CN109347188A - 油田修井机的动力系统及动力系统运行方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种油田修井机的动力系统及动力系统运行方法，该动力系统包括：发电机，与绞车的刹车装置和电池组连接，利用刹车装置刹车时产生的刹车能发电，并将产生的电能储存在电池组中；所述电池组，与所述发电机和电动机连接，用于存储所述发电机产生的电能；电控设备，与所述电池组连接，用于检测所述电能的储量，并在所述电能的储量大于或等于第一阈值时，控制所述电池组为所述电动机供电；所述电动机，用于为油管举升作业的完成提供动力。本申请可以降低修井机的能耗和产生的噪音。

Description

油田修井机的动力系统及动力系统运行方法

技术领域

本申请涉及油田设备维护技术领域，尤其涉及一种油田修井机的动力系统及动力系统运行方法。

背景技术

目前，油田主要采用以柴油为燃料的修井机进行修井作业，但是常规的使用柴油的内燃机热能效率低，能耗大，噪音大，环境污染严重。为了改善修井机的上述缺陷，现有技术提供了一种双动力修井机，该双动力修井机安装有电动机动力系统和内燃机动力系统，两套动力系统可以分别进行动力输送，完成油管的举升作业。

虽然，上述双动力修井机中，电力系统工作时可以减少噪音，但是，其仍存在下述缺陷：(1)两套动力系统独立运行，电动机会消耗电网提供的电能，内燃机会消耗柴油，这样实际上并未减少修井机的能量消耗；(2)在利用电动机作为动力源时，由于油管的举升作业对于动力的要求不稳定，容易对电网造成冲击，导致电网线路故障。

因此，如何降低修井机的能耗和噪音，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种油田修井机的动力系统及动力系统运行方法，用以降低修井机的能耗和产生的噪音。

第一方面，本申请提供一种油田修井机的动力系统，该动力系统包括：

发电机，与绞车的刹车装置和电池组连接，利用刹车装置刹车时产生的刹车能发电，并将产生的电能储存在电池组中；所述电池组，与所述发电机和电动机连接，用于存储所述发电机产生的电能；电控设备，与所述电池组连接，用于检测所述电能的储量，并在所述电能的储量大于或等于第一阈值时，控制所述电池组为所述电动机供电；所述电动机，用于为油管举升作业的完成提供动力。

第二方面，本申请实施例提供一种油田修井机的动力系统运行方法，该方法应用于如第一方面所述的油田修井机的动力系统，该方法包括：

获取绞车的刹车装置刹车时产生的刹车能；通过发电机将所述刹车能转换为电能，并存储所述电能；检测所述电能的储量；如果所述电能的储量大于或等于第一阈值，则利用电能驱动电动机为油管举升作业的完成提供动力。

本申请提供了一种油田修井机的动力系统及动力系统运行方法，相比较于现有技术中，利用内燃机或由连接电网的电动机为油管举升作业提供动力，本申请利用修井机上绞车刹车时的刹车能发电，并将电能存储至电池组中，利用电池组中的电能驱动电动机为油管举升作业提供动力，实现了能量的循环利用，降低了修井机的能耗；且电能驱动的电动机在运行时产生的噪音等环境污染远远少于内燃机，这样也就降低了环境污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种油田修井机的工作过程示意图；

图2为本申请实施例提供的油田修井机的动力系统结构图；

图3为本申请实施例提供的一种油田修井机的动力系统运行方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。

本申请实施例应用于修井机完成油管举升作业的过程中，如图1所示，为本申请实施例提供的一种修井机的工作示意图。该修井机包括绞车101、刹车装置102、钢丝缆绳103、作业井架104和大钩105。

下面将简要介绍修井机完成油管106举升作业的工作过程。

当修井机工作时，动力系统带动绞车101转动，绞车101连接的钢丝缆绳103随之伸长或缩短，这样钢丝缆绳103连接的大钩105随钢丝缆绳103的伸长而向下运动，或随钢丝缆绳103的缩短而向上运动，这样就带动了悬挂在大钩105上的油管106完成提升或下降动作，最终将油管106提升出或放置入油井107。

在本申请实施例中，提供了一种油田修井机的动力系统，该动力系统用于为上述油管106举升作业时提供动力，如图2所示，该动力系统200包括发电机201、电池组202和、电动机203和电控设备206，其中，

发电机201，与绞车101的刹车装置102和电池组202连接，利用刹车装置102刹车时产生的刹车能发电，并将产生的电能储存在电池组202中。

电池组202，与发电机201和电动机203连接，用于存储发电机201产生的电能。

电控设备206，与电池组202连接，用于检测电能的储量，并在电能的储量大于或等于第一阈值时，控制电池组202为电动机203供电。

考虑到电动机203频繁的启动与停止可能对电动机造成损害，在本申请实施例中，可以将第一阈值设置为维持电动机203工作一段时间的最低电能储量，这样就减少了电动机启停的次数；或者该第一阈值设置为电动机203在提升一次油管106的过程中所需的电量。需要说明的是，该第一阈值可以由动力系统200的设计人员根据电动机与内燃机的实际工作情况自行设定，对于该第一阈值的具体大小，在此不做限定。

可选的，在电能的储量大于或等于第一阈值时，可以由电动机单独提供油管举升作业时所需的动力。此外，考虑到由电动机单独提供油管举升作业时所需的动力时，电能的消耗较大、较快，电池组202中电量可能在短时间内消耗完，这样就会导致电动机频繁启动与停止，使得电动机损害。在本申请实施例中，在电能的储量大于或等于第一阈值时，也可以由同时由电动机和内燃机为油管的举升作业提供动力，以延长电动机的启动时间。

电动机203，用于为油管举升作业的完成提供动力。

可选的，动力系统200还包括内燃机204，用于当电池组202中电能的储量小于第一阈值时，在电控设备206的控制下为油管106举升作业的完成提供动力。

需要说明的是，当首次启动修井机时，电池组102中未存储电能，此时电池组102不能为电动机203提供电能，电动机不能工作，也就不能为油管106的举升作业提供动力。在这种情况下，油管106的举升作业所需的动力全部由内燃机提供。

在以内燃机204为动力系统时，当油管106即将被提升至指定位置时，刹车装置102启动，以控制减慢油管106的上升速度，直至停止，在刹车期间，则有刹车能产生，发电机201可以利用该刹车能发电；当油管106下降时，刹车装置102启动以控制油管106在重力作用下的下降速度，在该下降过程中，刹车装置102产生的刹车能较多，产生的电能也就较多，电池组202中可以存储较多的电能。

在电池组202中电能储量小于第一阈值时，电控设备206向内燃机204发送启动控制信号，控制内燃机204一直处于启动状态，以保证修井机的正常工作。

可选的，在电池组202中的电能的储量小于第一阈值且大于或等于第二阈值时，即电池组202中的电能不足以支持电动机203独自提供油管106举升作业所需的动力时，电控设备206还可以分别向电动机203与内燃机204发送继续运行或开始运行的控制信号，以控制正在运行的电动机203和/或内燃机204继续工作，停止状态的电动机203和/或内燃机204开始运行，由电动机203与内燃机204协作，共同提供油管106举升作业时所需的动力。

可选的，如果电池组202中电能的储量大于或等于第一阈值，则内燃机204停止运行，电池组202为电动机203供电，由电动机203为油管106的举升作业提供动力。

可选的，电控设备206检测到电池组202中电能的储量小于第二阈值时，即电池组202中的电能难以启动电动机203时，可以控制内燃机204单独为油管举升作业的完成提供动力。需要说明的是，由于提升/下放不同型号油管的重量不同，因此电动机的启动时所需的扭矩和电能不同，可以根据实际使用的电动机来设置第二阈值。

由于刹车能中较大部分在内燃机工作时产生，也就意味着，电动机所使用的电能的源头是内燃机，这样能量回收利用减少了内燃机的工作时间，也就提升了内燃机的作业效率。

可选的，动力系统200还包括电机控制器205，其中，

电机控制器205，设置于电池组202与电动机203之间，分别与电池组202、电动机203和电控设备206连接，用于接收电控设备206的控制信号，并根据控制信号，控制电动机203的运行状态。其中，运行状态包括启动与停止。

综上，电控设备206为控制中枢，用于协调电动机203与内燃机204的工作，指定其中一方作为动力源，或指定两方共同作为动力源，提供举升油管时所需的动力。

可选的，动力系统200还包括扭矩合成装置207和减速器208。其中，

扭矩合成装置207，与电动机203、内燃机204和减速器208连接，用于将内燃机204或电动机203输出的能量转换为扭矩动力。

减速器208，与扭矩合成装置207和链条传动108连接，用于控制链条传动108的速度，以控制链条传动108带动油管106上下运动时的速度。

由于电动机203或内燃机204直接输出的速度较高，如果不通过减速器，直接由扭矩合成装置207连接链条传动108，则会导致油管提升的速度过快，给刹车装置102造成较大负荷，因此，通常通过减速器208控制速度，从而降低油管提升的速度，降低刹车装置102的负荷。

需要说明的是，链条传动108是修井机中的配置之一，链条传动108与绞车101上盘绕钢丝缆绳103的旋转装置连接，当减速器208带动链条传动108工作时，链条传动108随之带动旋转装置旋转，以收放钢丝缆绳103，从而带动与钢丝缆绳103连接的大钩105的上下运动。

本申请提供了一种油田修井机的动力系统，相比较于现有技术中，利用内燃机或由连接电网的电动机为油管举升作业提供动力，本申请利用修井机上绞车刹车时的刹车能发电，并将电能存储至电池组中，利用电池组中的电能驱动电动机为油管举升作业提供动力，实现了能量的循环利用，降低了修井机的能耗；且电能驱动的电动机在运行时产生的噪音等环境污染远远少于内燃机，这样也就降低了环境污染。

本申请实施例还提供一种油田修井机的动力系统运行方法，应用于如图2所示的油田修井机的动力系统，如图3所示，该方法包括步骤301至步骤304：

步骤301、获取绞车刹车装置刹车时产生的刹车能。

步骤302、通过发电机将刹车能转换为电能，并存储电能。

步骤303、检测电能的储量。

步骤304、如果电能的储量大于或等于第一阈值，则利用电能驱动电动机为油管举升作业的完成提供动力。

可选的，如果电能的储量小于第一阈值，则控制内燃机为油管举升作业的完成提供动力。

可选的，如果电能的储量小于第一阈值且大于第二阈值，则控制内燃机和电动机共同为油管举升作业的完成提供动力。其中，可以根据电能的储量确定电能提供的动力；根据油管的升降情况，确定完成油管举升作业所需的动力；确定油管举升作业所需的动力与电能提供的动力的差值部分；控制内燃机提供差值部分对应的动力，以使所述内燃机和所述电动机共同提供油管举升作业所需的动力。

可选的，如果电能的储量小于第二阈值，则控制内燃机单独为油管举升作业的完成提供动力。

本申请提供了一种油田修井机的动力系统运行方法，相比较于现有技术中，利用内燃机或由连接电网的电动机为油管举升作业提供动力，本申请利用修井机上绞车刹车时的刹车能发电，并将电能存储至电池组中，利用电池组中的电能驱动电动机为油管举升作业提供动力，实现了能量的循环利用，降低了修井机的能耗；且电能驱动的电动机在运行时产生的噪音等环境污染远远少于内燃机，这样也就降低了环境污染。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油田修井机的动力系统，其特征在于，包括：

发电机，与绞车的刹车装置和电池组连接，利用刹车装置刹车时产生的刹车能发电，并将产生的电能储存在电池组中；

所述电池组，与所述发电机和电动机连接，用于存储所述发电机产生的电能；

电控设备，与所述电池组连接，用于检测所述电能的储量，并在所述电能的储量大于或等于第一阈值时，控制所述电池组为所述电动机供电；

所述电动机，用于为油管举升作业的完成提供动力。

2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括：

内燃机，用于当所述电能的储量小于第一阈值时，在所述电控设备的控制下为所述油管举升作业的完成提供动力。

3.根据权利要求2所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括：

电机控制器，设置于所述电池组和所述电动机之间，分别与所述电池组、所述电动机和所述电控设备连接，用于接收所述电控设备的控制信号；

所述电机控制器，还用于根据所述控制信号，控制所述电动机的运行状态，所述运行状态包括启动与停止。

4.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，

所述电控设备，还用于当检测到所述电能的储量小于第一阈值且大于或等于第二阈值时，控制内燃机和所述电动机共同为所述油管举升作业的完成提供动力。

5.根据权利要求4所述的动力系统，其特征在于，

所述电控设备，还用于当检测到所述电能的储量小于第二阈值时，控制所述内燃机单独为所述油管举升作业的完成提供动力。

6.根据权利要求1至5任一项所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括：

扭矩合成装置，与所述电动机、内燃机和减速器连接，用于将所述内燃机或所述电动机输出的能量转换为扭矩动力；

所述减速器，与所述扭矩合成装置和链条传动连接，用于控制链条传动的速度，以控制所述链条传动带动油管上下运动时的速度。

7.一种油田修井机的动力系统运行方法，应用于权利要求1-6任一项所述的油田修井机的动力系统，其特征在于，所述方法包括：

获取绞车的刹车装置刹车时产生的刹车能；

通过发电机将所述刹车能转换为电能，并存储所述电能；

检测所述电能的储量；

如果所述电能的储量大于或等于第一阈值，则利用电能驱动电动机为油管举升作业的完成提供动力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在检测所述电能的储量之后，所述方法还包括：

如果所述电能的储量小于第一阈值，则控制内燃机为油管举升作业的完成提供动力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述电能的储量小于第一阈值且大于等于第二阈值，则控制所述内燃机和所述电动机共同为所述油管举升作业的完成提供动力。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制所述内燃机和所述电动机共同为所述油管举升作业的完成提供动力，包括：

根据所述电能的储量确定所述电能提供的动力；

根据油管的升降情况，确定完成油管举升作业所需的动力；

确定油管举升作业所需的动力与所述电能提供的动力的差值部分；

控制内燃机提供所述差值部分对应的动力，以使所述内燃机和所述电动机共同为所述油管举升作业所需的提供动力。