顶部驱动器，牵引马达脱开装置制造方法及图纸

一种用于井操作的顶部驱动器，具有齿轮箱；牵引马达，其连接至齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸至齿轮箱中；延伸至齿轮箱中的套管轴；齿轮系，其位于齿轮箱内并机械地连接在牵引马达轴和套管轴之间；以及位于齿轮系中的连接器，其中，在联接构造中，连接器通过齿轮系传递扭矩，并且在脱开构造中，连接器不通过齿轮系传递扭矩。一种用于通过以下方式操作顶部驱动器的方法：用两个牵引马达将第一扭矩施加到套管轴，将牵引马达之一从套管轴断开，以及用未断开的牵引马达将小于第一扭矩的50％的第二扭矩施加到套管轴。

Top drive, traction motor disconnect

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】顶部驱动器，牵引马达脱开装置相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月14日提交的序列号为15/676,510的美国专利申请的优先权。该优先权申请的内容通过引用整体合并于此。
本公开总体上涉及钻井领域。更具体地，本专利技术涉及用于驱动井眼钻井系统中的顶部驱动器的方法和设备。
技术介绍
通常，顶部驱动器包括齿轮箱，该齿轮箱具有从齿轮箱并在其下方延伸的套管轴。至少一个牵引马达连接到齿轮箱的顶部。牵引马达的输出轴通过齿轮系统连接到套管轴。图1示出了顶部驱动系统的典型齿轮箱，其中大齿轮46分别由一个或多个小齿轮47驱动，而小齿轮47分别由一个或多个牵引马达(未示出)驱动。大齿轮46使套管轴22转动。在最初转让给CanrigDrillingTechnologyLtd.的美国专利号8,499,858中公开了一种说明性系统。此外，NationalOilwellVarco具有在顶部驱动器上以TDX的缩写出售的牵引马达脱开装置。该顶部驱动器包括一个滑动叉，该滑动叉将柔性联接器半从固定联接器半拉开。该设计要求将脱开器和联接器浸入油中，使得整个联接器系统需要一个单独的注油室–也称为联接器壳体。该系统有一个单独的油室，需要维护和换油。还存在该油泄漏到主齿轮箱油容器的风险，这又可能导致过热。
技术实现思路
根据本公开的教导，通过提供使牵引马达与心轴脱开的能力克服了与现有的顶部驱动器相关的缺点和问题。本专利技术的一个方面提供了一种用于井操作的顶部驱动器，该顶部驱动器包括：齿轮箱；牵引马达，其连接到齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸到齿轮箱中；延伸到齿轮箱中的套管轴；齿轮系，其位于齿轮箱内并机械连接在牵引马达轴和套管轴之间；以及布置在齿轮系中的连接器，其中，在联接构造中，连接器通过齿轮系传递扭矩，并且在脱开构造中，连接器不通过齿轮系传递扭矩。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于井操作的顶部驱动器，该顶部驱动器包括：齿轮箱；牵引马达，其连接到齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸到齿轮箱中；延伸到齿轮箱的套管轴；以及小齿轮轴组件，其位于齿轮箱中，用于与马达轴接合，以将扭矩传递至套管轴，其中，当小齿轮轴组件与马达轴接合时，扭矩通过小齿轮轴组件从牵引马达传递至套管轴，并且其中，当小齿轮轴组件与马达轴脱离时，扭矩不会通过小齿轮轴组件从牵引马达传递到套管轴。本专利技术的另一方面提供了一种用于操作用于井操作的顶部驱动器的方法，该方法包括：用两个牵引马达将第一扭矩施加到套管轴上；从套管轴上断开所述牵引马达之一；以及用未断开的牵引马达将小于第一扭矩的50％的第二扭矩施加到套管轴。附图说明可以通过参考结合附图的以下描述来获得对本实施例的更完整的理解，其中，相同的附图标记指示相同的特征。图1示出了现有技术的顶部驱动器齿轮箱的截面透视图，其中小齿轮由牵引马达(未示出)驱动以驱动大齿轮和套管轴；图2是本专利技术的顶部驱动器的侧视图，其中，两个牵引马达附接到齿轮箱，并且齿轮箱提供通往小齿轮轴组件的入口以联接/脱开牵引马达；图3是顶部驱动器齿轮箱的截面侧视图，其中两个小齿轮轴组件被定位为与复合惰轮接合以驱动套管轴从动齿轮，以向套管轴施加扭矩，其中所有机械部件均为容纳在同一齿轮油室中；图4是小齿轮轴组件的横截面侧视图，其中内部小齿轮轴处于联接位置；图5是小齿轮轴组件的截面侧视图，其中内部小齿轮轴处于脱开位置；图6是示出了用于重新构造小齿轮轴组件以将牵引马达与顶部驱动器齿轮箱中的套管轴脱开的过程的流程图；图7是示出在更换牵引马达时用于操作顶部驱动器的过程的流程图。具体实施方式鉴于下面的一般讨论，通过参考下面的图2-7可以最好地理解优选实施例。在某些实施例的高水平描述的上下文中，可以更容易地理解本公开。图2是本专利技术的顶部驱动器实施例的侧视图。顶部驱动器10具有位于两个AC牵引马达11之间的洗涤管12。洗涤管12在其顶部具有缆线入口13。牵引马达11连接到齿轮箱14的顶部，并且钻杆18从齿轮箱14的底部延伸。齿轮箱14通过四个拉杆15从冠块16悬挂。管道操纵器17被连接到齿轮箱14的底部，其中管道操纵器17具有从升降机连杆20悬挂的升降机19和备用夹具21。齿轮箱14具有两个盖41，该盖41提供到小齿轮轴组件的入口以联接/脱开牵引马达11。顶部驱动器10的主要部分是齿轮箱14。图3是齿轮箱14的截面图，齿轮箱14具有齿轮箱壳体23。本专利技术的一方面为每个牵引马达11提供了带有花键端的输出轴设计，该花键端与驱动小齿轮花键毂34配合。专门设计的小齿轮轴组件30是顶部驱动器齿轮箱的一部分。牵引马达11具有设计成与驱动小齿轮花键毂34配合的输出驱动轴端。根据本专利技术的一个实施例，每个小齿轮轴组件30包括内部小齿轮轴31，该内部小齿轮轴31具有内部花键联接器(滑动轴)，从而允许牵引马达输出轴(未显示)完全与内部花键毂33断开并隔离。在马达故障的情况下，牵引马达11可以在几分钟内容易地机械隔离，从而使钻机的钻井时间最小化。为每个牵引马达11提供完全独立性，在一个牵引马达发生故障的情况下，则另一牵引马达可以继续进行顶部驱动操作。仅使用一台运行马达，在50％的钻井扭矩下，顶部驱动器仍可提供100％rpm。每个马达可以具有单独的编码器、单独的VFD电源以及从VFD到顶部驱动器的单独电源线。AC牵引马达也可以配备机械驻车制动器。每个马达都可以容易从齿轮箱机械断开。机械断开可允许在马达轴承出现故障时实现机械DE轴隔离。回到图3，壳体可以由高强度铸钢制成。套管轴22通过一系列齿轮与牵引马达11机械地接合。每个牵引马达输出轴(未示出)通过挠性联接器连接至齿轮箱14，该挠性联接器具有经由小齿轮轴组件30的快速断开特征，允许将牵引马达从齿轮箱14中的套管轴22手动断开，其中挠性联接器将在下面充分描述。当联接到其各自的牵引马达11时，每个小齿轮轴组件30与复合惰轮48啮合并驱动复合惰轮48。每个复合惰轮48包括较大直径的小齿轮和较小直径的小齿轮，其中较大直径的小齿轮与小齿轮轴组件30啮合并被该小齿轮轴组件30驱动。套管轴从动齿轮49紧固到套管轴22的圆周上，并且与复合惰轮48的较小直径的小齿轮啮合并被该较小直径的小齿轮驱动。小齿轮轴组件30、复合惰轮48和套管轴从动齿轮49包括在牵引马达11和套管轴22之间的齿轮系。所有齿轮可以是螺旋切割型、渗碳的和磨削的。小齿轮轴组件30的轴输出具有双唇密封，以密封齿轮箱14中的齿轮油。图3进一步示出了套管轴22如何通过大型坚固的轴向轴承24支撑在齿轮箱壳体23中，其中，预张紧的弹簧25确保了轴承的耐久性和可靠性。预张紧弹簧25(50kips)确保轴向推力轴承处于最佳状态。顶部和底部径向轴承26与轴向轴承24分开。推力轴承27向上支撑套管轴22，使得相当大的钻杆和其他设备的重量可以从顶部驱动器的套管轴22上悬挂。圆锥推力轴承27可能会受到重支撑，以使当承受剧烈冲击负荷(例如震击(refjarring)，上部井段钻进等)时轴承失效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于井操作的顶部驱动器，该顶部驱动器包括：/n齿轮箱；/n牵引马达，该牵引马达连接到齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸到齿轮箱中；/n套管轴，该套管轴延伸到齿轮箱中；/n齿轮系，该齿轮系位于齿轮箱内并机械地连接在牵引马达轴和套管轴之间；和/n连接器，该连接器位于齿轮系中，其中，在联接构造中，连接器通过齿轮系传递扭矩，并且在脱开构造中，连接器不通过齿轮系传递扭矩。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170814 US 15/676,5101.一种用于井操作的顶部驱动器，该顶部驱动器包括：
齿轮箱；
牵引马达，该牵引马达连接到齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸到齿轮箱中；
套管轴，该套管轴延伸到齿轮箱中；
齿轮系，该齿轮系位于齿轮箱内并机械地连接在牵引马达轴和套管轴之间；和
连接器，该连接器位于齿轮系中，其中，在联接构造中，连接器通过齿轮系传递扭矩，并且在脱开构造中，连接器不通过齿轮系传递扭矩。


2.如权利要求1所述的顶部驱动器，其中，所述连接器包括同心地定位的内部小齿轮轴和外部小齿轮轴，其中所述轴经由花键彼此接合。


3.如权利要求1所述的顶部驱动器，其中，所述连接器包括与所述牵引马达的轴接合的内部花键毂。


4.如权利要求1所述的顶部驱动器，还包括锁，该锁将所述连接器锁定在所述联接构造和所述脱开构造中的至少一个中。


5.如权利要求4所述的顶部驱动器，其中，所述锁包括紧固到螺柱的带螺纹的锁紧螺母。


6.如权利要求1所述的顶部驱动器，还包括致动器，该致动器在所述联接构造和所述脱开构造之间重新构造所述连接器。


7.如权利要求6所述的顶部驱动器，其中，所述致动器包括螺柱和固定螺母，其中，所述螺柱和螺母的相对螺纹使所述连接器的至少一部分运动成与所述马达轴接合和脱离。


8.如权利要求1所述的顶部驱动器，还包括在齿轮箱中的润滑容器，其中所述套管轴和所述连接器至少部分地被来自所述润滑容器的润滑剂润滑。


9.一种用于井操作的顶部驱动器，该顶部驱动器包括：
齿轮箱；
牵引马达，该牵引马达连接到齿轮箱，使得牵引马达的马达轴延伸到齿轮箱中；
套管轴，该套管轴延伸到齿轮箱中；和
小齿轮轴组件，该小齿轮轴组件位于齿轮箱中，用于与马达轴接合，以将扭矩传递至套管轴，其中，当小齿轮轴组件与马达轴接合时，扭矩通过小齿轮轴组件从牵引马达传递至套管轴，以及其中，当小齿轮轴组件与马达轴脱离时，扭矩不会通过小齿轮轴组件从牵引马达传递到套管轴。


10.如权利要求9所述的顶部驱动器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：B阿斯，JD迪格尔，PW卡夫，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL