專利名稱：帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于油田施工的修井機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)。
背景技術(shù)：
修井作業(yè)是石油開發(fā)過程中必不可少的一部分，其中的主要設(shè)備是在修井作業(yè)中用于提升的修井機(jī)。修井機(jī)的主要功能是完成提升作業(yè)，包括原動機(jī)、變速系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)等，上述系統(tǒng)安裝于專用底盤車之上，組成具有高度機(jī)動性的石油專用設(shè)備。其主要作業(yè)功能是完成井內(nèi)管柱的提升與下放。目前完成修井機(jī)提升功能的常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種，一是絞車上的快繩與井架上的定滑輪組(天車)連接，帶動動滑輪組(游車)完成起升和下放。驅(qū)動絞車的原動機(jī)可以是電動機(jī)或柴油機(jī)。另一種是通過液壓泵驅(qū)動特種油缸完成起升和下放作業(yè)，驅(qū)動液壓泵的原動機(jī)可分為電動機(jī)和柴油機(jī)。在使用過程中，以柴油機(jī)作為原動力的修井機(jī)(普通修井機(jī))和以電能作為原始能源供給的修井機(jī)(電動修井機(jī)) 的能耗費用有很大的差別，電動修井機(jī)的能耗費用只占普通修井機(jī)的1/3左右。造成這個結(jié)果的原因是內(nèi)燃機(jī)的做功原理決定的，按柴油機(jī)平均熱值42MJ/kg進(jìn)行推論，柴油機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，大約只有30% 40%左右的能量換成機(jī)械能。采用電動機(jī)作為原動力， 一般情況下，80%以上的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。因此，為了降低能耗基用，減少廢氣排放，將修井機(jī)原始驅(qū)動力有柴油機(jī)改為電動機(jī)，就成為節(jié)能、減排、節(jié)支的重要途徑。但是，只采用電動機(jī)的修井機(jī)因為是以電能作為原始能源供給，最需要解決的就是電動功率與井均變壓器匹配問題。因現(xiàn)有的修井機(jī)是直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這就要求配備有較大功率的原動機(jī)，如額定負(fù)荷為40噸的修井機(jī)，其原動機(jī)配備功率需要達(dá)到200kw。這樣往往會超出變壓器的容量，但是若另匹配變壓器，將存在設(shè)備成本上升且使用不方便的缺陷。

實用新型內(nèi)容本實用新型的第一目的是提供一種帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，能夠降低能耗費用。本實用新型的第二目的是提供一種帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，可提高設(shè)備的通用化程度，降低制造成本。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)具有提升作業(yè)周期，每個提升作業(yè)周期包括純提升時間和輔助時間。修井機(jī)包括供能單元，向修井機(jī)提供能源；執(zhí)行單元，在純提升時間內(nèi)執(zhí)行修井作業(yè)中的負(fù)荷提升；在提升作業(yè)周期內(nèi)，供能單元始終保持運轉(zhuǎn)狀態(tài)；修井機(jī)還包括蓄能器，與供能單元相連接，在輔助時間內(nèi)儲存供能單元提供的能量，在純提升時間內(nèi)釋放儲存的能量；以及調(diào)速單元，設(shè)置于供能單元和執(zhí)行單元之間，控制修井機(jī)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)，并對執(zhí)行單元的提升速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。[0008]供能單元包括電動機(jī)和/或柴油機(jī)，以及與電動機(jī)和/或柴油機(jī)相連接的液壓泵。蓄能器為活塞式蓄能器或膠囊式蓄能器，與供能單元的液壓泵相連接。執(zhí)行單元包括依次相互連接的多個液缸、滑輪系統(tǒng)及游車大鉤。調(diào)速單元至少包括控制閥，控制修井機(jī)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)；以及多個換向閥，其數(shù)量與執(zhí)行單元的液缸數(shù)量相同，并且換向閥與液缸一一對應(yīng)分別相互連接以控制液缸的上升、停止或下放。調(diào)速單元還包括對液路系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和控制的溢流閥。多個液缸相互并聯(lián)。液缸為2個，2個液缸同時動作可獲得最大提升能力。2個液缸中只有一個液缸動作可獲得最大提升速度。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較具有的有益效果是1、由于增加了蓄能器，使得能量以“電動機(jī)一蓄能器一執(zhí)行機(jī)構(gòu)”的路線進(jìn)行傳遞，可以在確保作業(yè)時效的前提下，實現(xiàn)修井機(jī)系統(tǒng)的輸入功率倍增，實現(xiàn)節(jié)能、降低能耗費用50%以上。2、由于增加了蓄能器，不需要增加能源供應(yīng)，從而降低整套設(shè)備的裝機(jī)功率。3、由于降低了整套設(shè)備的裝機(jī)功率，使得僅有供電系統(tǒng)即可滿足大部分修井機(jī)的使用要求，比如在為抽油機(jī)使用而配備的井場的情況下，仍然可使用本實用新型的修井機(jī)， 這樣使得本實用新型的修井機(jī)適用范圍廣、推廣應(yīng)用前景好。本實用新型修井機(jī)通過兩個換向閥對雙液缸進(jìn)行換向控制和調(diào)速，系統(tǒng)簡單可靠；而且液缸本身通用性好、標(biāo)準(zhǔn)化水平高，可以降低整套設(shè)備的造價。本實用新型修井機(jī)的能源設(shè)備既可以采用電機(jī)，也可以采用柴油機(jī)，或者以電機(jī)為主柴油機(jī)驅(qū)動液壓泵為輔，在井場滿足供電條件時采用電驅(qū)動，若井場不具備供電條件， 則采用柴油機(jī)驅(qū)動，可以使設(shè)備在實現(xiàn)節(jié)能的同時，具有更廣泛的適應(yīng)性。

圖1為本實用新型一個實施例中帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)的功能方塊圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并以具體實施方式
為例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本發(fā)明不限于所列出的具體實施方式
，只要符合本發(fā)明的精神，都應(yīng)該包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本實用新型的原理是在修井作業(yè)中提升工況需要功率最大，而在一個完整提升周期內(nèi)，純提升時間只占整個提升周期的1/4 1/3。基于以上特點，本實用新型采用液壓蓄能技術(shù)，增加了蓄能機(jī)構(gòu)，可以將修井機(jī)的動力傳動路徑變?yōu)殡姍C(jī)一蓄能器一執(zhí)行機(jī)構(gòu)。整個提升周期內(nèi)不實施提升作業(yè)的2/3 3/4的時間內(nèi)，利用相對較小的電機(jī)向蓄能器提供能量，通過蓄能器向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供能量；而在占整個提升周期的1/4 1/3的純提升時間內(nèi)，由于蓄能器中已儲存了滿足大負(fù)荷、高速提升需要的能量，釋放蓄能器中的能量就可以實現(xiàn)對井中重物的高速提升。這樣本實用新型的修井機(jī)即可實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和功率倍增，滿足作業(yè)時效的需要。如圖1為本實用新型一個實施例中帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)的功能方塊圖，本實用新型的帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)主要包括以下幾大單元供能單元100，向整個修井機(jī)提供能源，在圖1所示的實施例中供能單元100包括電機(jī)101和液壓泵102，電機(jī)101連接到井場供電系統(tǒng)中從而提供原始驅(qū)動力，由電機(jī)101 帶動液壓泵102。在其他實施例中，也可以將電機(jī)101換成柴油機(jī)，通過動力轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)柴油機(jī)對液壓泵102的驅(qū)動，這樣做雖然沒有電機(jī)節(jié)能，但是也可以顯著降低裝機(jī)功率要求，實現(xiàn)降低能耗的目的。在另外的實施例中，還可以使修井機(jī)的原動機(jī)以電機(jī)為主，柴油機(jī)驅(qū)動液壓泵為輔，在井場滿足供電條件時采用電驅(qū)動，若井場不具備供電條件，則采用柴油機(jī)驅(qū)動，可以使設(shè)備在實現(xiàn)節(jié)能的同時，具有更廣泛的適應(yīng)性。蓄能器200，該裝置為本實用新型首創(chuàng)，因為在一個完整提升作業(yè)周期內(nèi)，純提升時間只占整個提升周期的1/4 1/3，蓄能器的作用是在提升周期中的排放管柱、上卸扣等輔助時間內(nèi)，利用電機(jī)101帶動液壓泵不停地向蓄能器中儲存能量。其技術(shù)配套要求是蓄能器的最大壓力與系統(tǒng)最高壓力相適應(yīng)，在輔助作業(yè)時間內(nèi)儲存的能量可以滿足純起升作業(yè)消耗能量的80%，其結(jié)構(gòu)形式可以是活塞式，也可以是膠囊式。蓄能器200與供能單元 100的液壓泵102相連接，由液壓泵102向蓄能器200提供能量。調(diào)速單元300，調(diào)速單元300包括控制閥301、溢流閥302、換向閥303和換向閥 304，溢流閥302的作用是對液路系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和控制。其中控制閥301的作用是對修井機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行控制，使修井機(jī)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)。換向閥303的作用是控制液缸401上升、停止或下放。換向閥304的作用是控制液缸402上升、停止或下放。執(zhí)行單元400，包括液缸401和液缸402及滑輪系統(tǒng)403、游車大鉤404。液缸401 和液缸402分別與換向閥303和換向閥304相連接并受其控制。滑輪系統(tǒng)403和游車大鉤 404用于完成修井作業(yè)中的負(fù)荷提升。通過液缸401和液缸402的并聯(lián)設(shè)置以及通過閥303和閥304的切換，使液缸401 和液缸402既可單獨動作，也可以同時動作，實現(xiàn)滑輪系統(tǒng)403和游車大鉤404的調(diào)速。例如，若只有液缸401動作時，可獲得最大提升速度，若液缸401和液缸402同時動作時，可獲得最大提升能力，液缸402動作時適用于中等負(fù)荷提升。液缸的具體尺寸依據(jù)修井機(jī)提升負(fù)荷和系統(tǒng)工作壓力確定。在本實用新型的其他實施例中，還可以采用更多個液缸并聯(lián)，以更加精確地實現(xiàn)多檔調(diào)速。液缸的數(shù)量應(yīng)該與調(diào)速單元300中的換向閥數(shù)量相同，并且換向閥與液缸一一對應(yīng)分別相互連接。采用雙液缸或多液缸的目的在于不增加電機(jī)功率的前提下，方便地調(diào)速以滿足作業(yè)要求。與傳統(tǒng)技術(shù)中采用組合液缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，本實用新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)通用性更好，制造成本更低。以下通過一個具體實施例說明本實用新型的操作原理。參見圖1。本實用新型帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)可以實現(xiàn)高速檔和低速檔兩種操作。為了控制方便、可靠，高速檔或低速檔操作只分別啟動雙液缸的其中一個液缸。對于高速檔操作控制閥301切換到右位，換向閥303切換到中位，此時液缸401處于
5靜止?fàn)顟B(tài)。換向閥304切換到左位，向液缸402的下腔供油，推動液缸402的活塞桿上行，帶動游車大鉤404以兩倍于液缸402活塞桿的速度向上運動，完成快速提升。在其它控制閥位置不變的情況下，只是將換向閥304切換到右位，液缸402下腔的液壓油可以流回油箱， 在重力的作用下，完成游車大鉤404下放。對于低速檔操作控制閥301切換到右位，先將換向閥304切換到左位，使液缸 402的活塞桿處于高位后再將換向閥304切換到中位，使液缸402的活塞桿靜止。將換向閥303切換到左位，向液缸401的上腔供油，帶動游車大鉤404上行，完成提升。在其它控制閥位置不變的情況下，將換向閥303切換到右位，液缸401上腔的液壓油可以流回油箱， 在重力的作用下實現(xiàn)游車大鉤404下放。由于此過程沒有油缸和滑輪組的倍增機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了低速檔提升。以上是在修井作業(yè)過程中，一個提升循環(huán)周期內(nèi)純提升時的高速檔或低速檔操作。在一個完整提升作業(yè)周期內(nèi)，除完成純提升作業(yè)外，還要完成卸扣、排放管柱、空鉤下放、搬吊卡等輔助作業(yè)。純提升作業(yè)與輔助作業(yè)共同組成一個完整的提升作業(yè)，即一個完整的提升作業(yè)包括提升管柱、卸扣、排放管柱、空鉤下放、搬吊卡全部內(nèi)容。在一個完整的提升作業(yè)過程中，電機(jī)101 —直保持運轉(zhuǎn)狀態(tài)，蓄能器200和液壓泵102通過控制閥301向執(zhí)行機(jī)構(gòu)供液。通過換向閥303和換向閥304實現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向控制和速度調(diào)節(jié)，通過液缸401、和液缸402不同的組合實現(xiàn)不同的速度一負(fù)荷調(diào)節(jié)。通過以上描述可知，本實用新型的修井機(jī)通過設(shè)置蓄能器，將在整個提升周期內(nèi)不實施提升作業(yè)的2/3 3/4的時間內(nèi)的電機(jī)能量儲存在蓄能器中，而等到執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行提升作業(yè)的1/4 1/3工作周期內(nèi)釋放出來，從而實現(xiàn)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率倍增，使得本實用新型在降低電動機(jī)功率配備的前提下確保作業(yè)時效，進(jìn)而以電機(jī)部分替代或全部替代柴油機(jī)，既可達(dá)到節(jié)能的目的又避免了環(huán)境污染，符合綠色環(huán)保作業(yè)的要求。另一方面，降低電動機(jī)功率還可以大幅度降低向修井機(jī)電機(jī)輸電的井均變壓器的容量要求，使得做為抽油機(jī)使用設(shè)備的井均變壓器也可以滿足修井機(jī)使用要求，提高了設(shè)備的通用化水平，顯著降低了制造成本。同時，本實用新型的修井機(jī)還采用了雙液缸高低速兩檔或更多檔的操作模式，使得在不增加電機(jī)功率的前提下，操作更加簡便精確、易于控制。應(yīng)該注意的是上述實施例是示例而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計很多替代實施例而不脫離權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求1.一種帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，具有提升作業(yè)周期，每個所述提升作業(yè)周期包括純提升時間和輔助時間，所述修井機(jī)包括供能單元，向所述修井機(jī)提供能源；以及執(zhí)行單元，在所述純提升時間內(nèi)執(zhí)行修井作業(yè)中的負(fù)荷提升；其特征是在所述提升作業(yè)周期內(nèi)，所述供能單元始終保持運轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述修井機(jī)還包括蓄能器，與所述供能單元相連接，在所述輔助時間內(nèi)儲存所述供能單元提供的能量，在所述純提升時間內(nèi)釋放儲存的能量；以及調(diào)速單元，設(shè)置于所述供能單元和所述執(zhí)行單元之間，控制所述修井機(jī)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)，并對所述執(zhí)行單元的提升速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述供能單元包括電動機(jī)和/或柴油機(jī)、以及與所述電動機(jī)和/或柴油機(jī)相連接的液壓泵。
3.如權(quán)利要求1或2所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述蓄能器為活塞式蓄能器或膠囊式蓄能器，與所述供能單元的液壓泵相連接。
4.如權(quán)利要求3所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述執(zhí)行單元包括依次相互連接的多個液缸、滑輪系統(tǒng)及游車大鉤。
5.如權(quán)利要求4所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述調(diào)速單元至少包括控制閥，控制所述修井機(jī)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)；以及多個換向閥，其數(shù)量與所述執(zhí)行單元的液缸數(shù)量相同，并且所述換向閥與所述液缸一一對應(yīng)分別相互連接以控制所述液缸的上升、停止或下放。
6.如權(quán)利要求4所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述調(diào)速單元還包括對液路系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和控制的溢流閥。
7.如權(quán)利要求5所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述多個液缸相互并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述液缸為2 個，所述2個液缸同時動作可獲得最大提升能力。
9.如權(quán)利要求7所述帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，其特征是所述2個液缸中只有一個液缸動作可獲得最大提升速度。
專利摘要一種帶有蓄能器的多液缸電動蓄能修井機(jī)，包括供能單元；執(zhí)行單元，在純提升時間內(nèi)執(zhí)行修井作業(yè)中的負(fù)荷提升；蓄能器，與供能單元相連接，在輔助時間內(nèi)儲存供能單元提供的能量，在純提升時間內(nèi)釋放儲存的能量；以及調(diào)速單元，設(shè)置于供能單元和執(zhí)行單元之間，控制修井機(jī)處于工作狀態(tài)或卸荷狀態(tài)，并對執(zhí)行單元的提升速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本實用新型的修井機(jī)在整個提升周期內(nèi)不實施提升作業(yè)的2/3～3/4的時間內(nèi)通過蓄能器儲存能量，將修井機(jī)的動力傳動路徑變?yōu)殡姍C(jī)-蓄能器-執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不需要增加額外的能源供應(yīng)，就能滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大負(fù)荷、高速提升需要，從而降低整套設(shè)備的裝機(jī)功率。
文檔編號F15B11/16GK201963219SQ20112001890
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者劉世峰, 劉煒, 史永慶, 王曉林, 王樹龍, 談獻(xiàn)英, 顧芳 申請人:中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司