刘 鹏 丁 彬 李 磊 李云峰

（山东海洋工程装备研究院有限公司，青岛 266555)

石油钻井行业工况复杂，涉及多工种、多专业，且能耗高。钻机在提升下放钻具的过程中，钻具频繁上提下放，连续制动。在上提过程中，发电机产生的电能传递给电动机，电能转换成势能拉动钻具。钻具在下放过程中释放势能，电动机进入发电模式，将已转换为电能的再生制动能量反馈给前级[1-2]。目前，钻机上常用的方法是将这部分能量接到制动电阻上，通过热能形式消耗，会导致能量得不到有效回收，大量能量损耗。如何将下放过程中钻具产生的电能收集到超级电容储能单元中，并使其得到有效的再利用，是本文的主要研究内容。

1 钻机储能系统的设计与工作原理分析

图1为钻机供电电网的单线图。柴油发电机组GEN1～GEN4发出交流电提供钻机的主动力。4台发电机并机后经过变压器变压后转换成600 V交流电，再经过变频器变频调速后变为频率可控的交流电，供给绞车、泥浆泵和转盘等设备的交流变频电动机。绞车由两个电机驱动，每个泥浆泵由两台电机驱动，转盘由一个电机驱动，均采用交-直-交传动方式。本文依据钻机设备的具体参数配置和钻机在钻井工况中的功率负荷特点，为减少钻机运行中的能量损耗提出钻机的储能方案。

考虑各种蓄能装置的特性，本文选择超级电容器为绞车起升下放过程的储能装置。超级电容器的工作原理是通过极化电解质来储存能量，充电放电过程可逆，整个过程不发生任何的化学反应。……