一种多工艺顶部电驱动钻井装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多工艺顶部电驱动钻井装置，包括动力水龙头、变速箱、动力源、提吊装置、管柱处理机构、动力吊卡、背钳、滑车、导轨和液压系统；变速箱上端与动力水龙头下端相连，变速箱包括输入轴、输出轴、换挡机构以及多级减速齿轮组，换挡机构通过调整多级减速齿轮组的匹配关系来调整输入轴与输出轴的转速比，提吊装置与壳体相连；提吊装置与壳体相连，摆动架转动设置在提吊装置的两侧；管柱处理机构包括吊环、第一转轴和第一液压油缸；背钳通过支架安装在变速箱的下端；滑车安装在变速箱上，液压系统通过液压管道与背钳、管柱处理机构以及动力吊卡相连。本发明专利技术通过设置具有换挡机构的变速箱，实现了施工单位的一机多用。

【技术实现步骤摘要】
一种多工艺顶部电驱动钻井装置
本专利技术涉及钻井装置
，尤其涉及一种多工艺顶部电驱动钻井装置。
技术介绍
随着资源和能源勘探孔深的延伸，钻探施工时间长、成本高、风险大，从设备到钻探工艺都产生了一系列新问题。顶驱钻井是提高作业效率、降低作业风险、避免钻井事故最有效的技术手段，实现了钻机自动化过程的阶段性跨越，被誉为近代钻井装备的革命性技术成果之一。目前，顶驱系统在石油钻井工程中应用广泛，大口径钻井所需求的动力扭矩足够大，但是对回转速度要求不高(≤200r/min)；顶驱系统在深部矿产资源勘探和科学钻探中也在普及推广，采用高速金刚石取心工艺，要求高转速(≤600r/min)；又有地热探采结合井的分段取心钻探需求，同时还要兼顾非常规油气的地质调查井和参数井、钻探井的目的层取心需求。传统顶驱装置无法兼顾以上三种工程需求，不能实现一机多用，不能取得高效率、高质量、高安全性的综合效益。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点和不足，本专利技术提供一种电机驱动的多工艺顶部驱动装置，其解决了一机多用同时满足深部绳索取心钻探与大口径钻井工程工艺需要的技术问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术实施例提供一种多工艺顶部电驱动钻井装置。本专利技术实施例提出的多工艺顶部电驱动钻井装置，包括：动力水龙头、变速箱、动力源、提吊装置、管柱处理机构、动力吊卡、背钳、滑车、导轨和液压系统；所述动力水龙头包括壳体、提环、空心主轴和钻井液循环机构；所述钻井液循环机构连接外部钻井液管道和所述空心主轴，所述提环和所述钻井液循环机构安装在所述壳体的顶部，所述空心主轴可转动地依次穿过所述壳体、所述变速箱和所述述管柱处理机构；所述变速箱上端与所述动力水龙头下端相连，所述变速箱包括输入轴、输出轴、换挡机构以及设置于所述输入轴和输出轴之间的多级减速齿轮组，所述换挡机构通过调整所述多级减速齿轮组的匹配关系来调整所述输入轴与所述输出轴的转速比，所述空心主轴贯穿所述输出轴且与所述输出轴同轴固定连接；所述动力源与所述输入轴相连；所述管柱处理机构用于提吊钻杆，以使钻杆与所述空心主轴相连；所述滑车安装在所述变速箱上，所述滑车能够在所述导轨上滑动。本专利技术的多工艺顶部电驱动钻井装置，通过设置具有换挡机构的变速箱，可以实现0～600rpm范围的无极调速，最大额定扭矩达到28500N·m，可以满足5000m地质小口径(H口径)绳索取心钻探、4000m地热水井钻探、3000m油气钻井的工艺需要，具备大深度绳索取心钻探与大口径钻井等多工艺施工能力，实现了施工单位的一机多用，在技术先进性、工艺适配性和产业经济性方面取得良好的平衡。可选地，所述管柱处理机构还包括提吊装置、吊环、第一转轴、第一液压油缸、动力吊卡和背钳；所述提吊装置与所述壳体相连，所述提吊装置包括成对的摆动架和成对的第二转轴，所述摆动架通过所述第二转轴转动设置在所述提吊装置的两侧；所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直，所述吊环通过所述第一转轴转动设置在所述摆动架的下端，所述第一液压油缸的第一端与所述摆动架铰接且所述第一液压油缸的第二端与所述吊环的中部铰接；所述动力吊卡设置在成对的所述吊环的自由端上；所述背钳通过支架安装在所述变速箱的下端，钻杆能够穿过所述背钳并通过螺纹与所述空心主轴的自由端相连；所述多工艺顶部电驱动钻井装置还包括液压系统，所述液压系统设置有相互连接的液压集成阀组和电控箱，所述液压集成阀组通过液压管道与所述背钳、所述第一液压油缸以及所述动力吊卡相连。第一转轴和第二转轴使得吊环能够前后左右地摆动，进而使得管吊处理装置能够很方便地提吊钻杆同时便于与空心主轴相连。可选地，所述动力源包括成对的变频电机，所述输入轴成对地设置在所述变速箱的两端并与所述变频电机一一对应相连。双电机驱动为钻井提供更大的扭矩，配合换挡机构，具有0～600rpm的无极调速范围，最大额定扭矩达到28500N·m，可以满足5000m地质小口径(H口径)绳索取心钻探、4000m地热水井钻探、3000m油气钻井的工艺需要，具备大深度绳索取心钻探与大口径钻井等多工艺施工能力，可实现施工单位的一机多用，在技术先进性、工艺适配性和产业经济性方面取得良好的平衡。可选地，所述多级减速齿轮组包括设置在中间轴上且半径不同的第一中间齿轮和第二中间齿轮以及均通过轴承设置在所述输出轴上且半径不同的第一输出齿轮和第二输出齿轮，所述中间轴与所述输入轴相互平行设置且通过齿轮传动，所述第一中间齿轮和所述第一输出齿轮啮合，所述第二中间齿轮和所述第二输出齿轮啮合，所述换挡机构设置有同步轮，所述同步轮设置在所述输出轴上并与所述输出轴周向限位，所述同步轮能够在所述输出轴上轴向移动，并能够与所述第一输出齿轮和所述第二输出齿轮其中任意一个卡合。多级减速齿轮组不仅能为电机减速，同时配合换挡机构还使得变速箱能够针对不同的钻探需求输出不同扭矩和转速，使得本多工艺顶部电驱动钻井装置一机多用，取得高效率、高质量、高安全性的综合效益，同时输出轴与多级减速齿轮组分置于不同的箱体，相对独立和模块集成便于拆装维修。可选地，所述换挡机构还包括第二液压油缸和设置在第二液压油缸上的换挡拨叉，所述换挡拨叉上形成有安装孔，所述同步轮通过轴承安装于所述安装孔内，所述第二液压油缸移动所述换挡拨叉使所述同步轮在所述输出轴上轴向移动，所述第二液压油缸与所述液压集成阀组相连。由于钻井时的环境恶劣，采用液压油缸能够无需再增加新的操作系统，直接与液压集成阀组相连，通过液压集成阀组的操控能够大大减少变速箱的体积，并能够增加变速箱的使用寿命。可选地，所述钻井液循环机构包括进水冲管、第一锁母、第二锁母和与所述外部钻井液管道相连的进水管，所述进水管设置所述壳体的顶部，所述进水冲管的一端通过所述第一锁母和第一旋转密封圈连接所述进水管，所述进水冲管的另一端通过所述第二锁母和第二旋转密封圈连接所述空心主轴的顶端。通过第一锁母和第二锁母来配合旋转密封圈能够保证钻井液不会从管道连接处漏出。可选地，所述空心主轴与所述变速箱的底部连接处设置有第三锁母；所述第三锁母包括两个半环，两个所述半环之间通过螺钉固定，所述半环上设置有倒钩，所述空心主轴上设置有卡槽，所述倒钩卡扣在所述卡槽内。倒钩配合卡槽能够使得第三锁母很方便地安装在空心主轴之上，同时保证变速箱内的齿轮油不会从空心主轴和变速箱底部之间的间隙泄露。可选地，所述第三锁母外设置有防松环，所述第三锁母与所述防松环之间设置有卡簧。防松环可以保证第三锁母与空心主轴连接更加紧凑，同时卡簧可以防止防松环脱落。可选地，所述壳体设置有凸止口，所述变速箱的顶部设置有凹止口，所述凸止口与所述凹止口相互配合。凸止口和凹止口可以起到一个定位的作用，使得动力水龙头的壳体更方便插入变速箱箱体的上部。和/或，所述空心主轴与所述变速箱之间设置有第三旋转密封圈。第三旋转密封圈能够使得变速箱中的齿轮油不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，包括：动力水龙头、变速箱、动力源、管柱处理机构、滑车、导轨；/n所述动力水龙头包括壳体、提环、空心主轴和钻井液循环机构；所述钻井液循环机构连接外部钻井液管道和所述空心主轴，所述提环和所述钻井液循环机构安装在所述壳体的顶部，所述空心主轴可转动地依次穿过所述壳体、所述变速箱和所述管柱处理机构；/n所述变速箱上端与所述动力水龙头下端相连，所述变速箱包括输入轴、输出轴、换挡机构以及设置于所述输入轴和输出轴之间的多级减速齿轮组，所述换挡机构通过调整所述多级减速齿轮组的匹配关系来调整所述输入轴与所述输出轴的转速比，所述空心主轴贯穿所述输出轴且与所述输出轴同轴固定连接；所述动力源与所述输入轴相连；/n所述管柱处理机构用于提吊钻杆，以使钻杆与所述空心主轴相连；/n所述滑车安装在所述变速箱上，所述滑车能够在所述导轨上滑动。/n

【技术特征摘要】
1.一种多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，包括：动力水龙头、变速箱、动力源、管柱处理机构、滑车、导轨；
所述动力水龙头包括壳体、提环、空心主轴和钻井液循环机构；所述钻井液循环机构连接外部钻井液管道和所述空心主轴，所述提环和所述钻井液循环机构安装在所述壳体的顶部，所述空心主轴可转动地依次穿过所述壳体、所述变速箱和所述管柱处理机构；
所述变速箱上端与所述动力水龙头下端相连，所述变速箱包括输入轴、输出轴、换挡机构以及设置于所述输入轴和输出轴之间的多级减速齿轮组，所述换挡机构通过调整所述多级减速齿轮组的匹配关系来调整所述输入轴与所述输出轴的转速比，所述空心主轴贯穿所述输出轴且与所述输出轴同轴固定连接；所述动力源与所述输入轴相连；
所述管柱处理机构用于提吊钻杆，以使钻杆与所述空心主轴相连；
所述滑车安装在所述变速箱上，所述滑车能够在所述导轨上滑动。


2.如权利要求1所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，所述管柱处理机构还包括提吊装置、吊环、第一转轴、第一液压油缸、动力吊卡和背钳；
所述提吊装置与所述壳体相连，所述提吊装置包括成对的摆动架和成对的第二转轴，所述摆动架通过所述第二转轴转动设置在所述提吊装置的两侧；
所述第二转轴与所述第一转轴相互垂直，所述吊环通过所述第一转轴转动设置在所述摆动架的下端，所述第一液压油缸的第一端与所述摆动架铰接且所述第一液压油缸的第二端与所述吊环的中部铰接；
所述动力吊卡设置在成对的所述吊环的自由端上；
所述背钳通过支架安装在所述变速箱的下端，钻杆能够穿过所述背钳并通过螺纹与所述空心主轴的自由端相连；
所述多工艺顶部电驱动钻井装置还包括液压系统，所述液压系统设置有相互连接的液压集成阀组和电控箱，所述液压集成阀组通过液压管道与所述背钳、所述第一液压油缸以及所述动力吊卡相连。


3.如权利要求2所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，所述动力源包括成对的变频电机，所述输入轴成对地设置在所述变速箱的两端并与所述变频电机一一对应相连。


4.如权利要求3所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，所述多级减速齿轮组包括设置在中间轴上且半径不同的第一中间齿轮和第二中间齿轮以及均通过轴承设置在所述输出轴上...

【专利技术属性】
技术研发人员：何磊，沈怀浦，黄洪波，朱江龙，周政，臧臣坤，孙军盈，韩菲，
申请(专利权)人：中国地质装备集团有限公司，中地装北京科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11