钻井系统及控制方法与流程

本发明涉及钻井，尤其是涉及一种钻井系统及控制方法。

背景技术：

1、石油钻井工程，是高耗能，施工条件复杂的行业。石油钻井的动力来源主要由柴油机组发电来作为动力源，经过整流后建立直流母线，再经过逆变后驱动钻机平台轴向抬起及交流变频钻机转动。钻机钻井的整个流程主要分为两种工况：一是各类钻井设备交替提升和下落的工况，上升阶段依靠柴油机发电提供能量，由燃料的化学能转换成电能，再由钻机端的电机转换成势能提升钻井设备。下降阶段则在电机控制下，钻机在自身重力势能作用下下降，依靠电机的再生制动将势能再转换成电能回馈到电机端；二是钻机的钻进过程，因各地区以及各深度下的地质地貌区别较大，钻机在下钻过程中的负载变化较大，既用电负荷的变化很大，会造成直流母线的波动。这种波动对钻机电网产生冲击影响设备稳定性，严重时甚至会导致保护电器触发中断钻井工作，损坏各类设备且造成工程周期的延误。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种钻井系统，该钻井系统通过以飞轮为储能介质实现石油钻井平台的安全性高，维护成本低的节能、稳压的效果。

2、本发明进一步地提出了一种控制方法。

3、根据本发明第一方面实施例的钻井系统，包括：

4、发电机组；

5、整流设备，所述整流设备与所述发电机组电连接；

6、直流母线，所述直流母线与所述整流设备电连接；

7、逆变设备，所述逆变设备与所述直流母线电连接；

8、钻井设备，所述钻井设备与所述逆变设备电连接；

9、飞轮储能设备，所述飞轮储能设备与所述直流母线电连接，所述飞轮储能设备为主动磁悬浮飞轮储能设备。

10、由此，通过在钻井系统采用飞轮储能设备作为储能设备，利用飞轮储能设备具备高频率充电放电的特性，能够配合发电机组解决钻井设备在工作过程中的负荷突然性的变化的问题，实现稳压稳频的同时还可以减少发电机组的数量及功率，从而降低钻井系统的使用成本。

11、根据本发明的一些实施例中，所述主动磁悬浮飞轮储能设备包括：外壳、电机、飞轮和磁轴承，所述电机、所述飞轮和所述磁轴承设置于所述外壳内，所述电机包括：定子、转子和芯轴，所述转子和所述飞轮设置于所述芯轴上且轴向间隔设置，所述定子位于所述转子的外周侧，所述磁轴承设置于所述芯轴的至少一端。

12、根据本发明的一些实施例中，所述钻井系统还包括：总控制器、总线和第一电流电压监测器，所述主动磁悬浮飞轮储能设备还包括：飞轮控制器，所述总控制器通过所述总线与所述飞轮控制器电连接，所述第一电流电压监测器连接于所述直流母线上，所述第一电流电压监测器与所述总线电连接。

13、根据本发明的一些实施例中，所述钻井系统还包括：第二电流电压监测器和第三电流电压监测器，所述第二电流电压监测器连接于所述发电机组上，所述第三电流电压监测器连接于所述钻井设备，所述第二电流电压监测器和所述第三电流电压监测器均与所述总线电连接。

14、根据本发明的一些实施例中，所述钻井系统还包括：直流-直流转换器，所述主动磁悬浮飞轮储能设备为多个，多个所述主动磁悬浮飞轮储能设备连接于一个所述直流-直流转换器上，所述直流-直流转换器连接于所述直流母线上。

15、根据本发明第二方面实施例的钻井系统的控制方法，其应用于所述钻井系统，所述控制方法包括：

16、判断所述钻井设备的工作状态；

17、根据所述钻井设备的工作状态，所述飞轮储能设备选择充电状态或放电状态；

18、在所述飞轮储能设备选择充电状态后，所述飞轮储能设备配置充电状态的功率。

19、根据本发明的一些实施例中，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

20、判断所述钻井设备处于启动状态；

21、根据所述钻井设备的工作状态，所述飞轮储能设备选择充电状态或放电状态的步骤包括：

22、所述飞轮储能设备选择充电状态；

23、在所述飞轮储能设备选择充电状态后，所述飞轮储能设备配置充电状态的功率的步骤包括：

24、所述飞轮储能设备配置成低功率。

25、根据本发明的一些实施例中，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

26、判断所述钻井设备处于上升状态或下落状态；

27、根据所述钻井设备的工作状态，所述飞轮储能设备选择充电状态或放电状态的步骤包括：

28、在所述钻井设备处于上升状态时，所述飞轮储能设备选择放电状态；

29、在所述钻井设备处于下落状态时，所述飞轮储能设备选择充电状态；

30、在所述飞轮储能设备选择充电状态后，所述飞轮储能设备配置充电状态的功率的步骤包括：

31、所述飞轮储能设备配置成依所述发电机组的功率确定功率。

32、根据本发明的一些实施例中，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

33、判断所述钻井设备处于转换状态；

34、根据所述钻井设备的工作状态，所述飞轮储能设备选择充电状态或放电状态的步骤包括：

35、所述飞轮储能设备选择充电状态；

36、在所述飞轮储能设备选择充电状态后，所述飞轮储能设备配置充电状态的功率的步骤包括：

37、所述飞轮储能设备配置成依所述钻井系统的冗余功率确定功率。

38、根据本发明的一些实施例中，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

39、判断所述钻井设备处于钻进状态；

40、根据所述钻井设备的工作状态，所述飞轮储能设备选择充电状态或放电状态的步骤包括：

41、在所述钻井设备的负载高于第一预定负载时，所述飞轮储能设备选择放电状态；

42、在所述钻井设备的负载低于第二预定负载且地质复杂程度低于预定复杂程度时，所述飞轮储能设备选择充电状态，所述第二预定负载不超过所述第一预定负载；

43、在所述钻井设备的负载低于第二预定负载且地质复杂程度达到预定复杂程度时，所述飞轮储能设备选择不充电；

44、在所述飞轮储能设备选择充电状态后，所述飞轮储能设备配置充电状态的功率的步骤包括：

45、所述飞轮储能设备配置成依所述发电机组的冗余功率和所述钻井设备的负载确定功率。

46、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种钻井系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钻井系统，其特征在于，所述钻井系统还包括：总控制器、总线和第一电流电压监测器，所述主动磁悬浮飞轮储能设备还包括：飞轮控制器，所述总控制器通过所述总线与所述飞轮控制器电连接，所述第一电流电压监测器连接于所述直流母线上，所述第一电流电压监测器与所述总线电连接。

3.根据权利要求2所述的钻井系统，其特征在于，所述钻井系统还包括：第二电流电压监测器和第三电流电压监测器，所述第二电流电压监测器连接于所述发电机组上，所述第三电流电压监测器连接于所述钻井设备，所述第二电流电压监测器和所述第三电流电压监测器均与所述总线电连接。

4.根据权利要求1所述的钻井系统，其特征在于，所述钻井系统还包括：直流-直流转换器，所述主动磁悬浮飞轮储能设备为多个，多个所述主动磁悬浮飞轮储能设备连接于一个所述直流-直流转换器上，所述直流-直流转换器连接于所述直流母线上。

5.一种钻井系统的控制方法，其应用于权利要求1-4中任一项所述的钻井系统，其特征在于，控制方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的钻井系统的控制方法，其特征在于，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

7.根据权利要求5所述的钻井系统的控制方法，其特征在于，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

8.根据权利要求5所述的钻井系统的控制方法，其特征在于，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

9.根据权利要求5所述的钻井系统的控制方法，其特征在于，判断所述钻井设备的工作状态的步骤包括：

技术总结本发明公开了一种钻井系统及控制方法，该钻井系统包括发电机组、整流设备、直流母线、逆变设备、钻井设备、飞轮储能设备，所述整流设备与所述发电机组电连接，所述直流母线与所述整流设备电连接，所述逆变设备与所述直流母线电连接，所述钻井设备与所述逆变设备电连接；所述飞轮储能设备与所述直流母线电连接，所述飞轮储能设备为主动磁悬浮飞轮储能设备。由此，通过在钻井系统采用飞轮储能设备作为储能设备，利用飞轮储能设备具备高频率充电放电的特性，能够配合发电机组解决钻井设备在工作过程中的负荷突然性的变化的问题，实现稳压稳频的同时还可以减少发电机组的数量及功率，从而降低钻井系统的使用成本。技术研发人员：阎放,谢洪生受保护的技术使用者：沈阳微控飞轮技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1