[发明专利]一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置及其动力提供方法

说明书

技术领域

本发明属于石油井修领域，尤其是涉及一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置及其动力提供方法。

背景技术

现有的修井机分为两部分，一种采用的是燃油机械传动修井机，一种是电容储能式电驱动修井机。

电容储能式电驱动修井机依靠电源(即用外界电网/底盘发电机)和电容储能元件驱动后端电动机带动滚筒转动。取代原有单纯底盘取力的机械传动进而带动滚筒转动，针对燃油机械传动修井机来说功率输出有很大提高。

但电容式储能式电驱动修井机仍有很多不足：1、其充放电次数有限(即使用寿命有限)；2、放电效率低；3、可靠性相对较低；4、尺寸重量及有效存储能量低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置，以解决提供工作效率的同时，增加使用寿命的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置，包括电力驱动机构、滚筒和井架单元；

所述电力驱动机构包括电源、控制系统、飞轮储能单元和电机；

所述电机为滚筒提供转动动力，所述井架单元中包括大钩，所述大钩通过滚筒转动而发生位移，所述滚筒和井架单元均安装在修井机上；

所述控制系统中包括整流单元和逆变单元；

所述电源与电机之间依次通过整流单元和逆变单元而连接；

而所述电源通过所述整流单元与飞轮储能单元中的储能飞轮电连接。

进一步的，所述飞轮储能单元中包括双向逆变器，所述储能飞轮通过双向逆变器分别与整流单元和逆变单元电连接。

进一步的，所述井架单元还包括液压缸、竖直设置在修井机底盘上的直立塔架和折叠在修井机底盘上的井架，所述大钩安装在井架上，所述液压缸一端铰接于修井机底盘，另一端铰接于井架的下部；

所述修井机底盘上设有修井机安装底板，所述修井机安装底板与水平面平行，且所述修井机安装底板上设有井架支撑架，所述井架抵接于井架支撑架上，所述修井机安装底板上还设有吊耳，所述液压缸与吊耳固定连接。

进一步的，所述电源为井场电网三相电源和安装在修井机上的发电机。

进一步的，所述发动机与一取力器连接，所述取力器通过传动轴驱动发电机。

进一步的，所述控制系统还包括检测电机实际输入功率的检测模块。

进一步的，所述电机内包括用于刹车的刹车装置。

相对于现有技术，本发明所述的一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置具有以下优势：

(1)本发明所述的电源、控制系统、飞轮储能单元和电机可以通过相互之间的配合使得本装置在修井时既能减少功耗又提高了工作效率；

另外，在安全系数方面：因为使用的是飞轮储能的方式，故而因其自身是真空密封模式，所以可避免出现故障损坏的情况；

在使用寿命方面：储能飞轮可连续运行20年；

在使用效率方面：储能飞轮采用成熟的逆变器放电的模式运行，故而整体效率在98％以上，那么在小功率电源供电情况下此种整体工作效率就显得尤为重要；

在可靠性方面：储能飞轮在使用温度、防护等级、防碰撞、穿刺、防爆、海拔高度要求和对环境的污染等方面都有明显优势。

(2)本发明所述的储能飞轮和电源均能为电机提供运行动力，因此保障了系统的稳定性和适应性，而电源包括发电机和井场电网三相电源这两种，那么就可根据现场情况适当选择使用其中一种动力源，保证了装置的实时运行。

本发明的另一目的在于提出一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置的动力提供方法，以解决根据情况为修井装置精确提供动力需要的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种飞轮储能式电驱动修井/钻井装置的动力提供方法，其具体步骤包括：

第一步，控制系统判断是否需要电源输出电力，当需要电源输出电力则进行第二步；

第二步，控制系统控制电源通过整流单元和逆变单元为电机提供动力；同时电源通过整流单元和双向逆变器驱动储能飞轮储能；

第三步，控制系统还通过检测模块检测电流经过逆变单元后提供给电机的输入功率；

第四步，当电机的输入功率小于电源提供的功率时则继续第二步的供电模式，否则进入第五步；

第五步，储能飞轮停止储能并通过双向逆变器为逆变单元提供电能，该电能通过逆变单元与电源一起为电机提供运行动力，与此同时持续执行第二步的检测。