CN105178843A - 链条式顶驱钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链条式顶驱钻机，包括底座、垂直固定在底座上的井架、设置在井架上上下移动的送钻装置和悬挂于送钻装置下方的顶驱装置，所述井架的中部均设置有凹槽结构的导轨，所述导轨的同侧内壁上均固定设有链条；所述送钻装置包括送钻驱动装置和链轮，两个链轮分别与链条相啮合，送钻驱动装置通过送钻传动机构分别与两个链轮连接，送钻装置的上下两侧分别固定设有限位机构；顶驱装置包括顶驱驱动装置，顶驱驱动装置通过顶驱传动机构与钻杆短节连接，顶驱装置的一侧设有吊环角度旋转装置，吊环角度旋转装置上设有吊环；底座上设有背钳。其结构简单、紧凑，安装方便，体积小，安全可靠，能减轻工人劳动强度，提高工作效率。

Description

链条式顶驱钻机

技术领域

本发明涉及一种钻机，具体涉及一种链条式顶驱钻机。

背景技术

石油钻机是在石油勘探开发中重要的设备，是通过钻机带动钻具向地下钻进，并破碎孔底岩石，下入或提出在孔内的钻具。现有的起升管柱的方式，一般都是利用绞车、天车、钢丝绳、大钩等来进行起升。

现有的钻机一般在起下装置部分采用方钻杆和转盘的结构进行，通过绞车缠绕钢丝绳，然后钢丝绳通过天车等，带动大钩起升或下放管柱，这种方钻杆和转盘的结构复杂，体积大，而且钢丝绳需要定期检查和更换，存在安全隐患；同时在送钻时还需要钻台司钻人员手扶刹把工作，这样不仅劳动强度大，而且工作效率低；另外，现在一般使用老式塔式井架，体积大，占地面积大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、紧凑，安装方便，体积小，安全可靠，能减轻工人劳动强度，提高工作效率的链条式顶驱钻机。

其技术方案是：链条式顶驱钻机，包括底座、垂直固定在底座上的井架、设置在井架上上下移动的送钻装置和悬挂于送钻装置下方的顶驱装置，所述井架包括相对设置的第一井架和第二井架，所述第一井架和第二井架的中部均设置有凹槽结构的导轨，所述导轨的同侧内壁上均固定设有链条；

所述送钻装置包括送钻驱动装置和分别设置在第一井架和第二井架的导轨内的链轮，两个链轮分别与链条相啮合，所述送钻驱动装置通过送钻传动机构分别与两个链轮连接，所述送钻装置的上下两侧分别固定设有用于防止送钻装置摆动的限位机构；

所述顶驱装置包括用于驱动钻杆旋转的顶驱驱动装置，所述顶驱驱动装置通过顶驱传动机构与钻杆短节连接，所述顶驱装置的一侧设有用于调整吊环角度的吊环角度旋转装置，所述吊环角度旋转装置上设有用于悬挂吊卡的吊环；

所述底座上设有用于夹紧钻杆的背钳。

所述送钻驱动装置包括送钻主驱动装置和送钻辅驱动装置，所述顶驱驱动装置包括顶驱主驱动装置和顶驱辅驱动装置，所述送钻主驱动装置、送钻辅驱动装置、顶驱主驱动装置和顶驱辅驱动装置均为电机或液压马达。

所述送钻传动机构包括送钻齿轮箱，位于送钻齿轮箱内固定设置在送钻主驱动装置输出轴上的第一送钻小齿轮，所述第一送钻小齿轮啮合有送钻中齿轮，所述送钻中齿轮的输出轴上固定设有第二送钻小齿轮，所述第二送钻小齿轮啮合有送钻大齿轮，所述送钻大齿轮的输出轴与链轮的链轮轴固定连接在一起。

所述送钻传动机构还包括位于送钻齿轮箱内固定设置在送钻辅驱动装置输出轴上的第一辅助送钻小齿轮，所述第一辅助送钻小齿轮啮合有辅助送钻中齿轮，所述辅助送钻中齿轮的输出轴上固定设有第二辅助送钻小齿轮，所述第二辅助送钻小齿轮与送钻大齿轮啮合连接。

所述限位机构包括用于限制送钻装置左右移动的导向轮轴，所述导向轮轴位于第一井架和第二井架的两个导轨之间，所述导向轮轴的两端分别设有位于小导轨内的小导向轮，所述导向轮轴上还设有用于限制送钻装置前后移动的两个大导向轮，所述大导向轮位于大导轨内，其中，小导向轮和大导向轮分别位于链条的两侧。

所述吊环角度旋转装置包括设置在顶驱装置一侧的液压马达和旋转吊环架，所述液压马达的输出轴上连接有吊环齿轮，所述旋转吊环架的外侧设有外齿圈，所述吊环齿轮与外齿圈啮合连接，所述吊环设置在旋转吊环架上。

所述顶驱传动机构包括顶驱齿轮箱，位于顶驱齿轮箱内固定设置在顶驱主驱动装置输出轴上的电机齿轮，所述电机齿轮上啮合有顶驱大齿轮，所述顶驱大齿轮的齿轮轴上固定连接有顶驱小齿轮，所述顶驱小齿轮的外侧啮合有内齿轮，所述内齿轮底部与钻杆短节连接，所述旋转吊环架通过轴承与顶驱齿轮箱转动连接。

所述顶驱传动机构还包括位于顶驱齿轮箱内固定设置在顶驱辅驱动装置输出轴上的辅助电机齿轮，所述辅助电机齿轮上啮合有顶驱辅助大齿轮，所述顶驱辅助大齿轮的齿轮轴上固定连接有顶驱辅助小齿轮，所述顶驱辅助小齿轮与内齿轮啮合连接。

所述送钻驱动装置和顶驱驱动装置上均设有刹车装置。

所述链条、井架和导轨为整体式结构。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：结构简单、紧凑，安装方便，体积小，安全可靠，能减轻工人劳动强度，能提高工作效率。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是图1的半剖视图；

图3是送钻装置的结构剖视图；

图4是图3的俯视图；

图5是井架的结构示意图；

图6是图1的俯视图；

图7是顶驱装置的结构剖视图；

图8是顶驱装置的结构示意图；

图9是顶驱装置的局部剖视图。

图中：1.第一井架；2.第二井架；3.导轨；4.底座；5.送钻主驱动装置；6、61.链条；7.第一送钻小齿轮；8.送钻中齿轮；9.送钻大齿轮；10、101.链轮；11.背钳；12.送钻辅驱动装置；13.第一辅助送钻小齿轮；14.辅助送钻中齿轮；15.第二辅助送钻小齿轮；16.刹车装置；17.导向轮轴；18、181.小导向轮；19、191.大导向轮；20.钻杆短节；21.吊环；22.顶驱主驱动装置；23.顶驱辅驱动装置；24.送钻齿轮箱；25.第二送钻小齿轮；26.小导轨；27.大导轨；28.液压马达；29.旋转吊环架；30.吊环齿轮；31.顶驱大齿轮；32.顶驱小齿轮；33.内齿轮；34.顶驱辅助大齿轮；35.顶驱辅助小齿轮；36.电机齿轮；37.外齿圈；39.顶驱吊环；40.防喷器；41.挂座；42.顶驱齿轮箱。

具体实施方式

参照图1-图9，链条式顶驱钻机，包括底座4、垂直固定在底座4上的井架、设置在井架上上下移动的送钻装置和悬挂于送钻装置下方的顶驱装置，井架包括相对设置的第一井架1和第二井架2，第一井架1和第二井架2的中部均设置有凹槽结构的导轨3，导轨3的同侧内壁上均固定设有链条6；链条、井架和导轨为整体式结构。其中，第一井架1和第二井架2外侧设有多条纵横交错的加强筋，能提高其承载能力，如图5所示。

送钻装置包括送钻驱动装置和分别设置在第一井架1和第二井架2的导轨3内的链轮10，两个链轮10分别与链条6相啮合，送钻驱动装置通过送钻传动机构分别与两个链轮10连接，送钻装置的上下两侧分别固定设有用于防止送钻装置摆动的限位机构；

顶驱装置包括用于驱动钻杆旋转的顶驱驱动装置，顶驱驱动装置通过顶驱传动机构与钻杆短节20连接，顶驱装置的一侧设有用于调整吊环21角度的吊环角度旋转装置，吊环角度旋转装置上设有用于悬挂吊卡的吊环21；在顶驱装置上还设置有防喷器40。

在底座4上设有用于夹紧钻杆的背钳11。通过背钳11能对钻杆等进行夹紧固定，完成钻杆上卸扣的工作。

其中，送钻驱动装置包括送钻主驱动装置5和送钻辅驱动装置12，顶驱驱动装置包括顶驱主驱动装置22和顶驱辅驱动装置23，送钻主驱动装置5、送钻辅驱动装置12、顶驱主驱动装置22和顶驱辅驱动装置23均为电机或液压马达。通过两个送钻电机和两个顶驱电机，能实现损坏备用或根据负载等自由选择使用，保证正常工作。如图3和图4所示。

而送钻传动机构包括送钻齿轮箱24，位于送钻齿轮箱24内固定设置在送钻主驱动装置5输出轴上的第一送钻小齿轮7，第一送钻小齿轮7啮合有送钻中齿轮8，送钻中齿轮8的输出轴上固定设有第二送钻小齿轮25，第二送钻小齿轮25啮合有送钻大齿轮9，送钻大齿轮9的输出轴与链轮10的链轮轴固定连接在一起。在送钻齿轮箱24的底部设有悬挂顶驱装置的挂座41。

送钻传动机构还包括一套辅助驱动机构，具体为：位于送钻齿轮箱24内固定设置在送钻辅驱动装置12输出轴上的第一辅助送钻小齿轮13，第一辅助送钻小齿轮13啮合有辅助送钻中齿轮14，辅助送钻中齿轮14的输出轴上固定设有第二辅助送钻小齿轮15，第二辅助送钻小齿轮15与送钻大齿轮9啮合连接。通过这部分辅助送钻传动结构，能根据需要选择使用通过一个电机或两个电机即送钻主驱动装置5和送钻辅驱动装置12来驱动送钻大齿轮9转动，通过送钻大齿轮9可以带动链轮10和101在链条6上上下移动。通过这种结构可以根据负载的大小旋转使用一个电机或两个电机，同时，送钻辅驱动装置12还可以作为备用电机使用，当一个电机损坏时，可以启动另一个，不会出现停井作业，能保证正常工作。

如图1和图4所示，限位机构包括用于限制送钻装置左右移动的导向轮轴17，导向轮轴17位于第一井架1和第二井架2的两个导轨3之间，导向轮轴17的两端分别设有位于小导轨26内的小导向轮18和181，导向轮轴17上还转动设有用于限制送钻装置前后移动的两个大导向轮19、191，大导向轮19位于大导轨27内，其中，小导向轮18和大导向轮19分别位于链条6的两侧。通过导向轮轴17和两端的小导向轮18可以限制送钻装置左右移动；通过两个大导向轮19可以限制送钻装置前后移动，防止在起下钻过程中送钻装置晃动和振动，同时，保证链轮10与链条6始终啮合在一起，防止振动损坏。其中限位机构为2个，分别设置在送钻装置的上下两侧。

如图7所示，吊环角度旋转装置包括设置在顶驱装置一侧的液压马达28和旋转吊环架29，所述液压马达28的输出轴上连接有吊环齿轮30，所述旋转吊环架29的外侧设有外齿圈37，所述吊环齿轮30与外齿圈37啮合连接，所述吊环21设置在旋转吊环架29上。通过液压马达28可以驱动吊环齿轮30转动，吊环齿轮30通过外齿圈37的啮合可以带动旋转吊环架29360°旋转，调整吊环21的任意角度。

另外，顶驱传动机构包括顶驱齿轮箱42，位于顶驱齿轮箱42内固定设置在顶驱主驱动装置22输出轴上通过电机齿轮36啮合有顶驱大齿轮31，所述顶驱大齿轮31的齿轮轴上固定连接有顶驱小齿轮32，所述顶驱小齿轮32的外侧啮合有内齿轮33，所述内齿轮与钻杆短节20连接，所述旋转吊环架29通过轴承与顶驱齿轮箱42转动连接。如图7-图9所示。

顶驱传动机构还包括一套辅助驱动机构，具体为：位于顶驱齿轮箱42内的通过辅助电机齿轮（图中未示出）啮合的顶驱辅助大齿轮34，辅助电机齿轮与顶驱辅驱动装置23的输出轴连接，顶驱辅助大齿轮34的齿轮轴上固定连接有顶驱辅助小齿轮35，顶驱辅助小齿轮35与内齿轮33啮合连接，内齿轮33与钻杆短节20连接。通过这部分辅助顶驱传动结构，能根据需要选择使用通过一个电机或两个电机即顶驱主驱动装置22或顶驱辅驱动装置23来驱动内齿轮33转动，通过内齿轮33带动钻杆短节20转动，从而带动钻杆转动。通过设置两个电机能提高工作效率。将钻井的动力引至钻具上部直接驱动钻具旋转钻井，驱动的动力可以是直流电、交流电，也可以是液压的，用顶驱替代方钻杆、转盘，可以用两根为单元钻进，而不是单根作业，减少了三分之二的工作量，提高钻井速度，最根本优越性是在起下钻过程中，动力始终与钻具在一起，遇阻、遇卡时，可迅速旋转钻具，接通泥浆进行划眼作业，化解钻井事故。顶驱装置提高了操作机械化程度，加上与其配套的机械化装备，可大大减轻工人劳动强度，减少操作人员。

送钻驱动装置和顶驱驱动装置上均设有刹车装置16。刹车装置16为已知的通过控制器控制的刹车盘结构，在此不多赘述。通过刹车装置16控制起下钻的启停。

工作原理：

送钻装置工作原理：送钻主驱动装置5驱动第一送钻小齿轮7旋转，第一送钻小齿轮7驱动送钻中齿轮8旋转，送钻中齿轮8通过输出轴带动第二送钻小齿轮25旋转，第二送钻小齿轮25带动送钻大齿轮9旋转，送钻大齿轮9与链轮10、101同轴且固定，这样带动链轮10、101旋转，链轮10、101分别与井架导轨3内侧的链条6和61啮合运转；送钻装置沿着链条导轨井架内侧的链条6和61轨迹垂直运行，经顶驱吊环39带动顶驱装置垂直运行，完成起下钻工作。

顶驱装置工作原理：顶驱主驱动装置22与电机齿轮36同轴旋转，电机齿轮36与顶驱大齿轮31啮合，顶驱大齿轮31与顶驱小齿轮32同轴设置，顶驱小齿轮32与内齿轮33啮合旋转带动钻杆短节20旋转，钻杆短节20下端接钻杆，通过背钳11对钻杆进行夹紧固定，完成连接钻杆上卸扣的工作。

通过液压马达28可以驱动吊环齿轮30转动，吊环齿轮30通过外齿圈31的啮合可以带动旋转吊环架29360°旋转，调整吊环21的任意角度。

本发明链条式顶驱钻机的特点：

链条导轨式井架：链条、导轨和井架设为整体式结构，井架结构简单，体积小，安装快捷、方便，节约时间，占地面积小。

送钻装置：结构紧凑，整体性好，安装快捷、方便，安全可靠，取消了钻台司钻人员手扶刹把工作，司钻人员在操作室就可操作控制送钻装置及顶驱装置的上下运行，完成起下钻工作。

顶驱装置：顶驱装置是钻井装备上的一项重大革新，钻井的动力引至钻具上部直接驱动钻具旋转钻井，驱动的动力可以是直流电、交流电，也可以是液压的，用顶驱替代方钻杆、转盘，可以用两根为单元钻进，而不是单根作业，减少了三分之二的工作量，提高了钻井速度，最根本的优越性是在起下钻过程中，动力始终与钻具在一起，遇阻、遇卡时，可迅速旋转钻具，接通泥浆进行划眼作业，化解钻井事故。而且通过顶驱装置提高了操作机械化程度，加上与其配套的机械化装备，可大大减轻工人劳动强度，减少操作人员。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.链条式顶驱钻机，包括底座、垂直固定在底座上的井架、设置在井架上上下移动的送钻装置和悬挂于送钻装置下方的顶驱装置，其特征在于：所述井架包括相对设置的第一井架和第二井架，所述第一井架和第二井架的中部均设置有凹槽结构的导轨，所述导轨的同侧内壁上均固定设有链条；

所述送钻装置包括送钻驱动装置和分别设置在第一井架和第二井架的导轨内的链轮，两个链轮分别与链条相啮合，所述送钻驱动装置通过送钻传动机构分别与两个链轮连接，所述送钻装置的上下两侧分别固定设有用于防止送钻装置摆动的限位机构；

所述顶驱装置包括用于驱动钻杆旋转的顶驱驱动装置，所述顶驱驱动装置通过顶驱传动机构与钻杆短节连接，所述顶驱装置的一侧设有用于调整吊环角度的吊环角度旋转装置，所述吊环角度旋转装置上设有用于悬挂吊卡的吊环；

所述底座上设有用于夹紧钻杆的背钳。

2.根据权利要求1所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述送钻驱动装置包括送钻主驱动装置和送钻辅驱动装置，所述顶驱驱动装置包括顶驱主驱动装置和顶驱辅驱动装置，所述送钻主驱动装置、送钻辅驱动装置、顶驱主驱动装置和顶驱辅驱动装置均为电机或液压马达。

3.根据权利要求1或2所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述送钻传动机构包括送钻齿轮箱，位于送钻齿轮箱内固定设置在送钻主驱动装置输出轴上的第一送钻小齿轮，所述第一送钻小齿轮啮合有送钻中齿轮，所述送钻中齿轮的输出轴上固定设有第二送钻小齿轮，所述第二送钻小齿轮啮合有送钻大齿轮，所述送钻大齿轮的输出轴与链轮的链轮轴固定连接在一起。

4.根据权利要求3所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述送钻传动机构还包括位于送钻齿轮箱内固定设置在送钻辅驱动装置输出轴上的第一辅助送钻小齿轮，所述第一辅助送钻小齿轮啮合有辅助送钻中齿轮，所述辅助送钻中齿轮的输出轴上固定设有第二辅助送钻小齿轮，所述第二辅助送钻小齿轮与送钻大齿轮啮合连接。

5.根据权利要求1、2或4所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述限位机构包括用于限制送钻装置左右移动的导向轮轴，所述导向轮轴位于第一井架和第二井架的两个导轨之间，所述导向轮轴的两端分别设有位于小导轨内的小导向轮，所述导向轮轴上还设有用于限制送钻装置前后移动的两个大导向轮，所述大导向轮位于大导轨内，其中，小导向轮和大导向轮分别位于链条的两侧。

6.根据权利要求5所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述吊环角度旋转装置包括设置在顶驱装置一侧的液压马达和旋转吊环架，所述液压马达的输出轴上连接有吊环齿轮，所述旋转吊环架的外侧设有外齿圈，所述吊环齿轮与外齿圈啮合连接，所述吊环设置在旋转吊环架上。

7.根据权利要求5所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述顶驱传动机构包括顶驱齿轮箱，位于顶驱齿轮箱内固定设置在顶驱主驱动装置输出轴上的电机齿轮，所述电机齿轮上啮合有顶驱大齿轮，所述顶驱大齿轮的齿轮轴上固定连接有顶驱小齿轮，所述顶驱小齿轮的外侧啮合有内齿轮，所述内齿轮与钻杆短节连接，所述旋转吊环架通过轴承与顶驱齿轮箱转动连接。

8.根据权利要求7所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述顶驱传动机构还包括位于顶驱齿轮箱内固定设置在顶驱辅驱动装置输出轴上的辅助电机齿轮，所述辅助电机齿轮上啮合有顶驱辅助大齿轮，所述顶驱辅助大齿轮的齿轮轴上固定连接有顶驱辅助小齿轮，所述顶驱辅助小齿轮与内齿轮啮合连接。

9.根据权利要求1或2所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述送钻驱动装置和顶驱驱动装置上均设有刹车装置。

10.根据权利要求9所述的链条式顶驱钻机，其特征在于：所述链条、井架和导轨为整体式结构，所述第一井架和第二井架为凹槽结构，所述第一井架和第二井架的外侧设有多条纵横交错的加强筋。