一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置製造方法
2023-12-01 15:07:51 1
一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置製造方法
【專利摘要】一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置，鑽頭與鑽具固定連接，鑽機絞車滾筒通過鋼絲繩連接天車和遊車，遊車下方懸掛大鉤，大鉤通過吊環、吊卡懸持鑽具，該裝置在鑽機絞車滾筒軸端，通過離合器連接有一齒輪增速箱，齒輪增速箱通過聯軸器連接一臺壓縮機，壓縮機的排氣口經可調節流閥與高壓儲氣罐相通，壓縮機排出的氣體儲存在高壓儲氣罐內，高壓儲氣罐經過調壓閥、單向閥與石油鑽機原配的氣源裝置的電動壓縮機相併聯，高壓儲氣罐內的壓縮空氣經調壓閥適當降壓後，經空氣淨化系統經淨化處理後存儲在鑽機原配的低壓儲氣罐中，為鑽機的氣壓控制系統、氣動輔助系統提供氣源。低壓儲氣罐上設置有壓力繼電器，用於控制鑽機原配的電動壓縮機的啟、停。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及石油勘探、開發領域，特別涉及一種石油鑽機下鑽動能回收及利 用裝置。 一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置
【背景技術】
[0002] 在石油勘探、開發中，石油鑽機用來完成鑽井作業，井深可達數千米，甚至上萬米。 在鑽井過程中，要利用鑽具將地面的能量傳遞到連接在鑽具底部的鑽頭上，完成破碎巖石 的工作。井有多深，鑽具就有多長。鑽具通常是由高強度的鋼質管材製造，因而具有很大的 重量，鑽具越長，重量就越大。一 口井通常不可能一次鑽成，正常情況下，要經歷多次下套管 固井作業，每次下套管固井作業前，都必須將鑽具從井內提起。固井完成後，再將鑽具下入 井內，繼續鑽進。若遇到意外事故，將鑽具從井內提起、放下的次數還會增加。
[0003] 將鑽具從井內提起，靠的是石油鑽機的起升系統，起升系統由絞車、井架、天車、遊 車、鋼絲繩、大鉤等組成。鑽機絞車纏繞鋼絲繩，通過由天車、遊車、鋼絲繩組成的遊動系統 帶動大鉤上行，將鑽具一柱一柱（一柱鑽具大約27米）地提起，這一過程稱之為"起鑽"。 在起鑽過程中，絞車消耗了巨大的能量。
[0004] 當固井完成，需要繼續鑽進時，又要利用絞車將鑽具一柱一柱地放入井內，這一過 程稱之為"下鑽"。在下鑽過程中，由於鑽具的巨大重量，絞車不但不需要動力，反而要藉助 於剎車裝置來制動，以保證鑽具下放的速度在安全範圍內。
[0005] 從以上描述中可以看出，在"起鑽"過程中，絞車消耗了巨大的能量，這些能量轉化 為鑽具的勢能。在"下鑽"過程中，鑽具從地上下入井內，鑽具的勢能轉化為動能，這些動能 不但不能有效回收，而且還要利用專門的制動裝置去消耗，最終將其轉化為熱能。這些熱 能會導致溫度升高，造成設備的損傷，因而還必須用冷卻系統去散熱，增加了額外的能量消 耗。目前，最常用的制動裝置由"輔助剎車"和"主剎車"組成。最常用的輔助剎車是"電磁 渦流剎車"或"能耗制動裝置"，輔助剎車的作用是減緩鑽具的下放速度，使其處於安全範圍 內；主剎車的作用是使鑽具能夠停止運動。它們在工作時都要消耗很大的能量，尤其是"輔 助剎車"。
[0006] 對於石油鑽機下鑽動能的回收利用，人們曾經想出很多方法，但最終因回收的能 量在石油鑽機上無法存儲及有效利用，以至於至今也沒有在石油鑽機上出現。 實用新型內容
[0007] 為解決上述現有技術存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種石油鑽機下鑽 動能回收及利用裝置，本實用新型裝置，充分回收利用了石油鑽機下鑽時產生的動能，為鑽 機氣控制系統、氣動輔助系統提供氣壓能，使得鑽機的運行成本大幅降低，填補了鑽機下鑽 動能回收及利用領域的空白，由此一來，石油鑽機原來必須配備的"電磁渦流剎車"或"能耗 制動裝置"可以去掉，本實用新型可大範圍應用於石油勘探、開發領域的石油鑽機上。
[0008] 為達到上述目的，本實用新型的技術方案為：
[0009] -種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置，鑽頭與鑽具固定連接，鑽機絞車滾筒通 過鋼絲繩連接天車和遊車，遊車下方懸掛大鉤，大鉤通過吊環、吊卡懸持鑽具，其特徵在於， 該裝置在鑽機絞車滾筒軸端，通過離合器連接有一齒輪增速箱，齒輪增速箱通過聯軸器連 接一臺壓縮機，壓縮機的排氣口經可調節流閥與高壓儲氣罐相通，壓縮機排出的氣體儲存 在高壓儲氣罐內，高壓儲氣罐經過調壓閥、單向閥與石油鑽機氣源裝置的電動壓縮機相併 聯，高壓儲氣罐內的壓縮空氣經調壓閥適當降壓後，經鑽機原配的空氣淨化系統淨化處理 後存儲在鑽機原配的低壓儲氣罐內，為鑽機的氣壓控制系統、氣動輔助系統提供氣源。低壓 儲氣罐上設置有壓力繼電器，用以控制鑽機原配電動壓縮機的啟、停。
[0010] 相對於現有技術，本實用新型的有益效果為：本實用新型裝置，充分回收及利用了 石油鑽機下鑽時產生的動能，並將其轉化為氣壓能，為鑽機氣控制系統、氣動輔助系統提供 氣源，使得鑽機的運行成本大幅降低，填補了鑽機下鑽動能回收及利用領域的空白。在壓縮 機的排氣口安裝的可調節流閥，作為壓縮機的加載裝置。通過對壓縮機的加載，可以對鑽機 絞車的滾筒施加阻力矩，阻止滾筒的旋轉速度，從而阻止鑽具的下放速度。由此一來，省去 了石油鑽機原來必須配備的"電磁渦流剎車"或"能耗制動裝置"，本實用新型可大範圍應用 於石油勘探、開發領域的石油鑽機上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置的結構示意圖。
[0012] 其中，1.鑽頭；2.鑽具；3.大鉤；4.遊車；5.天車；6.鋼絲繩；7.鑽機絞車滾筒； 8. 離合器；9.齒輪增速箱；10.聯軸器；11.壓縮機；12.可調節流閥；13.高壓儲氣罐； 14.調壓閥；15.電動壓縮機；16.單向閥；17.空氣淨化系統（含散熱器、油水分離器、乾燥 器、精過濾器）；18·低壓儲氣罐；19.壓力繼電器。
[0013] 圖1中，雙點畫線所框的部分是鑽機原來配備的氣源裝置。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型技術方案做進一步詳細描述：
[0015] 如圖1所示，一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置，鑽頭1與鑽具2固定連接， 鑽機絞車滾筒7通過鋼絲繩6連接天車5和遊車4,遊車4下方懸掛大鉤3,大鉤3通過吊 環、吊卡懸持鑽具2,該裝置在鑽機絞車滾筒7的軸端，通過離合器8連接有一齒輪增速箱 9, 齒輪增速箱9通過聯軸器10連接一臺壓縮機11，壓縮機11的排氣口經可調節流閥12與 高壓儲氣罐13相通，壓縮機11排出的氣體儲存在高壓儲氣罐13內，高壓儲氣罐13經過調 壓閥14、單向閥16與石油鑽機原配氣源裝置的電動壓縮機15相併聯，高壓儲氣罐13內的 壓縮空氣通過調壓閥14適當降壓後，經鑽機原配的空氣淨化系統17淨化處理後存儲在鑽 機原配的低壓儲氣罐18內，為鑽機氣壓控制系統、氣動輔助系統提供氣源。低壓儲氣罐18 上設置有壓力繼電器19,用於控制鑽機原配電動壓縮機的啟、停。
[0016] 本實用新型的工作原理為：在鑽機絞車滾筒7的軸端，通過離合器8與齒輪增速箱 9的輸入軸相連接，齒輪增速箱9的輸出軸經聯軸器10與壓縮機11的輸入軸相連，該壓縮 機11能起到"壓縮氣體"與"輔助制動"的雙重作用。
[0017] 當鑽機"下鑽"時，鑽具2的巨大重量通過大鉤3及由遊車4、天車5和鋼絲繩6組 成的滑輪組，帶動鑽機絞車滾筒7旋轉，絞車滾筒的轉動經過離合器8、齒輪增速箱9帶動壓 縮機11快速旋轉，壓縮機11則將鑽具2下行的動能轉化為氣壓能，存儲在高壓儲氣罐13 內。
[0018] 高壓儲氣罐13經調壓閥14、單向閥16與鑽機原配的氣源裝置的電動壓縮機15相 並聯。高壓儲氣罐13內的壓縮空氣經調壓閥14適當降壓後，經鑽機原配的空氣淨化系統 17淨化處理後存儲在鑽機原配的低壓儲氣罐18中，為鑽機氣壓控制系統、氣動輔助系統提 供氣源。鑽機原配的電動壓縮機15的啟、停由安裝在低壓儲氣罐18上的壓力繼電器19控 制。若高壓儲氣罐13內的壓力足夠高時，可以保證低壓儲氣罐18內的壓力足夠，這樣，鑽 機原配的電動壓縮機15就可以不啟動；反之，電動壓縮機15將啟動，為鑽機氣壓控制系統、 氣動輔助系統補充氣壓能。
[0019] 通過調節可調節流閥12的開口大小，可以調節壓縮機11排氣口的壓力，從而調節 壓縮機11的負載。該負載產生的力矩經齒輪增速箱9放大後，對鑽機絞車滾筒7的軸施加 阻力矩，阻止鑽機絞車滾筒7的旋轉速度，從而阻止鑽具2的下放速度，其起到前述"輔助 剎車"的作用，保證鑽具2以安全的速度下行。這樣一來，鑽機就不再需要原來必須配備的 "電磁渦流剎車"或"能耗制動裝置"了。當需要鑽具2停止運動時，利用"液壓盤式剎車" 制動。可調節流閥12的開口大小取決於鑽機下鑽時鑽具2重量的大小，鑽具2越重，可調 節流閥12開口調得越小，反之，可調節流閥12開口則調大。
[0020] 在鑽機進行"起鑽"作業時，操作離合器8,使得鑽機絞車滾筒7的軸與齒輪增速器 9脫開連接，本實用新型的裝置不影響鑽機正常的起鑽作業。
[0021] 以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限 於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。 因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。
【權利要求】
1. 一種石油鑽機下鑽動能回收及利用裝置，鑽頭與鑽具固定連接，鑽機絞車滾筒通過 鋼絲繩連接天車和遊車，遊車下方懸掛大鉤，大鉤通過吊環、吊卡懸持鑽具，其特徵在於，該 裝置在鑽機絞車滾筒軸端，通過離合器連接有一齒輪增速箱，齒輪增速箱通過聯軸器連接 一臺壓縮機，壓縮機的排氣口經可調節流閥與高壓儲氣罐相通，壓縮機排出的氣體儲存在 高壓儲氣罐內，高壓儲氣罐經過調壓閥、單向閥與石油鑽機原配的氣源裝置的電動壓縮機 相併聯，高壓儲氣罐內的壓縮空氣經調壓閥適當降壓後，經鑽機原配的空氣淨化系統淨化 處理後儲存在鑽機原配的低壓儲氣罐中，為鑽機的氣壓控制系統、氣動輔助系統提供氣源； 低壓儲氣罐上設置有壓力繼電器，用以控制鑽機原配電動壓縮機的啟、停。
【文檔編號】E21B41/00GK203905906SQ201420286575
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】周秋沙, 任連城, 魏昌祥 申請人:重慶科技學院, 周秋沙