CN203905906U - 一种石油钻机下钻动能回收及利用装置 - Google Patents

Abstract

一种石油钻机下钻动能回收及利用装置，钻头与钻具固定连接，钻机绞车滚筒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，该装置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压缩机，压缩机的排气口经可调节流阀与高压储气罐相通，压缩机排出的气体储存在高压储气罐内，高压储气罐经过调压阀、单向阀与石油钻机原配的气源装置的电动压缩机相并联，高压储气罐内的压缩空气经调压阀适当降压后，经空气净化系统经净化处理后存储在钻机原配的低压储气罐中，为钻机的气压控制系统、气动辅助系统提供气源。低压储气罐上设置有压力继电器，用于控制钻机原配的电动压缩机的启、停。

Description

一种石油钻机下钻动能回收及利用装置

技术领域

本实用新型涉及石油勘探、开发领域，特别涉及一种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。一口井通常不可能一次钻成，正常情况下，要经历多次下套管固井作业，每次下套管固井作业前，都必须将钻具从井内提起。固井完成后，再将钻具下入井内，继续钻进。若遇到意外事故，将钻具从井内提起、放下的次数还会增加。

将钻具从井内提起，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。钻机绞车缠绕钢丝绳，通过由天车、游车、钢丝绳组成的游动系统带动大钩上行，将钻具一柱一柱(一柱钻具大约27米)地提起，这一过程称之为“起钻”。在起钻过程中，绞车消耗了巨大的能量。

当固井完成，需要继续钻进时，又要利用绞车将钻具一柱一柱地放入井内，这一过程称之为“下钻”。在下钻过程中，由于钻具的巨大重量，绞车不但不需要动力，反而要借助于刹车装置来制动，以保证钻具下放的速度在安全范围内。

从以上描述中可以看出，在“起钻”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“下钻”过程中，钻具从地上下入井内，钻具的势能转化为动能，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，最常用的制动装置由“辅助刹车”和“主刹车”组成。最常用的辅助刹车是“电磁涡流刹车”或“能耗制动装置”，辅助刹车的作用是减缓钻具的下放速度，使其处于安全范围内；主刹车的作用是使钻具能够停止运动。它们在工作时都要消耗很大的能量，尤其是“辅助刹车”。

对于石油钻机下钻动能的回收利用，人们曾经想出很多方法，但最终因回收的能量在石油钻机上无法存储及有效利用，以至于至今也没有在石油钻机上出现。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种石油钻机下钻动能回收及利用装置，本实用新型装置，充分回收利用了石油钻机下钻时产生的动能，为钻机气控制系统、气动辅助系统提供气压能，使得钻机的运行成本大幅降低，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“电磁涡流刹车”或“能耗制动装置”可以去掉，本实用新型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，本实用新型的技术方案为：

一种石油钻机下钻动能回收及利用装置，钻头与钻具固定连接，钻机绞车滚筒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，其特征在于，该装置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压缩机，压缩机的排气口经可调节流阀与高压储气罐相通，压缩机排出的气体储存在高压储气罐内，高压储气罐经过调压阀、单向阀与石油钻机气源装置的电动压缩机相并联，高压储气罐内的压缩空气经调压阀适当降压后，经钻机原配的空气净化系统净化处理后存储在钻机原配的低压储气罐内，为钻机的气压控制系统、气动辅助系统提供气源。低压储气罐上设置有压力继电器，用以控制钻机原配电动压缩机的启、停。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：本实用新型装置，充分回收及利用了石油钻机下钻时产生的动能，并将其转化为气压能，为钻机气控制系统、气动辅助系统提供气源，使得钻机的运行成本大幅降低，填补了钻机下钻动能回收及利用领域的空白。在压缩机的排气口安装的可调节流阀，作为压缩机的加载装置。通过对压缩机的加载，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”，本实用新型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为本实用新型一种石油钻机下钻动能回收及利用装置的结构示意图。

其中，1.钻头；2.钻具；3.大钩；4.游车；5.天车；6.钢丝绳；7.钻机绞车滚筒；8.离合器；9.齿轮增速箱；10.联轴器；11.压缩机；12.可调节流阀；13.高压储气罐；14.调压阀；15.电动压缩机；16.单向阀；17.空气净化系统(含散热器、油水分离器、干燥器、精过滤器)；18.低压储气罐；19.压力继电器。

图1中，双点画线所框的部分是钻机原来配备的气源装置。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型技术方案做进一步详细描述：

如图1所示，一种石油钻机下钻动能回收及利用装置，钻头1与钻具2固定连接，钻机绞车滚筒7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、吊卡悬持钻具2，该装置在钻机绞车滚筒7的轴端，通过离合器8连接有一齿轮增速箱9，齿轮增速箱9通过联轴器10连接一台压缩机11，压缩机11的排气口经可调节流阀12与高压储气罐13相通，压缩机11排出的气体储存在高压储气罐13内，高压储气罐13经过调压阀14、单向阀16与石油钻机原配气源装置的电动压缩机15相并联，高压储气罐13内的压缩空气通过调压阀14适当降压后，经钻机原配的空气净化系统17净化处理后存储在钻机原配的低压储气罐18内，为钻机气压控制系统、气动辅助系统提供气源。低压储气罐18上设置有压力继电器19，用于控制钻机原配电动压缩机的启、停。

本实用新型的工作原理为：在钻机绞车滚筒7的轴端，通过离合器8与齿轮增速箱9的输入轴相连接，齿轮增速箱9的输出轴经联轴器10与压缩机11的输入轴相连，该压缩机11能起到“压缩气体”与“辅助制动”的双重作用。

当钻机“下钻”时，钻具2的巨大重量通过大钩3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，绞车滚筒的转动经过离合器8、齿轮增速箱9带动压缩机11快速旋转，压缩机11则将钻具2下行的动能转化为气压能，存储在高压储气罐13内。

高压储气罐13经调压阀14、单向阀16与钻机原配的气源装置的电动压缩机15相并联。高压储气罐13内的压缩空气经调压阀14适当降压后，经钻机原配的空气净化系统17净化处理后存储在钻机原配的低压储气罐18中，为钻机气压控制系统、气动辅助系统提供气源。钻机原配的电动压缩机15的启、停由安装在低压储气罐18上的压力继电器19控制。若高压储气罐13内的压力足够高时，可以保证低压储气罐18内的压力足够，这样，钻机原配的电动压缩机15就可以不启动；反之，电动压缩机15将启动，为钻机气压控制系统、气动辅助系统补充气压能。

通过调节可调节流阀12的开口大小，可以调节压缩机11排气口的压力，从而调节压缩机11的负载。该负载产生的力矩经齿轮增速箱9放大后，对钻机绞车滚筒7的轴施加阻力矩，阻止钻机绞车滚筒7的旋转速度，从而阻止钻具2的下放速度，其起到前述“辅助刹车”的作用，保证钻具2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“电磁涡流刹车”或“能耗制动装置”了。当需要钻具2停止运动时，利用“液压盘式刹车”制动。可调节流阀12的开口大小取决于钻机下钻时钻具2重量的大小，钻具2越重，可调节流阀12开口调得越小，反之，可调节流阀12开口则调大。

在钻机进行“起钻”作业时，操作离合器8，使得钻机绞车滚筒7的轴与齿轮增速器9脱开连接，本实用新型的装置不影响钻机正常的起钻作业。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型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)

1.一种石油钻机下钻动能回收及利用装置，钻头与钻具固定连接，钻机绞车滚筒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，其特征在于，该装置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压缩机，压缩机的排气口经可调节流阀与高压储气罐相通，压缩机排出的气体储存在高压储气罐内，高压储气罐经过调压阀、单向阀与石油钻机原配的气源装置的电动压缩机相并联，高压储气罐内的压缩空气经调压阀适当降压后，经钻机原配的空气净化系统净化处理后储存在钻机原配的低压储气罐中，为钻机的气压控制系统、气动辅助系统提供气源；低压储气罐上设置有压力继电器，用以控制钻机原配电动压缩机的启、停。