CN113978337A - 电驱固井车 - Google Patents

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CN113978337A CN202111176023.4A CN202111176023A CN113978337A CN 113978337 A CN113978337 A CN 113978337A CN 202111176023 A CN202111176023 A CN 202111176023A CN 113978337 A CN113978337 A CN 113978337A
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张鹏远
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Abstract

本申请公开了一种电驱固井车，涉及石油装备领域。一种电驱固井车，包括底盘车以及分别设置于底盘车的动力电池模块、发电模块、电机模块、作业模块和电气控制模块；所述动力电池模块、所述发电模块及所述电机模块分别与所述电气控制模块电连接，所述电气控制模块能够控制所述发电模块为所述动力电池模块和/或所述电机模块供电，以及控制所述动力电池模块为所述电机模块供电；所述电机模块的输出端与所述作业模块传动连接。本申请至少能够解决柴油机驱动固井车产生噪音、尾气，且保养困难、费用高等问题。

Description

电驱固井车
技术领域
本申请属于石油装备技术领域，具体涉及一种电驱固井车。
背景技术
随着碳达峰和碳中和的需求，目前新能源车辆快速发展，其中，包括：电动私家车、电动环卫车、电动工程车等。
固井车是一种能够进行石油作业的车辆，其在油田固井作业中起到重要作用。当前一些固井车采用柴油机驱动，在固井车作业过程中，会产生对环境造成污染的噪音和尾气，严重影响附近居民的居住环境；并且，柴油机驱动的固井车需要定期更换冷却液、机油、过滤器等构件，导致维护保养较为困难，且成本较高。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种电驱固井车，至少能够解决柴油机驱动固井车产生噪音、尾气，且保养困难、费用高等问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种电驱固井车，该电驱固井车包括：底盘车以及分别设置于底盘车的动力电池模块、发电模块、电机模块、作业模块和电气控制模块；
所述动力电池模块、所述发电模块及所述电机模块分别与所述电气控制模块电连接，所述电气控制模块能够控制所述发电模块为所述动力电池模块和/或所述电机模块供电，以及控制所述动力电池模块为所述电机模块供电；
所述电机模块的输出端与所述作业模块传动连接。
本申请实施例中，通过动力电池模块为电机模块供电，由电机模块驱动作业模块工作，以进行固井作业，可以有效避免柴油机驱动固井作业带来的噪音、尾气等问题，并且不存在冷却液、机油、过滤器等构件更换，从而可以降低固井作业过程中对环境的污染和对居民的影响，与此同时，不存在维护保养困难的问题，并降低了成本。另外，在动力电池模块电量不足时，还可以通过发电模块对动力电池模块充电，以保证动力电池模块电量充足，另外，发电模块还可以为电机模块供电，以使电机模块为作业模块提供动力，除此以外，发电模块还可以同时为动力电池模块和电机模块供电，从而既保证动力电池模块的电量充足，又使电机模块输出动力。基于此，相比于外接电线的方式，本申请实施例中的电驱固井车可以无需外接电线，从而缓解了布线困难等问题。
附图说明
图1为本申请实施例公开的电驱固井车的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的电气控制模块的控制原理示意图。
附图标记说明：
100-底盘车；
200-动力电池模块；
300-发电模块；
400-电机模块；
500-电池温控模块；
600-电气控制模块；610-充电柜；620-配电箱；630-变频器柜；
710-柱塞泵；720-计量罐；730-操作平台；740-动力传动装置；750-混合装置；760-气路装置；770-液压装置；780-清水管汇；790-泥浆管汇；800-上灰管汇。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。
参考图1和图2，本申请实施例公开了一种电驱固井车，所公开的电驱固井车包括底盘车100以及分别设置于底盘车100的动力电池模块200、发电模块300、电机模块400、作业模块和电气控制模块600。
底盘车100为电驱固井车的基础安装部分和行走部分，通过底盘车100可以安装动力电池模块200、发电模块300、电机模块400、作业模块及电气控制模块600等，与此同时，通过底盘车100还可以携带上述各模块进行行走，以到达指定位置进行固井作业。可选地，底盘车100可以包括底盘车体和副梁，用于承载整个台上作业装置，同时兼顾越野性能，满足油田现场作业要求。其中，底盘车体可以采用多种驱动形式，包括但不限于柴油机驱动、LNG动力、混合动力或者纯电动力。副梁可以采用矩形管制作，设计有关键部件支撑件，如动力电池模块200底座、电机模块400底座、发电模块300底座、作业模块底座等，以实现对各模块进行固定。
动力电池模块200为电驱固井车的电能储存构件，其可以为固井作业提供电能输出。可选地，动力电池模块200可以包括电池模组及其外围支架，通过外围支架可以将电池模组固定在底盘车100上，从而能够稳定地为电驱固井车提供电源。其中，电池模组使用高能量密度的形式，通过电缆彼此相连，以为电驱固井车提供所需要的电压。电池模组的容量可以根据固井作业的需求进行核算，以满足多数井场的固井作业要求。另外，动力电池模块200还可以包括多个电池模组，每个电池模组安装在整体框架上，并通过整体框架固定在底盘车100上。此处需要说明的是，当进行高压力、大深度井的固井作业时，还可以通过插电或发电作业方式进行。
可选地，可以选用较大容量的动力电池模块200，以为电驱固井车的各个电机提供电能。在动力电池模块200的容量足够大的情况下，无需外部供电即可完成固井作业，较为适合老旧钻机井场无法提供稳定电源的情况。
发电模块300为电驱固井车的产生电能的构件，其可以为动力电池模块200充电，或者为电机模块400供电，或者同时为动力电池模块200充电以及为电机模块400供电。可选地，发电模块300可以包括发电机，发电机通过传动轴、联轴器或皮带连接到底盘车100的取力口，即，发动机的输出轴，底盘车100的发动机启动后，可以驱动发电机工作，由发电机产生的电能通过电缆可以连接到电气控制模块600，通过电气控制模块600进行整流调压后分配给动力电池模块200中的各个电池模组以及其他需要供电的部件，以实现对动力电池模块200的充电以及其他部件的供电。
电机模块400为电驱固井车的动力输出构件，其可以为固井作业提供驱动力。可选地，电机模块400可以与作业模块中的柱塞泵710通过传动轴连接，用于作业过程中驱动柱塞泵710工作。另外，电机模块400可以包括大功率动力电机，以为固井作业提供足够大的功率。
电气控制模块600为电驱固井车的控制部分，本申请实施例中，动力电池模块200、发电模块300及电机模块400分别与电气控制模块600电连接，如此，电气控制模块600可以控制发电模块300为动力电池模块200和/或电机模块400供电，以及控制动力电池模块200为电机模块400供电。
为了进行固井作业，本申请实施例中将电机模块400的输出端与作业模块传动连接，通过电机模块400可以驱动作业模块运动，以通过作业模块进行固井作业。
基于上述设置，通过动力电池模块200为电机模块400供电，由电机模块400驱动作业模块进行固井作业，可以有效避免柴油机驱动带来的噪音、尾气等问题，并且不存在冷却液、机油、过滤器等构件更换，从而可以降低固井过程中对环境的污染和对居民的影响，与此同时，不存在维护保养困难的问题，并降低了成本。另外，在动力电池模块200电量不足时，还可以通过发电模块300对动力电池模块200充电，以保证动力电池模块200电量充足，另外，发电模块300还可以为电机模块400供电，以使电机模块400为作业模块提供动力，除此以外，发电模块300还可以同时为动力电池模块200和电机模块400供电，从而既保证动力电池模块200的电量充足，又使电机模块400输出动力。基于此，相比于外接电线的方式，本申请实施例中的电驱固井车可以无需外接电线，从而缓解了布线困难等问题。
在一些实施例中，电机模块400包括变频一体式电机，相应地，作业模块包括柱塞泵710，变频一体式电机与柱塞泵710之间通过传动轴连接。基于此，可以通过对变频一体式电机的转速进行调节，以实现不同排量的输出。与柴油机驱动方式相比，采用变频一体式电机驱动的方式省去了变速箱，且固井作业过程无需换挡操作，从而可以显著降低操作者的劳动强度，与此同时，还可以降低对环境污染以及对周围居民的影响，且无需保养，降低了使用成本。此处需要说明的是，电驱固井车包括动力传动装置740，该动力传动装置740包括上述传动轴，通过传动轴可以将变频一体式电机与柱塞泵710传动连接。
基于上述设置，采用变频一体式电机，可以取消辅车额外装载变频变压器，从而可以将双车载形式改为单车载形式，省去主车与辅车连接电缆的时间，且降低了成本。
为了保证动力电池模块200能够具有良好的储存电能以及释放电能的能力，本申请实施例中的电驱固井车还包括电池温控模块500，通过控制动力电池模块200的温度，以使动力电池模块200的温度保持在较为合理的区间，从而可以保证动力电池模块200的储存能力和释放能力。
一些实施例中，电池温控模块500包括温度检测装置、散热装置和保温装置。其中，温度检测装置用于实时检测动力电池模块200的温度，散热装置用于对动力电池模块200散热降温，保温装置用于对动力电池模块200保持温度。本申请实施例中，温度检测装置、散热装置和保温装置分别设置于动力电池模块200，且温度检测装置与散热装置和保温装置分别电连接。
基于上述设置，当温度检测装置检测到动力电池模块200的温度较高而高于第一预设温度时，散热装置启动，以对动力电池模块200进行散热降温，确保动力电池模块200的温度下降合理范围内，以避免在高温环境下出现着火、鼓包等影响安全的情况。相反，当温度检测装置检测到动力电池模块200的温度较低而低于第二预设温度时，保温装置启动，以对动力电池模块200进行保温或升温，确保动力电池模块200的温度维持在合理范围内，以保证动力电池模块200在外部环境处于低温时仍然能够输出足够的电能。
本申请实施例中，散热装置可以使用风冷方式或液冷方式对动力电池模块200进行散热。
第一种散热方式为分散冷却：其中，动力电池模块200包括多个电池模组，散热装置包括多个风机，多个风机一一对应地设置于多个电池模组。如此，在动力电池模块200输出电能的过程中，由温度检测装置对每个电池模组的温度进行检测，当电池模组的温度高于第一预设值时，该电池模组所对应的风机启动，以对该电池模组进行散热，当多个电池模组的温度分别高于第一预设值时，多个电池模组各自对应的风机分别启动，以同时对多个电池模组进行散热。
第二种散热方式为中央集中冷却：动力电池模块200包括箱体和设置于箱体内的多个电池模组，其中，箱体包括进风口和出风口，散热装置包括风机，该风机与箱体的进风口连接。如此，通过风机向箱体内充入冷空气，以将箱体内的热量由出风口吹出，从而达到散热降温的目的。
第三种散热方式为液冷：散热装置包括管道、散热器、液泵和风扇，其中，管道用于容纳冷却介质，如，冷却水等，管道设置在动力电池模块200上，散热器设置在管道上，且散热器与风扇相对设置，通过风扇可以将散热器上的热量吹走，以降低管道内的冷却介质的温度，从而使冷却介质能够从动力电池模块200中吸收更多热量。液泵设置于管道，在液泵的驱动作用下，管道中的冷却介质循环流动，并在循环流动过程中将动力电池模块200产生的部分热量带走。
基于上述设置，当温度检测装置检测到动力电池模块200的温度超过第一预设值时，液泵启动，以使冷却介质在管道中循环流动，通过冷却介质吸收动力电池模块200产生的热量，并且在散热器处通过风扇将部分热量吹走，以达到散热的效果。
此处需要说明的是，可以采用上述三种散热方式中的至少一种实现对动力电池模块200的散热，以防止动力电池模块200温度过高。
本申请实施例中，保温装置可以采用保温的方式或加热的方式对动力电池模块200的温度进行保持。
第一种保温方式为：保温装置包括保温罩，保温罩包裹于动力电池模块200的外侧。基于此，可以通过保温罩使动力电池模块200与外界低温环境隔离，从而有效缓解动力电池模块200的温度下降，使温度维持在较为合理的范围内。
第二种保温方式为：保温装置包括加热元件，加热元件设置于动力电池模块200。基于此，可以通过加热元件使动力电池模块200加热升温，从而使动力电池模块200保持在正常工作的合理范围内，以避免出现由于低温而导致动力电池模块200亏电的情况。可选地，加热元件可以为电加热件，还可以为燃油加热件，本申请实施例中对于加热元件的具体形式不作限定。当然，还可以及设置隔热罩又设置加热元件，以最大限度地维持动力电池模块200的温度。
在一些实施例中，底盘车100配置有供电插口，供电插口与动力电池模块200电连接，通过供电插口可以与外界电源连接。基于上述设置，在供电条件良好的井场，电驱固井车可以插电使用；当井场电源功率不足以作业时，可以通过供电插口使用外供电源对动力电池模块200进行充电，发挥动力电池模块200的储能作用，利用井场布置的时间进行充电，待充电完成后通过动力电池模块200供电，以进行固井作业。
在一些实施例中，发电模块300包括发电机，发电机设置于底盘车100，底盘车100设有发动机，发动机与发电机传动连接，发电机与动力电池模块200和/或电机模块400电连接。基于上述设置，在井场电源不满足动力电池模块200充电需求时，可以使用发动机带动发电机工作，以对动力电池模块200进行充电，确保动力电池模块200容量能够满足作业需求。与此同时，发电机还可以在作业过程中为电动机模块补电，以满足大功率作业需求，当然，还可以同时为动力电池模块200充电和电机模块400供电，以在作业过程中实现充电。
参考图2，为了实现电能分配，本申请实施例中的电气控制模块600包括充电柜610、配电箱620和变频器柜630，其中，发电模块300与充电柜610电连接，充电柜610与配电箱620电连接，配电箱620与动力电池模块200、电机模块400及变频器柜630分别电连接。
本申请实施例中，通过电气控制模块600可以控制动力电池模块200的充放电过程、电机模块400驱动过程、发电模块300发电过程以及作业模块的固井作业过程，并且可以实现远程控制。具体原理为：
通过底盘车100的发动机驱动发电模块300的发电机工作，以进行发电，并将电能传输至充电柜610，通过配电箱620的转换后，其中一路为动力电池模块200充电，另一路通过配电箱620直接转成电气控制模块600所需的电制，为整个电气控制模块600供电，再一路通过配电箱620转成电机模块400所需的电制，为电机模块400供电。当动力电池模块200充电完成后，可以直接用动力电池模块200通过配电箱620转接至电机模块400，以为电机模块400供电。
除此以外，通过电气控制模块600还可以控制动力电池模块200进行放电，以通过动力电池模块200为电机模块400供电，由电机模块400驱动柱塞泵710运行，以实现固井作业。
另外，电气控制模块600还可以控制固井作业过程，以具有自动密度、自动排量、自动预混、自动液位等诸多自动控制功能，保证整个电驱固井车的稳定可靠运行。
此处需要说明的是，电气控制模块600的具体控制原理还可以参考其他相关技术，以实现对电驱固井车的固井作业过程的控制。
在一些实施例中，作业模块至少包括分别设置于底盘车100的计量罐720、操作平台730、混合装置750、气路装置760、液压装置770、清水管汇780、泥浆管汇790、上灰管汇800、高压管汇以及盘根润滑装置。
其中，计量罐720用于储存清水，计量罐720安装在底盘车100上，与清水管汇780相连，计量罐720的罐顶安装有上水管汇，可以使用离心泵供水或外部供水方式；当使用离心泵供水时，可以直接安装供水离心泵，以为计量罐720进行灌注，当使用外接供水时，由外界供水泵对计量罐720进行供水，此时计量罐720作为缓冲罐使用。
清水管汇780用于为计量罐720和混合装置750提供清水。可选地，清水管汇780可以包括离心泵、管汇和蝶阀，其中，离心泵供水压力需符合混合器喷射压力要求，管汇直径符合固井作业最大流量要求，当然，电驱固井车还可以配置电潜水泵，直接使用动力电池模块200为其供电，用于远程供水使用。
泥浆管汇790用于为柱塞泵710进行泥浆灌注和混合装置750使用。可选地，泥浆管汇790可以包括离心泵、管汇和蝶阀，离心泵供水压力满足柱塞泵710吸入压力的要求，流量满足柱塞泵710的最大排量要求。
混合装置750用于混合水泥浆，用来为柱塞泵710提供水泥浆。可选地，混合装置750包括泥浆罐体、高能混合器等部件。混合装置750与清水管汇780及泥浆管汇790分别相连，上部安装有护栏，消泡剂容器、搅拌轴等部件。
操作平台730用于承载控制部分和人员。可选地，操作平台730通过支腿连接到底盘车体及副梁上，安装有仪表箱，方便人员在计量罐720及泥浆罐之间行走观察。
盘根润滑装置用于润滑离心泵和柱塞泵710盘根，作业过程中提供润滑和冷却作用。可选地，盘根润滑装置可以采用气动形式或电动形式，采用气动形式时，直接由电驱空压机提供气源，电动形式时采用动力电池模块200供电，并能自动调节润滑油流量，实现自动和强制润滑。
高压管汇用于将高压水泥浆泵送至井口，其中，高压管汇与柱塞泵710相连。可选地，高压管汇包括整体式直管线、高压三通、高压弯头、旋塞阀、耐震压力表等结构，可以实现高压水泥浆的泵送和通断。
上灰管汇800用于为电驱固井车提供干灰，上灰管汇800的外端部与下灰车或者灰罐相连。可选地，上灰管汇800可以包括两个上灰口，并配置独立蝶阀，用于切换灰罐，以实现上灰。
气路装置760用于为电驱固井车的蝶阀、气喇叭、盘根润滑装置、气路吹扫管线等提供气源。气路装置760安装在底盘车100上，空气压缩机采用电动机驱动。在检测到气路装置760压力低于预设压力时，电动机启动，带动空气压缩机工作，以为气瓶充气，当气瓶内压力达到设定要求时，电动机停机，控制压缩机停止工作。
液压装置770使用电驱液压单元。可选地，液压装置770包括一个辅助电动机、分动箱及各个液压泵，通过分动箱将辅助电动机的动力分配至多个输出口，各个输出口上安装有液压泵，从而可以驱动液压装置770工作，具体包括清水离心泵、泥浆离心泵、罐内搅拌轴以及下灰油缸等部件进行工作。
还需说明的是，本申请实施例中，电驱固井车的固井原理及相关作业装置的具体结构均可以参考相关技术，此处不作详细阐述。
综上所述，本申请实施例提供的电驱固井车，相比于燃油形式的固井车，具有环保、噪音小、维护成本低、使用操作简洁等技术优势。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种电驱固井车，其特征在于，包括：底盘车(100)以及分别设置于底盘车(100)的动力电池模块(200)、发电模块(300)、电机模块(400)、作业模块和电气控制模块(600)；
所述动力电池模块(200)、所述发电模块(300)及所述电机模块(400)分别与所述电气控制模块(600)电连接，所述电气控制模块(600)能够控制所述发电模块(300)为所述动力电池模块(200)和/或所述电机模块(400)供电，以及控制所述动力电池模块(200)为所述电机模块(400)供电；
所述电机模块(400)的输出端与所述作业模块传动连接。
2.根据权利要求1所述的电驱固井车，其特征在于，所述电机模块(400)包括变频一体式电机，所述作业模块包括柱塞泵(710)，所述变频一体式电机与所述柱塞泵(710)之间通过传动轴连接。
3.根据权利要求1所述的电驱固井车，其特征在于，所述电驱固井车还包括电池温控模块(500)，所述电池温控模块(500)包括温度检测装置、散热装置和保温装置；
所述温度检测装置、所述散热装置和所述保温装置分别设置于所述动力电池模块(200)，且所述温度检测装置与所述散热装置及所述保温装置分别电连接。
4.根据权利要求3所述的电驱固井车，其特征在于，所述动力电池模块(200)包括多个电池模组，所述散热装置包括多个风机，多个所述风机一一对应地设置于多个所述电池模组；
或者，所述动力电池模块(200)包括箱体和设置于箱体内的多个电池模组，所述箱体包括进风口和出风口，所述散热装置包括风机，所述风机与所述进风口连接。
5.根据权利要求3所述的电驱固井车，其特征在于，所述散热装置包括用于容纳冷却介质的管道、设置于管道的散热器和液泵，以及与散热器相对设置的风扇，所述管道布置于所述动力电池模块(200)。
6.根据权利要求3所述的电驱固井车，其特征在于，所述保温装置包括隔热罩，所述隔热罩包裹于所述动力电池模块(200)的外侧；
和/或，所述保温装置包括加热元件，所述加热元件设置于所述动力电池模块(200)。
7.根据权利要求1所述的电驱固井车，其特征在于，所述底盘车(100)配置有用于与外界电源连接的供电插口，所述供电插口与所述动力电池模块(200)之间电连接。
8.根据权利要求1所述的电驱固井车，其特征在于，所述发电模块(300)包括发电机，所述发电机设置于所述底盘车(100)；
所述底盘车(100)包括发动机，所述发动机与所述发电机传动连接；
所述发电机与所述动力电池模块(200)和/或所述电机模块(400)电连接。
9.根据权利要求1或8所述的电驱固井车，其特征在于，所述电气控制模块(600)包括充电柜(610)、配电箱(620)和变频器柜(630)；
所述发电模块(300)与所述充电柜(610)电连接，所述充电柜(610)与所述配电箱(620)电连接，所述配电箱(620)与所述动力电池模块(200)、所述电机模块(400)及所述变频器柜(630)分别电连接。
10.根据权利要求1所述的电驱固井车，其特征在于，所述作业模块至少包括分别设置于所述底盘车(100)的计量罐(720)、操作平台(730)、混合装置(750)、气路装置(760)、液压装置(770)、清水管汇(780)、泥浆管汇(790)、上灰管汇(800)、高压管汇以及盘根润滑装置。
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