CN111395947B - 一种多工艺顶部电驱动钻井装置 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种多工艺顶部电驱动钻井装置

技术领域

本发明涉及钻井装置技术领域，尤其涉及一种多工艺顶部电驱动钻井装置。

背景技术

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明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，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种多工艺顶部电驱动钻井装置。

本发明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。

本发明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易泄露以及外部污染物不易进入变速箱。

可选地，所述提环通过销轴与安装在所述壳体的顶部；所述提吊装置还包括设置有多块钢板组成框架结构，所述框架结构能够支撑所述管柱处理机构和所述动力吊卡，所述第二转轴固定设置于所述框架结构上。销轴能够使得提环能够相对于壳体转动，方便本装置进行提吊。另外，框架结构使得提吊装置的结构更加稳定，不容易发生断裂。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明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。

附图说明

图1为本发明的多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例1的立体结构示意图；

图2为图1中的多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例1的正面剖侧视图；

图3为本发明的多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例1的左视图；

图4为本发明多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例2的变速箱立体示意图；

图5为本发明多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例2的变速箱仰视图；

图6为本发明多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例2的变速箱在图5沿着J-J处的剖视图；

图7为本发明多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例2的变速箱在图5沿着M-M处的剖视图；

图8为本发明多工艺顶部电驱动钻井装置的实施例3的动力水龙头的剖视图；

图9为图2在A处的放大图。

【附图标记说明】

1、动力水龙头；2、变速箱；3、提吊装置；4、背钳；5、动力吊卡；6、管柱处理机构；7、液压系统；8、滑车；9、变频电机；10、导轨；

11：壳体；12：提环；13：空心主轴；14：换挡机构；

20：输入轴；21：输出轴；22：中间轴；23：第一中间齿轮；24：第二中间齿轮；25：第一输出齿轮；26：第二输出齿轮；27：同步轮；28：第二液压油缸；29：换挡拨叉；30：安装孔；

40：摆动架；42：第二转轴；44：支架；45：进水冲管；46：第一锁母；47：第二锁母；48：进水管；49：第三锁母；50：防松环；51：销轴；

61：吊环；62：第一转轴；63：第一液压油缸。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图X的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1：

本实施例要解决的技术问题是，如何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。

参照图1、图2和图3，本发明提供一种多工艺顶部电驱动钻井装置，包括：动力水龙头1、变速箱2、动力源、提吊装置3、管柱处理机构6、动力吊卡5、背钳4、滑车8、导轨10和液压系统7。

动力水龙头1包括壳体11、提环12、空心主轴13和钻井液循环机构；钻井液循环机构连接外部钻井液管道和空心主轴13，提环12和钻井液循环机构安装在壳体11的顶部，空心主轴13可转动地依次穿过壳体11、变速箱2和提吊装置3；动力水龙头1是本钻井装置主要的载体，提环12用于连接外部大钩，用于将整个装置提起，空心主轴13用于连接钻杆，并将动力传输到钻杆上，同时通过钻井液循环机构，在空心主轴13内部循环钻井液，进而把岩屑从井底携带至地面。

变速箱2的上端与动力水龙头1的下端相连，变速箱2包括输入轴20、输出轴21、换挡机构14以及设置于输入轴20和输出轴21之间的多级减速齿轮组，换挡机构14通过调整多级减速齿轮组的匹配关系来调整输入轴20与输出轴21的转速比，空心主轴13贯穿输出轴21且与输出轴21固定连接；动力源与输入轴20相连并将动力从输入轴20经过多级减速齿轮组减速后传给输出轴21，输出轴21再将动力传输给空心主轴13和钻杆。多级减速齿轮组可以将动力源的转速降低，使得钻杆的扭矩更大，但相对的回转速度也就会降低。如果需要高转速的时候，可以通过换挡机构14来调节多级减速齿轮组的匹配关系来调整输入轴20与输出轴21的转速比，将转速比调小，这样就可以将钻杆的扭矩降低，速度提升，进而使得本装置能够满足多种钻井需求，实现一机多用。

提吊装置3与壳体11相连，提吊装置3包括成对的摆动架40和第二转轴42，成对的摆动架40通过第二转轴42转动设置在提吊装置3的两侧。

管柱处理机构包括吊环61、第一转轴62和第一液压油缸63，第二转轴42与第一转轴62相互垂直，吊环61通过第一转轴62转动设置在摆动架40的下端，第一液压油缸63的第一端与摆动架40铰接且第一液压油缸63的第二端与吊环61的中部铰接。在实际钻井过程中，钻杆的位置有多种，比如常见安放钻杆的小鼠洞，它由一根向井架中心倾斜并插入地下的套管(称鼠洞管)所构成，因此需要吊环61与动力水龙头1成一定角度。第一液压油缸43能够伸缩来驱动吊环61相对于动力水龙头1倾斜，即，使吊环61与动力水龙头1呈现一定角度，同时，第一液压油缸43还能够为吊环61提供支撑，使其不会受重力下落，以便安装钻杆。

动力吊卡5设置在成对的吊环41的自由端上，背钳44通过支架44安装在变速箱2的下端，钻杆能够穿过背钳4并通过螺纹与空心主轴13的自由端相连。动力吊卡5是在钻井过程中起升或下降管柱的专用工具，背钳4用于夹紧钻杆，动力吊卡5和背钳4都可以为钻井工程内常用的工具，动力吊卡5可以为液压动力吊卡5，背钳4为环形背钳4或侧挂式背钳4等。在本实例中采用液压动力吊卡5和侧挂式背钳4，侧挂式背钳4通过支架44安装在变速箱2下端，便于拆卸和安装。

滑车8安装在变速箱2上，滑车8能够在导轨10上滑动；液压系统7设置有相互连接的液压集成阀组和电控箱，液压集成阀组通过液压管道与背钳4、管柱处理机构6以及动力吊卡5相连。操作者在外部操作电控箱，电控箱再将信号传送给液压集成阀组，之后液压集成阀组将外部传输的液压油按信号要求传送给背钳4、第一液压油缸63以及动力吊卡5，使其完成完成加接钻杆、起下钻等作业。

本发明实施例提出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。

实施例2：

在钻井现场，由于施工环境恶劣，传统的换挡机构14无法满足环境需要，因此，本实施例2在实施例1的基础上对换挡机构14进行改进，以用于满足多工艺顶部电驱动钻井装置的换挡需求。

参照图4、图5、图6和图7，动力源包括成对的变频电机9，输入轴20成对地设置在变速箱2的两端并与变频电机9一一对应相连。双电机驱动为钻井提供更大的扭矩，配合换挡机构14，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，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。

进一步地，多级减速齿轮组包括设置在中间轴22上且半径不同的第一中间齿轮23和第二中间齿轮24以及均通过轴承设置在输出轴21上且半径不同的第一输出齿轮25和第二输出齿轮26，中间轴22与输入轴20相互平行设置且通过齿轮传动，输入轴20上设置有输入齿轮，输入齿轮与第一中间齿轮23、第二中间齿轮24或者在中间轴22上增设的第三中间齿轮啮合均可。在本实施方式中，选择输入齿轮与第二中间齿轮24啮合，可以减少制造成本，同时，第二中间齿轮24位于变速箱2的下方，齿轮油能够很好地润滑到输入齿轮。第一中间齿轮23和第一输出齿轮25啮合，第二中间齿轮24和第二输出齿轮26啮合，换挡机构14设置有同步轮27，同步轮27设置在输出轴21上并与输出轴21周向限位(通过键槽和键配合进行限位)，同步轮27能够在输出轴21上沿轴向移动，并能够与第一输出齿轮25和第二输出齿轮26其中任意一个卡合，进而让第一输出齿轮25与输出轴21或者第二输出齿轮26与输出轴21固定连接同步转动。多级减速齿轮组不仅能为电机减速，同时配合换挡机构14还使得变速箱2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。

其中，换挡机构14还包括第二液压油缸28和设置在第二液压油缸28上的换挡拨叉29，换挡拨叉29上形成有安装孔30，同步轮27通过轴承安装于安装孔30内，第二液压油缸28带动换挡拨叉29移动，以使同步轮27在输出轴21上轴向移动，第二液压油缸28与液压集成阀组相连。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2的体积，并能够增加变速箱2的使用寿命。

实施例3：

在循环钻井液的时候，在水管连接处，往往容易产生钻井液泄露，同时，水管之间安装不便且容易松动，本实施例3在实施例2的基础上对钻井液循环机构进行改进，钻井液循环机构包括进水冲管45、第一锁母46、第二锁母47和与外部钻井液管道相连的进水管48，参见图8和图9，进水管48设置壳体11的顶部，进水冲管45的一端通过第一锁母46和第一旋转密封圈连接进水管48，进水冲管45的另一端通过第二锁母47和第二旋转密封圈连接空心主轴13的顶端，通过第一锁母46和第二锁母47配合旋转密封圈能够保证钻井液不会冲管道连接处漏出，第一锁母46和第二锁母47均可采用管道连接时常用的锁母。

其中，空心主轴13与变速箱2的底部连接处设置有第三锁母49；第三锁母49包括两个半环，两个半环之间通过螺钉固定，半环上设置有倒钩，空心主轴13上设置有卡槽，倒钩卡扣在卡槽内。倒钩配合卡槽能够使得第三锁母49很方便地安装在空心主轴13之上，同时保证变速箱2内的齿轮油不会从空心主轴13和变速箱2之间的间隙泄露。

进一步地，第三锁母49外设置有防松环50，第三锁母49与防松环50之间设置有卡簧。防松环50可以保证第三锁母49与空心主轴13连接更加紧凑，同时卡簧可以防止防松环50脱落。

实施例4：

在实施例3的基础上，本实施例4主要针对多工艺顶部电驱动钻井装置整体进行改进，主要有：

壳体11设置有凸止口，变速箱2的顶部设置有凹止口，凸止口与凹止口相互配合。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1的壳体11更方便插入变速箱2的箱体的上部。

其中，空心主轴13与变速箱2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2中的齿轮油不易泄露以及外部污染物不易进入变速箱2。

进一步地，提环12通过销轴51与安装在壳体11的顶部，销轴51能够使得提环12能够相对于壳体11转动，方便本装置进行提掉。另外，提吊装置3还包括设置有多块钢板组成框架结构，框架结构能够支撑管柱处理机构和动力吊卡，第二转轴42固定设置于框架结构上。框架结构使得提吊装置3的结构更加稳定，不容易发生断裂。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (9)

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；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，所述第二液压油缸与所述液压集成阀组相连。

5.如权利要求1-4任意一项所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，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。

6.如权利要求1-4任意一项所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，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。

7.如权利要求6所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，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。

8.如权利要求1-4任意一项所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，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；

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。

9.如权利要求2-4任意一项所述的多工艺顶部电驱动钻井装置，其特征在于，所述提环通过销轴与安装在所述壳体的顶部；所述提吊装置还包括设置有多块钢板组成框架结构，所述框架结构能够支撑所述管柱处理机构和所述动力吊卡，所述第二转轴固定设置于所述框架结构上。

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