网电动力修井机储能控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及石油修井机技术领域，具体涉及一种应用网电动力的修井机储能控制系统及其控制方法。

背景技术：

车载修井机是广泛应用于修井作业的移动设备，用于恢复油水井正常生产或提高生产能力的施工作业，主要包括检泵、冲砂、洗井、换封、堵水等，修井机的作业方式主要为油管、抽油杆的起下，工作过程包括起升、卸扣和下放三个工作步骤，这种周期循环的工作特征需要修井机有相应的动力匹配。

目前，常规修井机以柴油机作为工作动力源，由于成品油价格高、能耗大等原因，修井成本居高不下，而且燃料动力修井还存在能量转化率低、污染排放量高、工作噪音大等环保问题。电动修井机和柴油机动力修井机相比具有环保、作业费用低、噪音小、传动效率高以及改善操作人员工作条件等优点，逐步替代柴油动力修井机。

油田电网多按抽油机配备电力，由主电网经井场变压器输送供抽油机使用。目前，多采用“单井单变”供电方式，即一台变压器为一部抽油机供电；部分地区采用“多井单变”供电方式，即用一台大容量变压器为多口油井供电，以提高变压器负载率，降低损耗。“单井单变”井场变压器容量大多数为30~50kva，而车载修井机装机功率要远远大于这种配备电力，如果接入附近井场变压器，会因电动修井机工作用电打破电网供电平衡，影响其它抽油机或用电设备的正常工作。如果依据井场变压器容量匹配电动修井机输入功率，必然导致电动修井机作业效率大大降低，影响作业时效。若按照石油修井机动力需求增大电网供电能力，扩充井场变压器容量，不仅投资巨大，而且在采油工况下，电网利用率很低，造成电网资源的大量浪费。

技术实现要素：

为了克服现有井场网电与电动修井机的电力需求不匹配，修井作业效率低、成本高的不足，本发明提供一种网电动力修井机储能控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种网电动力修井机储能控制系统包括井场电网、井场变压器，井场电网输送的高压电经井场变压器后，接入修井机，所述井场电网、井场变压器、动力系统、作业工作单元依次连接；

所述动力系统为网电动力修井机提供旋转动力，安装在修井机自行底盘上；所述作业工作单元将动力系统所输出的旋转动力转变为直线起下动力，用于完成网电动力修井机的起下作业，由修井机自行底盘携带，现场安装后开始工作。

所述动力系统包括动力控制单元、储能单元、动力单元，其中：动力控制单元与井场变压器相连接，将井场电能接入；动力控制单元用于控制储能单元以及动力单元，动力单元驱动作业工作单元工作，从而完成修井作业。

所述储能单元为能量储存元件，具体能量形式包括电能或液压；当动力系统为电驱动形式时，储能单元是蓄电池和超级电容；当动力系统为液压驱动形式时，储能单元是液压蓄能器。

一种所述网电动力修井机储能控制系统的控制方法，其步骤是：

步骤a，设定网电动力修井机储能控制系统的直流侧电压的动作设定值v0；

步骤b，将动力控制单元实时监测的直流侧电压值v1与动作设定值v0进行比较，确定动力单元是否处于工作状态；

步骤c，当实测直流侧电压值≥动作设定值时，即：v1≥v0，动力单元处于非工作状态，动力控制单元将自动开启储能单元充电模式，将网电电源的能量转入储能单元中；在储能单元充满电之后，动力控制单元自动关闭储能单元充电功能；

步骤d，当直流侧的电压值＜动作设定值时，即：v1＜v0，动力系统的动力单元处于工作状态，在动力控制单元控制下，由网电电源的能量供给动力单元，同时监测直流侧的电压值；动力控制单元将自动开启储能单元放电模式，由网电电源和储能单元同时为动力单元提供电能；

步骤e，当实测直流侧电压值≥动作设定值时，即：v1≥v0，动力单元处于非工作状态，动力控制单元将再次自动开启储能单元充电模式，将网电电源的能量转入储能单元中；在储能单元充满电之后，动力控制单元自动关闭储能单元充电功能；

步骤f，充电完成后，动力控制单元将自动关闭储能单元的充电功能，准备下一个工作循环；

根据修井的下放、提升、卸扣作业需求，步骤b-步骤f循环往复，直至完成修井作业，工作结束。

直流侧电压的动作设定值v0根据直流侧电压确定，直流侧电压为井场标准动力电压乘以直流侧电压系数。当所述井场标准动力电压为380v时，直流侧电压系数为。

所述动力单元工作状态是指修井机处于提升过程；所述动力单元非工作状态是指修井机处于下放或者是卸扣过程。

所述步骤c为修井机的下放作业过程；所述步骤d为修井机的提升作业过程；所述步骤e为修井机的卸扣和/或下放作业过程。

本发明的有益效果是，设计合理，可以直接就近接入供抽油机工作的井场变压器，利用现有电网为大功率修井机供电，保证网电动力修井机工作的高效率，且不会影响现有电网正常供电和其他用电设备的正常使用，从而降低修井能耗，减少作业成本，同时环保高效，实现了修井作业的“以电代油”。

附图说明

图1是本发明网电动力修井机储能控制系统的示意图。

图2是本发明网电动力修井机储能控制系统的控制方法的流程图。

图中：1.井场电网，2.井场变压器，3.动力系统，4.作业工作单元，5.动力控制单元，6.储能单元，7.动力单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

参见附图1，本发明网电动力修井机储能控制系统的示意图。本发明一种网电动力修井机储能控制系统，主要包括井场电网1、井场变压器2、动力系统3、作业工作单元4，井场电网1、井场变压器2、动力系统3、作业工作单元4依次连接；井场电网1输送的高压电经井场变压器2后，接入修井机动力系统3。所述动力系统3为网电动力修井机提供旋转动力，安装在修井机自行底盘上；所述作业工作单元4用于完成修井机的起下作业，可以将动力系统所输出的旋转动力转变为直线起下动力，由修井机自行底盘携带，通过现场安装后开始工作。

所述动力系统3包括动力控制单元5、储能单元6、动力单元7，其中：所述动力控制单元5与井场变压器2相连接，将井场电能接入；所述动力控制单元5用于控制储能单元6以及动力单元7，动力单元7驱动作业工作单元4工作，从而完成修井作业。

具体的，所述储能单元6为能量储存元件，具体能量形式包括电能或液压或其他能量；当动力系统3为电驱动形式时，储能单元6是蓄电池和超级电容；当动力系统3为液压驱动形式时，储能单元6是液压蓄能器。当采用其他能量方式时，储能单元6为相应的元器件。

修井机的修井作业过程分为两个阶段，即起升和下放管柱，每一阶段包含若干起升和下放工作过程，工作过程中修井机均为周期性动力需求，此工作过程可以分为三个操作步骤，即起升、卸扣、下放，通常三个步骤耗时基本相同，各占一个循环总耗时的三分之一。在三个操作步骤中，起升过程修井机输出功率最大（即能耗最大），卸扣、下放过程不需要动力或只需要较小动力。为此，在修井机的提升作业过程，动力单元7处于工作状态；在修井机的下放或卸扣作业过程，动力单元7处于非工作状态。

参见附图2，本发明网电动力修井机储能控制系统的控制方法的流程图。本发明网电动力修井机储能控制系统的控制方法，其具体步骤是：

步骤a，设定网电动力修井机储能控制系统的直流侧电压的动作设定值v0；

步骤b，将动力控制单元5实时监测的直流侧电压值v1与动作设定值v0进行比较，确定动力单元7是否处于工作状态；

步骤c，当实测直流侧电压值≥动作设定值时，即：v1≥v0，动力单元7处于非工作状态，动力控制单元5将自动开启储能单元6充电模式，将网电电源的能量转入储能单元6中；在储能单元6充满电之后，动力控制单元5自动关闭储能单元6充电功能；

步骤d，当直流侧的电压值＜动作设定值时，即：v1＜v0，动力系统3的动力单元7处于工作状态，在动力控制单元5控制下，由网电电源的能量供给动力单元7，同时监测直流侧的电压值；动力控制单元5将自动开启储能单元6放电模式，由网电电源和储能单元6同时为动力单元7提供电能；

步骤e，当实测直流侧电压值≥动作设定值时，即：v1≥v0，动力单元7处于非工作状态，动力控制单元5将再次自动开启储能单元6充电模式，将网电电源的能量转入储能单元6中；在储能单元6充满电之后，动力控制单元5自动关闭储能单元6充电功能；

步骤f，充电完成后，动力控制单元5将自动关闭储能单元6的充电功能，准备下一个工作循环。

根据修井的下放、提升、卸扣作业需求，步骤b-步骤f循环往复，直至完成修井作业，工作结束。

在上述控制方法中，所述直流侧电压的动作设定值v0通常根据直流侧电压确定，直流侧电压为井场标准动力电压乘以直流侧电压系数，当井场标准动力电压为380v时，直流侧电压系数为。

直流侧电压的动作设定值v0还可以根据阈值确定，阈值需要按照负载状况现场设定。

在所述的控制方法中，步骤c为修井机的下放作业过程；步骤d为修井机的提升作业过程；所述步骤e为修井机的卸扣和/或下放作业过程。

当修井机开始工作时，动力单元驱动作业工作单元进行起下作业，动力控制单元实时监测直流侧电压值，当检测电压值≥动作设定值时，井场变压器向储能单元充电，当动力单元开始工作时，动力控制单元停止向储能单元充电，而通过井场变压器直接驱动动力单元；当直流侧电压＜动作设定值时，动力控制单元自动将储能单元放电，以补充作业工作单元输入动力，保证动力单元输出稳定，进而完成一个完整的起升、下放过程。

本发明利用修井机的循环工作特性，在卸扣和下放的非作业时间（约占工作循环周期的三分之二），保证有足够的时间为储能单元补充足够的电能；在起升的作业时间内（约占一个工作循环周期的三分之一），储能单元为动力单元提供电能；循环往复，满足整个修井作业过程中修井机用电需求。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来讲，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。