CN117738600A - 一种能量回收式增程液压网电修井机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田修井领域，特别涉及一种能量回收式增程液压网电修井机及使用方法。其技术方案是：在行走底盘上安装增程动力源模块、网电动力源模块、液压能量存储模块、液压能量转换模块，增程动力源模块包括第一液压泵和柴油发动机，网电动力源模块包括电动机和第二液压泵，液压能量存储模块包括蓄能器组和控制阀组，控制阀组分别与第一液压泵、第二液压泵和液压能量转换模块通过高压软管连接。有益效果是：本发明通过增程动力源模块、网电动力源模块驱动，利用液压储能的原理工作，还可以回收能量并储存实现增程；在起管杆作业过程蓄能器组释放液压油，推动柱塞式液压泵马达旋转做功进而带动修井机滚筒机构工作，完成大负载的起管杆作业。

Description

一种能量回收式增程液压网电修井机及使用方法

技术领域

本发明涉及油田修井领域，特别涉及一种能量回收式增程液压网电修井机及使用方法。

背景技术

在石油工业中，油田修井作业主要是针对油水井出现的各种故障或产油比例低等问题，对油井进行的检查和维修等工作。在修井作业过程中的起下油管杆过程占比很大，在起下油管杆过程中，修井机起吊大钩一直处于提升和下落的反复循环工况，其中提升工况时的耗能需求大，但工作时间占比很小，而在下落工况和其它辅助工作工况阶段，修井机几乎不做功，修井机处于间歇工作状态。因此造成大功率柴油发动机连续运转满足间歇作业工况，无用做功占比较大。

另外，由于提升工况过程的大功耗需求，造成修井机装机功率大。因此以井场网电为动力的修井机使用范围受井场装机功率限制，无法广泛使用；而以柴油发动机为动力的传统修井机由于空做功时间长，造成极大的能耗浪费和高排放。然而，在下放管杆过程（即接单根）中，不仅不需要动力输出，还要有刹车减缓并保持管杆的下放速度，也就是说管杆串的重力势能通过摩擦生热散发出去，导致能量白白被浪费掉。而且，传统的修井机大多采用机械传动模式，动力传动线路长，传动效率低。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种能量回收式增程液压网电修井机及使用方法，本发明将传统的波峰间歇循环的功耗模式转化成了连续的低功耗做功模式，极大降低了修井机的装机功率，从而达到了节能增效的目的。

本发明提到的一种能量回收式增程液压网电修井机，其技术方案是：包括行走底盘模块，所述的行走底盘模块包括行走底盘，其中，在行走底盘上安装增程动力源模块、网电动力源模块、液压能量存储模块、液压能量转换模块，所述增程动力源模块包括第一液压泵和柴油发动机，所述柴油发动机与行走底盘固定连接，柴油发动机的输出端连接第一液压泵；所述网电动力源模块包括电动机和第二液压泵，所述电动机与行走底盘固定连接，电动机的输出端连接第二液压泵；所述液压能量存储模块包括蓄能器组和控制阀组，所述蓄能器组与行走底盘固定连接，控制阀组分别与第一液压泵、第二液压泵和液压能量转换模块通过高压软管连接。

优选的，上述的液压能量转换模块包括柱塞式液压泵马达、变速箱、链传动机构、滚筒机构、钟形罩、联轴器，所述柱塞式液压泵马达的输出端通过联轴器连接变速箱，且联轴器外侧安装钟形罩，所述变速箱与滚筒机构之间通过链传动机构连接，所述滚筒机构安装固定在行走底盘的上表面。

优选的，上述的行走底盘模块还包括支腿油缸、外井架、内井架和井架支撑座，所述支腿油缸安装于行走底盘的后端，支腿油缸的上侧安装井架支撑座，井架支撑座的上部与外井架铰接，在外井架的前端活动安装内井架，所述内井架能够轴向伸缩。

优选的，上述的行走底盘模块还包括液压油箱，所述液压油箱安装行走底盘的前端并固定连接，且所述液压油箱与第一液压泵通过液压软管连接，液压油箱与第二液压泵通过液压软管连接，液压油箱与柱塞式液压泵马达通过液压软管连接。

优选的，上述的控制阀组上分别设有第一液压泵接口、第二液压泵接口、柱塞式液压泵马达接口，通过第一液压泵接口连接第一液压泵的第一出口，通过第二液压泵接口连接第二液压泵的第二出口，柱塞式液压泵马达接口连接柱塞式液压泵马达的第三出口。

优选的，上述的增程动力源模块还包括柴油发动机中冷器、柴油发动机尾气处理部件、柴油发动机空滤，所述的柴油发动机中冷器固定连接在柴油发动机的一侧，柴油发动机的另一侧固定连接第一液压泵；所述柴油发动机的顶部安装固定柴油发动机尾气处理部件和柴油发动机空滤，且柴油发动机空滤连接在柴油发动机的进气口，柴油发动机排气口连接柴油发动机尾气处理部件。

优选的，上述的网电动力源模块还包括第二钟形罩、第二联轴器和接线口，所述电动机的输出端通过第二联轴器连接第二液压泵，所述第二联轴器的外侧安装第二钟形罩，电动机的顶部安装接线口，所述的第二液压泵的上端的第二出口与控制阀组连接，下端的第二进口与液压油箱通过液压软管连接。

本发明提到的能量回收式增程液压网电修井机的使用方法，包括以下过程：

一、起管杆的作业过程，在井内管杆柱小于1000米，且负载相对较小时，仅需网电动力源模块的电动机工作，带动第二液压泵工作将液压油储存到蓄能器组中；在起管杆时，蓄能器组中的液压油释放，与第二液压泵同时给柱塞式液压泵马达供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构进行提升作业；

二、起管杆的作业过程，在井内管杆柱大于1000米，且负载相对较大时，网电动力源模块的电动机和增程动力源模块的柴油发动机同时工作，带动第二液压泵和第一液压泵旋转将液压油储存到蓄能器组中，起管杆时，蓄能器组中的压力油释放，与第二液压泵和第一液压泵同时给柱塞式液压泵马达供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构进行提升作业；

三、下管杆的作业过程中，网电动力源模块的电动机和增程动力源模块的柴油发动机均不工作，仅回收的管杆串的重力势能就可以完成作业；由于油井内管杆串的重力势能比较大，通过作用到链传动机构上，反作用在柱塞式液压泵马达，此时柱塞式液压泵马达以泵工况工作旋转，将液压油储存到液压能量存储模块的蓄能器组中回收能量，同时给管杆串提供反阻尼使其缓速下放，此时原刹车只做辅助刹车；将原本通过刹车散热，浪费的管杆串的重力势能回收并储存起来，存储在蓄能器组中的液压油在下一次起管杆的作业过程中释放做功，达到节能目的；另外，当需要将井口的单根油管杆竖立起来以便与油井内管杆串连接时，利用回收的能量就可以完成管杆竖立的工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

一、本发明根据设备的间歇式工作特点，大部分时间处于待机耗能状态，只在执行提升动作时进行大功率输出，利用液压储能的原理，在设备处于待机状态和重物下行状态时，进行能量收集并储存在蓄能器组中，完成能量的储存过程；

二、在起管杆作业过程中，蓄能器组释放液压油，第一液压泵、第二液压泵可以同时给柱塞式液压泵马达供油，推动柱塞式液压泵马达旋转做功进而带动修井机滚筒机构工作，完成大负载的起管杆作业；另外，根据不同的使用场景，常规作业过程中不开启柴油发动机，而是由网电的电动机带动第二液压泵工作；在没有网电的井场作业，可以单独启动柴油发动机带动第一液压泵工作，确保了设备工作的可靠性；

三、在下放油管杆过程中，柱塞式液压泵马达作为液压泵模式工作，通过链传动机构给滚筒机构提供阻尼，代替原车刹车，而原刹车作为辅助，使油管杆缓速下放，同时在反阻尼的作用下，将液压油储存到蓄能器组中蓄能，即：将原本通过刹车散热，浪费的油管杆的重力势能回收并储存起来，存储在蓄能器组中的液压油在下一次起管杆的作业过程中释放做功，达到增程节能目的。

附图说明

图1是本发明的整体布置示意图；

图2是本发明的增程动力源模块的结构示意图；

图3是本发明的网电动力源模块的结构示意图；

图4是本发明的液压能量存储模块的结构示意图；

图5是本发明的液压能量转换模块的结构示意图；

图6是本发明的工作原理框图；

图7是本发明的控制阀组与各部件的管路连接示意图；

图8是本发明的工作时的整体结构示意图；

图9是本发明的工作时的另一角度的整体结构示意图；

图10是电动机动力和传统柴油机的动力对比图；

图11是增程柴油机动力和传统柴油机的动力对比图；

上图中：增程动力源模块1、网电动力源模块2、液压能量存储模块3、液压能量转换模块4、行走底盘模块5、第一液压泵101、柴油发动机102、柴油发动机中冷器103、柴油发动机尾气处理部件104、柴油发动机空滤105、电动机201、第二液压泵202、第二钟形罩203、第二联轴器204、接线口205、蓄能器组301、控制阀组302、柱塞式液压泵马达401、变速箱402、链传动机构403、滚筒机构404、钟形罩405、联轴器406、行走底盘501、支腿油缸502、外井架503、内井架504、液压油箱505、井架支撑座506、第一进口101.1、第一出口101.2、第二进口202.1、第二出口202.2、第一液压泵接口302.1、第二液压泵接口302.2、柱塞式液压泵马达接口302.3、第三进口401.1、第三出口401.2。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照图1-图11，本发明提到的一种能量回收式增程液压网电修井机，包括行走底盘模块5，所述的行走底盘模块5包括行走底盘501，其中，在行走底盘501上安装增程动力源模块1、网电动力源模块2、液压能量存储模块3、液压能量转换模块4，所述增程动力源模块1包括第一液压泵101和柴油发动机102，所述柴油发动机102与行走底盘501固定连接，柴油发动机102的输出端连接第一液压泵101；所述网电动力源模块2包括电动机201和第二液压泵202，所述电动机201与行走底盘501固定连接，电动机201的输出端连接第二液压泵202；所述液压能量存储模块3包括蓄能器组301和控制阀组302，所述蓄能器组301与行走底盘501固定连接，控制阀组302分别与第一液压泵101、第二液压泵202和液压能量转换模块4通过高压软管连接。

参照图5，本发明提到的液压能量转换模块4包括柱塞式液压泵马达401、变速箱402、链传动机构403、滚筒机构404、钟形罩405、联轴器406，所述柱塞式液压泵马达401的输出端通过联轴器406连接变速箱402，且联轴器406外侧安装钟形罩405，所述变速箱402与滚筒机构404之间通过链传动机构403连接，所述滚筒机构404安装固定在行走底盘501的上表面。另外，所述柱塞式液压泵马达401上设有第三进口401.1和第三出口401.2。

参照图1，本发明提到的行走底盘模块5还包括支腿油缸502、外井架503、内井架504和井架支撑座506，所述支腿油缸502安装于行走底盘501的后端，支腿油缸502的上侧安装井架支撑座506，井架支撑座506的上部与外井架503铰接，在外井架503的前端活动安装内井架504，所述内井架504能够轴向伸缩。

另外，本发明提到的行走底盘模块5还包括液压油箱505，所述液压油箱505安装行走底盘501的前端并固定连接，且所述液压油箱505与第一液压泵101的第一进口101.1通过液压软管连接，液压油箱505与第二液压泵202的第二进口202.1通过液压软管连接，液压油箱505与柱塞式液压泵马达401的第三进口401.1通过液压软管连接。

参照图7，本发明提到的控制阀组302上分别设有第一液压泵接口302.1、第二液压泵接口302.2、柱塞式液压泵马达接口302.3，通过第一液压泵接口302.1连接第一液压泵101的第一出口101.2，通过第二液压泵接口302.2连接第二液压泵202的第二出口202.2，柱塞式液压泵马达接口302.3连接柱塞式液压泵马达401的第三出口401.2，并采用高压软管连接。

参照图2，本发明提到的增程动力源模块1还包括柴油发动机中冷器103、柴油发动机尾气处理部件104、柴油发动机空滤105，所述的柴油发动机中冷器103固定连接在柴油发动机102的一侧，柴油发动机102的另一侧固定连接第一液压泵101，第一液压泵101上设有第一进口101.1和第一出口101.2，通过第一出口101.2连接到控制阀组302；所述柴油发动机102的顶部安装固定柴油发动机尾气处理部件104和柴油发动机空滤105，且柴油发动机空滤105连接在柴油发动机102的进气口，柴油发动机102排气口连接柴油发动机尾气处理部件104。

参照图3，本发明提到的网电动力源模块2还包括第二钟形罩203、第二联轴器204和接线口205，所述电动机201的输出端通过第二联轴器204连接第二液压泵202，所述第二联轴器204的外侧安装第二钟形罩203，电动机201的顶部安装接线口205，所述的第二液压泵202的上端的第二出口202.2与控制阀组302连接，下端的第二进口202.1与液压油箱505通过液压软管连接。

本发明在部件布局方面，采用液压传动连接形式，各个模块布置紧凑，占用空间小，位置灵活，抗震效果更好，稳定性更强。

本发明的能量回收、储存及使用过程是：

①设备处于待机状态时的能量储存过程：动力源做功产生的液压油，压缩到蓄能器组301中进行储存；②重物向下行走时，在重力的作用下，柱塞式液压泵马达401被动做功，将重力势能转变成液压能储存到储能器组301中，这样既控制了下行速度，又回收并储存了大量的能量，在需要的时候释放利用；③在提升重物的阶段，系统调动储能器组301的液压油进行压力释放，与动力源共同做功，形成一个很大的合力，以确保完成全部举升过程。通过以上做功方式，将传统的波峰间歇循环的功耗模式转化成了连续的低功耗做功模式，极大降低了修井机的装机功率，从而达到了节能增效的目的。本发明可以在各井场广泛使用，从而大幅降低修井作业成本。

本发明提到的能量回收式增程液压网电修井机的使用方法，包括以下过程：

一、起管杆的作业过程，在井内管杆柱小于1000米，且负载相对较小时，仅需网电动力源模块2的电动机201工作，带动第二液压泵202工作将液压油储存到蓄能器组301中；在起管杆时，蓄能器组301中的液压油释放，与第二液压泵202同时给柱塞式液压泵马达401供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构404进行提升作业；

二、起管杆的作业过程，在井内管杆柱大于1000米，且负载相对较大时，网电动力源模块2的电动机201和增程动力源模块1的柴油发动机102同时工作，带动第二液压泵202和第一液压泵101旋转将液压油储存到蓄能器组301中，起管杆时，蓄能器组301中的压力油释放，与第二液压泵202和第一液压泵101同时给柱塞式液压泵马达401供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构404进行提升作业；

三、下管杆的作业过程中，网电动力源模块2的电动机201和增程动力源模块1的柴油发动机102均不工作，仅回收的管杆串的重力势能就可以完成作业；由于油井内管杆串的重力势能比较大，通过作用到链传动机构403上，反作用在柱塞式液压泵马达401，此时柱塞式液压泵马达401以泵工况工作旋转，将液压油储存到液压能量存储模块3的蓄能器组301中回收能量，同时给管杆串提供反阻尼使其缓速下放，此时原刹车只做辅助刹车；将原本通过刹车散热，浪费的管杆串的重力势能回收并储存起来，存储在蓄能器组301中的液压油在下一次起管杆的作业过程中释放做功，达到节能目的；另外，当需要将井口的单根油管杆竖立起来以便与油井内管杆串连接时，利用回收的能量就可以完成管杆竖立的工作。

另外，在有网电的井场作业时，网电的电动机201优先启动，柴油发动机102的动力作为增程补充，达到节能、减排、降噪的目的。

也就是说常规作业过程中不开启柴油发动机102，而是由网电的电动机201带动液压泵202工作，将压力油储存到蓄能器组301中，起管杆作业工况时，蓄能器组301中的压力油释放，与液压泵202同时给柱塞式液压泵马达401供油使其旋转，进而带动修井机滚筒机构404进行提升作业；参照附图10，可以看出电动机动力和传统柴油机的动力对比图；

在没有网电的井场作业，可以单独启动增程柴油发动机102，柴油机发动机102做功将压力油储存到蓄能器组301中，起管杆作业工况时，蓄能器组301中的压力油释放，与液压泵101同时给柱塞式液压泵-马达401供油使其旋转，进而带动修井机滚筒机构404进行提升作业，参照附图11，可以看出增程柴油机动力和传统柴油机的动力对比图。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种能量回收式增程液压网电修井机，包括行走底盘模块（5），所述的行走底盘模块（5）包括行走底盘（501），其特征是：在行走底盘（501）上安装增程动力源模块（1）、网电动力源模块（2）、液压能量存储模块（3）、液压能量转换模块（4），所述增程动力源模块（1）包括第一液压泵（101）和柴油发动机（102），所述柴油发动机（102）与行走底盘（501）固定连接，柴油发动机（102）的输出端连接第一液压泵（101）；所述网电动力源模块（2）包括电动机（201）和第二液压泵（202），所述电动机（201）与行走底盘（501）固定连接，电动机（201）的输出端连接第二液压泵（202）；所述液压能量存储模块（3）包括蓄能器组（301）和控制阀组（302），所述蓄能器组（301）与行走底盘（501）固定连接，控制阀组（302）分别与第一液压泵（101）、第二液压泵（202）和液压能量转换模块（4）通过高压软管连接；

所述的液压能量转换模块（4）包括柱塞式液压泵马达（401）、变速箱（402）、链传动机构（403）、滚筒机构（404）、钟形罩（405）、联轴器（406），所述柱塞式液压泵马达（401）的输出端通过联轴器（406）连接变速箱（402），且联轴器（406）外侧安装钟形罩（405），所述变速箱（402）与滚筒机构（404）之间通过链传动机构（403）连接，所述滚筒机构（404）安装固定在行走底盘（501）的上表面。

2.根据权利要求1所述的能量回收式增程液压网电修井机，其特征是：所述的行走底盘模块（5）还包括支腿油缸（502）、外井架（503）、内井架（504）和井架支撑座（506），所述支腿油缸（502）安装于行走底盘（501）的后端，支腿油缸（502）的上侧安装井架支撑座（506），井架支撑座（506）的上部与外井架（503）铰接，在外井架（503）的前端活动安装内井架（504），所述内井架（504）能够轴向伸缩。

3.根据权利要求2所述的能量回收式增程液压网电修井机，其特征是：所述的行走底盘模块（5）还包括液压油箱（505），所述液压油箱（505）安装行走底盘（501）的前端并固定连接，且所述液压油箱（505）与第一液压泵（101）通过液压软管连接，液压油箱（505）与第二液压泵（202）通过液压软管连接，液压油箱（505）与柱塞式液压泵马达（401）通过液压软管连接。

4.根据权利要求3所述的能量回收式增程液压网电修井机，其特征是：所述的控制阀组（302）上分别设有第一液压泵接口（302.1）、第二液压泵接口（302.2）、柱塞式液压泵马达接口（302.3），通过第一液压泵接口（302.1）连接第一液压泵（101）的第一出口（101.2），通过第二液压泵接口（302.2）连接第二液压泵（202）的第二出口（202.2），柱塞式液压泵马达接口（302.3）连接柱塞式液压泵马达（401）的第三出口（401.2）。

5.根据权利要求4所述的能量回收式增程液压网电修井机，其特征是：所述的增程动力源模块（1）还包括柴油发动机中冷器（103）、柴油发动机尾气处理部件（104）、柴油发动机空滤（105），所述的柴油发动机中冷器（103）固定连接在柴油发动机（102）的一侧，柴油发动机（102）的另一侧固定连接第一液压泵（101）；所述柴油发动机（102）的顶部安装固定柴油发动机尾气处理部件（104）和柴油发动机空滤（105），且柴油发动机空滤（105）连接在柴油发动机（102）的进气口，柴油发动机（102）排气口连接柴油发动机尾气处理部件（104）。

6.根据权利要求5所述的能量回收式增程液压网电修井机，其特征是：所述的网电动力源模块（2）还包括第二钟形罩（203）、第二联轴器（204）和接线口（205），所述电动机（201）的输出端通过第二联轴器（204）连接第二液压泵（202），所述第二联轴器（204）的外侧安装第二钟形罩（203），电动机（201）的顶部安装接线口（205），所述的第二液压泵（202）的上端的第二出口（202.2）与控制阀组（302）连接，下端的第二进口（202.1）与液压油箱（505）通过液压软管连接。

7.根据权利要求6所述的能量回收式增程液压网电修井机的使用方法，其特征是：包括以下过程：

一、起管杆的作业过程，在井内管杆柱小于1000米，且负载相对较小时，仅需网电动力源模块（2）的电动机（201）工作，带动第二液压泵（202）工作将液压油储存到蓄能器组（301）中；在起管杆时，蓄能器组（301）中的液压油释放，与第二液压泵（202）同时给柱塞式液压泵马达（401）供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构（404）进行提升作业；

二、起管杆的作业过程，在井内管杆柱大于1000米，且负载相对较大时，网电动力源模块（2）的电动机（201）和增程动力源模块（1）的柴油发动机（102）同时工作，带动第二液压泵（202）和第一液压泵（101）旋转将液压油储存到蓄能器组（301）中，起管杆时，蓄能器组（301）中的压力油释放，与第二液压泵（202）和第一液压泵（101）同时给柱塞式液压泵马达（401）供油使其旋转，进而带动修井机的滚筒机构（404）进行提升作业；

三、下管杆的作业过程中，网电动力源模块（2）的电动机（201）和增程动力源模块（1）的柴油发动机（102）均不工作，仅回收的管杆串的重力势能就可以完成作业；由于油井内管杆串的重力势能比较大，通过作用到链传动机构（403）上，反作用在柱塞式液压泵马达（401），此时柱塞式液压泵马达（401）以泵工况工作旋转，将液压油储存到液压能量存储模块（3）的蓄能器组（301）中回收能量，同时给管杆串提供反阻尼使其缓速下放，此时原刹车只做辅助刹车；将原本通过刹车散热，浪费的管杆串的重力势能回收并储存起来，存储在蓄能器组（301）中的液压油在下一次起管杆的作业过程中释放做功，达到节能目的；另外，当需要将井口的单根油管杆竖立起来以便与油井内管杆串连接时，利用回收的能量就可以完成管杆竖立的工作。