[实用新型]一种基于超级电容的修井机储能系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工程的储能技术领域，具体是一种基于超级电容的修井机储能系统。

背景技术

在石油钻井工程领域，修井机作业方式可归纳为三大类：

（1）起下作业：如油管、抽油杆、深井泵等井下作业设备及工具的起下，以及抽汲、捞砂、机械清蜡的起下等；

（2）旋转作业：如钻水泥塞，钻砂堵，以及扩孔、重钻、加深和修补套管等；

（3）液体循环作业：如冲砂、热洗、挤水泥及循环泥浆等旋转作业。

完成上述作业的设备，基本上分为起下设备（如通井机、轻型修井机等）；配有起升设备、旋转设备和循环设备的中型、重型修井机和冲洗设备等。其中大部分修井作业内容依靠修井机即可完成。修井机是石油开采系统中的重要组成部分，钻具提升时，外部动力如柴油发动机向绞车提升电机提供动力，电机带动滚筒旋转，提升钻具；钻具下放时，通过盘刹或再生制动使钻具以低速下放。

目前修井机的动力来源主要是柴油发电机，只有极个别公司生产其他动力来源（如交流发电机、电网）的修井机。采用柴油机作为动力的修井机，行驶和作业共用一套动力系统，多采用车载柴油机+液力传动箱，大吨位修井机采用双机并车，以保证较大的输出动力；小吨位修井机有底盘柴油机全功率取力，配液力变矩器和机械变速箱或纯机械变速箱的方案。控制系统采用传统的液、气、电控方式。

以车载柴油发动机为动力，存在如下问题：（1）污染严重，以XJ900型修井机为例，排污5吨/年以上，柴油燃烧会产生大量的有害气体，造成环境污染；（2）使用、维护费用高，3-5万元/年；（3）工作效率低，工作方式落后，柴油机空载时间为运转时间的3倍以上；（4）成本高，根据实际生产情况，满负荷工作时，一台修井机每天需要大约200L柴油，按当前柴油价格6元/L计算，需要1200元/天；而采用电力修井机，满负荷工作时，一台修井机每天需要大约800度电，按当前工业用电价格1元/度计算，需要800元/天，与柴油修井机相比，运行成本降低三分之一左右。

因此，采用柴油机作为动力来源既不符合国家节能降耗的产业政策，也不符合环境保护的要求。随着国家对节能减排的标准要求提高，传统柴油式修井机需进行技术升级换代。新型变频调速的车载电动修井机势必会取代传统柴油为动力作业的修井机。而井场电网多处于偏远地区，一般仅能提供三相1140V、功率大约为50kW的电源。而绞车电机功率为三相400V、110kW，导致修井机工作时电网功率不足，速度达不到额定值，影响钻井效率。

在将几十吨的钻具反复上提、下放几十米深的过程中，能量消耗巨大，尤其是在游吊系统下放过程中刹车制动消耗的能量以热能形式损失，造成了极大的能源浪费，再加上柴油发电机组有相当长的一端时间处于空载状态，严重影响柴油机的燃油经济性和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超级电容的修井机储能系统，基于超级电容将修井机在起降过程中产生的能量回收利用，同时使用离线能源对井场电网并网发电，补充偏远地区的井场电网电能。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超级电容的修井机储能系统，它包括离线电源、第一逆变器、发电机组、整流器、第二逆变器、电机、制动系统、制动电阻、直流变换器、超级电容和DSP控制器，所述离线电源的第一输出端与第一逆变器的输入端连接，所述第一逆变器的交流输出端通过井场电网与发电机组的输入端连接，所述发电机组的输出端与整流器的交流输入端连接，所述整流器的第一直流输出端与第二逆变器的输入端连接，所述第二逆变器的交流输出端与电机的输入端连接，所述第二逆变器的控制端与所述的DSP控制器的电机驱动控制端口连接，所述的制动系统连接在所述整流器和第二逆变器之间的直流母线上，所述的制动电阻与制动系统连接，所述整流器的第二直流输出端与直流变换器的第一输入端连接，所述直流变换器的第二输入端与离线电源的第二输出端连接，所述直流变换器的输入输出端与超级电容模组的充放电端口连接，所述直流变换器的控制端口与所述DSP控制器的控制端口连接，所述的超级电容模组的电量信号输出端与所述DSP控制器的检测信号数据输入端连接。

所述的离线电源为风力发电系统，所述的风力发电系统包括风力发电机组，所述的风力发电机组的第一输出端与第一逆变器的输入端连接，所述风力发电机组的第二输出端与直流变换器的第二输入端连接。