在一个实施例中，分布式供电系统包括一个或多个燃气发电机。

在另一个实施例中，分布式供电系统包括一个或多个储能装置，例如超级电容。储能装置连接于集中供电系统。供电方法400进一步包括利用储能装置存储来自集中供电系统的电能且在钻井驱动系统的负载增大时通过储能装置提供额外的电能给钻井驱动系统。

在再一个实施例中，供电装置，例如燃气发电机，电连接于相应的钻井驱动系统。当部分钻井驱动系统未工作时，相应的供电装置作为集中供电系统给其他工作的钻井驱动系统提供稳定的电能。对应于工作中的钻井驱动系统的供电装置作为分布式供电系统，在负载突增时给钻井驱动系统供电。供电装置可以灵活地被使用作为集中供电系统或分布式供电系统，尤其适用于小型的油气开采场合。

步骤405中，由集中供电系统提供电能给压裂驱动系统来在钻出的井中压裂成形。集中供电系统提供稳定的大功率的电能给压裂驱动系统来压裂。

分布式供电系统供电的步骤403在集中供电系统给钻井驱动系统供电的步骤401的过程中进行。钻井时，集中供电系统持续地供电，分布式供电系统在集中供电系统供电的过程中当负载增大时供电。根据实际开采的情况，可以在已经钻好的旧井中进行压裂，然后钻新的井。集中供电系统给钻井驱动系统供电的步骤401和集中供电系统给压裂驱动系统供电的步骤405的先后顺序不限于图示中的顺序，可以根据实际开采情况确定。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种钻探系统，其特征在于，其包括：

若干钻井驱动系统；

压裂驱动系统；

集中供电系统，其电连接于所述若干钻井驱动系统和所述压裂驱动系统来提供电能给所述若干钻井驱动系统和所述压裂驱动系统；及

若干分布式供电系统，其分别电连接于所述若干钻井驱动系统，其中，所述若干钻井驱动系统中的每个钻井驱动系统仅电连接所述若干分布式供电系统中的一个分布式供电系统，用来在所述若干钻井驱动系统中的特定钻井驱动系统的负载增大时提供额外的电能给所述特定钻井驱动系统。

2.如权利要求1所述的钻探系统，其特征在于：所述集中供电系统包括若干柴油机。

3.如权利要求1所述的钻探系统，其特征在于：所述集中供电系统包括航改机。

4.如权利要求1所述的钻探系统，其特征在于：所述分布式供电系统包括燃气发电机。

5.如权利要求1所述的钻探系统，其特征在于：所述分布式供电系统包括一个或多个储能装置，其连接于所述集中供电系统来存储来自所述集中供电系统的电能且在所述钻井驱动系统的负载增大时提供所述额外的电能给所述钻井驱动系统。

6.一种供电方法，其特征在于，其包括以下步骤：

由集中供电系统提供电能给若干钻井驱动系统来钻井和压裂驱动系统来在钻出的井中压裂成形；

将所述若干钻井驱动系统中的每个钻井驱动系统电连接若干分布式供电系统中的仅一个分布式供电系统；及

在所述若干钻井驱动系统中的特定钻井系统的负载增大时由所述若干分布式供电系统中的与特定钻井系统电连接的相应分布式供电系统提供额外的电能给所述特定钻井驱动系统。

7.如权利要求6所述的供电方法，其特征在于：所述集中供电系统包括若干柴油机。

8.如权利要求6所述的供电方法，其特征在于：所述集中供电系统包括航改机。

9.如权利要求6所述的供电方法，其特征在于：所述若干分布式供电系统包括燃气发电机。

10.如权利要求6所述的供电方法，其特征在于：所述若干分布式供电系统包括一个或多个储能装置，其连接于所述集中供电系统，且所述供电方法进一步包括利用所述储能装置存储来自所述集中供电系统的电能且在所述钻井驱动系统的负载增大时通过所述储能装置提供所述额外的电能给所述钻井驱动系统。