液压储能车载钻修机的应急和功率补偿系统和方法

技术领域

本发明涉及一种液压储能车载钻修机的应急和功率补偿系统和方法，属于石油钻探开发技术领域。

背景技术

车载钻修机是用于钻井和修井的一种专业化石油勘探装备，主要用于钻杆、油管、抽油杆的提升下发，井筒修复、开窗等大小修作业。目前车载钻修机多使用柴油机作为动力源，效率低、环境污染严重。随着石油勘探开发的深入发展，目前很多钻井井位深入居民区、商业区和农田等人员密集区域，传统车载钻修机噪声大的问题也不容忽视。

钻修机作业工况特殊，在完整的提升、下放作业过程中，提升作业为耗能阶段，下放钻具阶段为做功阶段。尤其是下发作业过程中，钻修机连续下放钻具，柴油机长期处于空载阶段，燃油浪费较多，柴油机空载运行也导致柴油机中燃油不完全燃烧现象十分严重，排放污染高。

车载钻修机处理的是井下钻具，要求钻修机必须连续运行，如果传统的柴油机发生故障后不能得到及时解决，可能会带来钻具掉落、井筒塌陷等井下事故，处理不得当甚至会导致井位废弃、井喷等严重事故。

传统修井机绞车使用液压盘刹和气动水冷辅助刹车，液压盘刹有单独的液压站，水冷辅助刹车需要额外的散热系统和冷却水罐，整机系统复杂。

基于当前车载钻修机存在的问题，需要开发一种适用当前钻井勘探开发的新型车载钻修机。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种液压储能车载钻修机的应急和功率补偿系统和方法，其具体技术方案如下：

液压储能车载钻修机的应急和功率补偿系统，包括车载底盘和集成在车载底盘上的井架、配电箱、液压站、蓄能单元、主电机、齿轮传动箱、独立空压机、补油泵、主液压马达、绞车、液压盘刹、风冷散热器、电控单元和主操作台，所述车载底盘下方设置有运输单元，运输单元即车轮系统，用于车辆行走；

井架下放的下端设置有钻机；

所述运输单元使用柴油机作为动力源；

配电箱从井场变压器取电；

蓄能单元储存液压能供给液压站，液压站用于为绞车和井架提供动力；

所述绞车使用主电机作为主动力，蓄能单元的液压能作为辅助动力；

齿轮传动箱为单输入双输出结构，分别为绞车和补油泵提供动力，

独立空压机用市电工作；

主液压马达驱动的风冷散热器散热；

液压盘刹为绞车的主刹车，液压马达刹车为绞车的辅助刹车；

电控单元用于检测绞车速度，控制电机转速和扭矩，进而实现电机和主液压油泵的同步；

主操作台用于控制主电机、主液压马达和液压盘刹，为整机的控制中心。

进一步的，所述主电机输出轴连接齿轮传动箱，齿轮传动箱一端通过链传动机构驱动绞车，另一端设置气控离合装置Ⅰ，气控离合装置Ⅰ外端设置补油泵补油泵；钻机反向拖动及蓄能器压力不足时，补油泵启动，为蓄能器补充能量；

进一步的，所述绞车的两端分别设置有气控离合装置Ⅱ，所述链传动机构位于气控离合装置Ⅱ的外侧，所述绞车的另一端设置有主液压马达，所述主液压马达位于气控离合装置Ⅱ的外侧，

所述主液压马达由蓄能单元提供动力。

进一步的，所述蓄能单元包括6-8个大功率液压蓄能器。

一种液压储能车载钻修机的应急和功率补偿方法，包括以下步骤：

使用电机和主液压马达双动力作业模式，液压马达兼做应急动力源，液压马达由蓄能单元或者外接动力源驱动；作业过程中，钻具下发的动能转化为蓄能单元的液压能，提升作业时，蓄能单元共同做功，减少所需电机的额定功率；

钻机处于提升钻具工况时，气控离合装置Ⅰ脱开，气控离合装置Ⅱ挂合，电机和主马达驱动绞车提升；

钻机处于下放钻具工况时，气控离合装置Ⅰ挂合，气控离合装置Ⅱ挂合，绞车反向拖动主液压马达带动补油泵，补油泵消耗绞车动能，补油泵辅助起到刹车减速作用，同时补油泵为蓄能装置充能。

本发明的有益效果是：

（1）车载钻修机动力源使用电机驱动的主液压马达作为主动力，能量利用率高，作业过程无尾气排放、无噪声，解决环保问题，居民区内、商业区等人员密集区域内也可正常作业。

（2）配套大功率液压储能装置，下放钻具时液压储能装置集聚能量，当提升钻具时，液压储能装置和主电机同时工作，液压储能装置作为主电机的功率补充装置，可显著降低主电机的功率，使主电机功率和井场变压器匹配。

（3）配套大功率液压储能装置，可显著降低能量消耗，尤其时连续下放钻具时，主电机的电能消耗可降低50-80%。

（4）车载钻修机绞车使用液压马达刹车和液压盘刹构成，其中液压盘刹为绞车主刹车，液压马达刹车为绞车辅助刹车，同常规钻井绞车相比，无需水冷辅助刹车、冷却水罐，也不需单独的液压盘刹动力站，整机重量、体积显著降低，钻修机机动性显著提升。

（5）配套的大功率液压储能装置可作为电机损坏情况下的应急动力，用于将钻具下放至井口；

（6）配套的液压动力站预留外接液压源接口，当电机损坏且长时间无法维修时，可接通独立液压站，使用液压站提升下放钻具，彻底解决应急问题。

附图说明

图1是本发明的侧视图，

图2是本发明的俯视图，

图中：1—底盘，2—井架，3—配电箱，4—液压站，5—蓄能单元，6—主电机，7—传动箱，8—独立空压机，9—补油泵，10—主液压马达，11—绞车，12—液压盘刹，13—风冷散热器，14—电控单元，15—主操作台，16—气控离合装置Ⅰ，17—气控离合装置Ⅱ。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的液压储能车载钻修机的应急和功率补偿系统，包括车载底盘1和集成在车载底盘1上的井架2、配电箱3、液压站4、蓄能单元5、主电机6、齿轮传动箱7、独立空压机8、补油泵9、主液压马达10、绞车11、液压盘刹12、风冷散热器13、电控单元14和主操作台15，所述车载底盘1下方设置有运输单元，运输单元即车轮系统，用于车辆行走，图中是以8*8轮系为例展示。

本发明工作时，运输单元使用柴油机作为动力源，行走到工作指定地点，下放车载底盘1底部的地面支撑脚，确保车载系统平稳。配电箱从井场变压器取电。气缸将井架旋转升起，钻机竖直向下对准待钻井的位置，井架2下放下端设置的钻机。液压站用于为绞车和井架提供动力，蓄能单元5储存液压能供给液压站。

所述绞车11使用主电机6作为主动力，蓄能单元5的液压能作为辅助动力。绞车11的两端分别设置有气控离合装置Ⅱ17，所述链传动机构位于气控离合装置Ⅱ17的外侧，所述绞车11的另一端设置有主液压马达10，所述主液压马达10位于气控离合装置Ⅱ17的外侧，所述主液压马达10由蓄能单元5提供动力。

主电机6输出轴连接齿轮传动箱7，齿轮传动箱为单输入双输出结构，分别为绞车和补油泵提供动力。齿轮传动箱7一端通过链传动机构驱动绞车11，另一端设置气控离合装置Ⅰ16，气控离合装置Ⅰ16外端设置补油泵9补油泵9；钻机反向拖动及蓄能器压力不足时，补油泵启动，为蓄能器补充能量。

独立空压机8连接现场的市电工作。

主液压马达驱动的风冷散热器散热。

液压盘刹为绞车的主刹车，液压马达刹车为绞车的辅助刹车；

电控单元用于检测绞车速度，控制电机转速和扭矩，进而实现电机和主液压油泵的同步；

主操作台用于控制主电机、主液压马达和液压盘刹，为整机的控制中心。

蓄能单元包括6-8个大功率液压蓄能器。

一种液压储能车载钻修机的应急和功率补偿方法，包括以下步骤：

使用电机和主液压马达双动力作业模式，液压马达兼做应急动力源，液压马达由蓄能单元或者外接动力源驱动；作业过程中，钻具下发的动能转化为蓄能单元的液压能，提升作业时，蓄能单元共同做功，减少所需电机的额定功率；

钻机处于提升钻具工况时，气控离合装置Ⅰ16脱开，气控离合装置Ⅱ(17)挂合，电机和主马达驱动绞车提升；

钻机处于下放钻具工况时，气控离合装置Ⅰ16挂合，气控离合装置Ⅱ(17)挂合，绞车反向拖动主液压马达10带动补油泵，补油泵消耗绞车动能，补油泵辅助起到刹车减速作用，同时补油泵为蓄能装置充能。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。