[发明专利]钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置及方法

说明书

本发明公开了一种钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置及方法，该装置包括传动系统，能量转换系统和能量回收系统，其传动系统包括绞车、传动箱、中心轴、离合器、离合器；能量回收系统包括第一发电机组、第二发电机组、第三发电机组，电控系统包括超级电容、变频器。本发明通过将下放钻具时的重力势能持续进行回收，并将其转换成机械能，最终将机械能转化为电能进行利用。在进行能量回收利用时，采取发电机组第一发电机组、第二发电机组和第三发电机组分组交替工作的方式进行重力势能的回收利用，提高了能量利用效率，节约了施工成本。

技术领域

本发明涉及一种钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置，从而节约能源，降低施工成本。该技术可应用于石油钻井、地质岩心钻探、水文水井钻探施工等领域。具体地说是一种可以进行持续势能回收并利用的钻机装置及使用方法。

背景技术

在石油钻探、地质岩芯钻探、水文水井钻探过程中，钻机设备需要配备大容量的独立能源动力系统,为钻机的起升系统、泥浆循环系统、钻头回转系统等提供充足的动力。常规工作情况下能量消耗较大，但在钻杆下放过程中，需要消耗额外的能量控制下放速度，并且钻杆下方过程中的重力势能在无形中的浪费掉。虽然现有技术在对钻杆下放过程中的重力势能回收进行了研究，但仅限于持续下放时重力势能的回收，并且利用效率不高。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置，该装置在钻杆下放时进行能量转换并利用，节约钻进时的能量损耗，提高能量利用效率。

本发明的第二个目的是提供该装置的回收和利用方法。

本发明之钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置包括传动系统、能量转换系统和能量回收系统；

传动系统包括绞车、传动箱、中心轴、第一离合器和第十离合器；第一离合器位于绞车的右侧中心轴上，第一发条储能器通过绞车的右侧中心轴与绞车相连；

能量转换系统包括发第一电机组、第二发电机组、第三发电机组；第一发电机组包括第一发条储能器、第二离合器、第一变速箱、驱动器、第一发电机；第二发电机组包括第二发条储能器、第三离合器、第二变速箱、第二发电机；第三发电机组包括第三发条储能器、第七离合器、第三变速箱、第三发电机；第一发条储能器通过第一驱动轴与第一变速箱连接，第二离合器位于第一驱动轴上；第一变速箱通过第一传动轴与驱动器连接，第三离合器位于第一传动轴上，驱动器的转子位于第一传动轴上，驱动器的定子固定在第一发电机的外壳上；第十离合器位于绞车左侧的中心轴上，传动箱通过绞车左侧的中心轴与绞车相连；第二发条储能器通过传动箱上端的第二驱动轴与传动箱相连，第四离合器位于传动箱上端的第二驱动轴上；第二变速箱通过第二传动轴与第二发条储能器相连，第五离合器位于第二传动轴上；第二发电机通过第二变速箱的第一输出轴与第二变速箱进行连接，第六离合器位于第二变速箱的第一输出轴上；第一输出轴作为第二发电机的动力输入端，为第二发电机的工作提供动力；第三发条储能器通过传动箱上端的第二驱动轴与传动箱相连，第七离合器位于传动箱上端的第二驱动轴上；第三变速箱通过第二传动轴与第三发条储能器相连，第八离合器位于第二传动轴上；第三发电机通过第三变速箱的第二输出轴与第三变速箱进行连接，第九离合器位于第三变速箱的第二天输出轴上；第二输出轴作为第三发电机的动力输入端，为第三发电机的工作提供动力。

能量回收系统包括超级电容、变频器；

第一发电机、第二发电机、第三发电机通过电缆与能量回收系统的超级电容及变频器进行连接，产生的电能一部分进行存储，另一部分通过变频器调频后并入电网直接使用。

所述驱动器的定子和转子为永磁体。

根据不同的下钻情况，第一发电机组、第二发电机组和第三发电机组选择不同的工作情况进行发电，能量回收系统进行能量回收并利用。

钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置的回收和利用方法，包括以下步骤：