CN201953313U - 极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，包括底盘系统、钻台拖撬、钻台和井架，所述钻台的一侧固定井架，井架顶端设有天车，井架中部设有二层台，井架与钻台连接，钻台通过钻台立柱固定在井架基础上，钻台立柱左侧的井架基础上设有井口对正装置，船形底座的右侧连接井架基础，井架基础右侧与钻台拖橇相连，钻台拖撬的右侧设有钻台拖撬轮，作业时船形底座通过支撑架连接底盘系统，底盘系统支撑于船形底座上。本实用新型有益效果：钻台底座采用折叠拖挂式结构，可低位安装，然后起升到位，安装更方便快捷，且移运时无需大量拆卸，钻台下放到位后，随拖挂式底座总成一起移运即可，减少拆装工作量，移运过程更便捷。

Description

极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机

技术领域

本实用新型涉及一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机。

背景技术

随着全球石油需求量日益俱增，世界油价逐年攀升，石油开采进入高峰期，地下资源开发不断深入，开始向海洋、沙漠、沼泽、极地等更恶劣的地理环境延伸，地貌、温度、气候等条件都对常规的钻井装备提出了挑战，其中极地地区储有大量油气，俄罗斯、美国、加拿大等国家对这一领域油气田开发日益扩大，适合在极地地区作业的钻机需求随之增大。经实地调研，充分结合极地地区作业需求，特研发此“极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机”，该钻机适合在-45℃使用，-60℃储藏，满足这一领域的作业的实际需求。为便于运输、拆装方便，目前市场上多采用自走式底盘、桅杆井架、伸缩式底座、直流电驱动钻机，从设备设计特点和各种材料性能上不适宜在极地地区使用。

目前市场同类机械驱动钻机多采用自走式底盘、桅杆井架、伸缩式底座，从结构设计、传动原理和材料性能上不适宜在极地地区-45℃环境下使用，与该新型专利设备相比存在以下缺陷：

1、自走式底盘带有驾驶室，配套有齐全的动力驱动、转向、液、电、气等系统，以满足自行行走的需要，根据各个国家的公路运输规定，此类车量需交付一定的运输费用；

2、通常自走式底盘离地间隙只有340mm，在极地地区冬季积雪厚度高达1米，如此自走式底盘将埋没在积雪中，轮胎较窄，积雪中打滑严重，打滑和被积雪堵塞致使无法行走；

3、通常钻机的钻台底座非拖挂形式，运输中需要整体装载在运输车辆上，拆装工作量大；

4、井架形式和对正井口装置，①常规钻机采用桅杆式井架，井架起升后需要通过绷绳稳固，绷绳的一端与井架连接，另一端通过地锚固定，极地地区几乎常年被积雪覆盖，地表冻层很厚，因此打地锚非常困难，不切合实际。②根据桅杆式井架设计特点，井架起升后形成3°～3.5°的倾角，因井架长期受载荷作用，倾角会逐渐增大，最终偏离井口，降低工作准确性、稳定性和可靠性；

5、极地低温问题，也是对设计者提出的最大挑战，常规钻机在极地低温环境下工作金属材料的低温韧性，橡胶材料的低温冷脆性，流体介质的低温泵送性，动力原件的低温启动性，电器原件锡焊的抗脱落性、发光能力，信号原件的准确性、可显示性，均出现急剧下降，操作环境极其恶劣；

6、悬挂形式，通常钻机采用气囊悬挂，但在极地地区，由于环境温度极低，橡胶材料失效、漏气，另外低温下气体极易凝结成水，进而形成积冰，气囊悬挂失效；

9、牵引销形式，拖车与橇件的链接鞍座，通常单一的销轴设计，只能对应一种规格的拖车销子，局限性大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，克服现有产品中上述方面的不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，包括底盘系统、传动系统、船形底座、钻台拖撬、钻台和井架，井架安装于拖车上，井架底部与井口调整装置对应，井架底部通过支撑杆与钻台和底盘系统的右端连接，井架顶端设有天车，钻台底部前端与井口调整装置相连，井口调整装置左侧与船形底座相连，拖车置于船型底座上方，钻台立柱左侧的船形底座上设有井口对正装置，船形底座的右侧连接钻台拖撬，钻台拖撬的右侧设有钻台拖撬轮，船形底座通过支撑架连接底盘系统，底盘系统支撑于船形底座上，底盘系统的左侧通过牵引销连接拖车，底盘系统的右侧设有若干车轮，相邻两个车轮之间通过刚性悬挂连接，主机拖车上部的左端设有倒绳机，倒绳机的右侧设有液压油箱，液压油箱右侧设有润滑装置，双电机与并车箱相连。

所述传动系统包括电机、并车箱和角传动箱，电机与并车箱连接，并车箱上部动力输出口通过万向轴连接角传动箱，角传动箱通过齿轮箱连接绞车；并车箱下部动力输出口通过万向轴连接减速箱，减速箱通过万向轴连接下角传动箱，该下角传动箱与上角传动箱通过万向轴连接，上角传动箱输出口连接转盘。

本实用新型的有益效果为：

1、采用折叠拖挂式钻台和拖挂式底盘，移运时通过翻转销与拖车头连接，无动力驱动和转向等行车系统设备，不会产生公路运输费用，更经济便捷。

2、采用直径为1875mm的雪地专用大轮胎，底盘高度较常规钻机提高了845mm，在极地地区1m厚积雪情况下可顺利通过，同时增大与地面的接触面积，降低了与地面打滑几率，提高了整车的通过性。

3、钻台底座采用折叠拖挂式结构，可低位安装，然后起升到位，安装更方便快捷，且移运时无需大量拆卸，钻台下放到位后，随拖挂式底座总成一起移运即可，减少拆装工作量，移运过程更便捷。另外，通常底座高度为6米，本专利设计7米底座高度，足够的空间更适合极低地区安装井控设备的需要；

4、全数字矢量控制AC-DC-AC交流变频电驱动，液、气电传控制，通过交流电动机驱动钻机主要设备，如：绞车、泥浆泵、转盘等工作，因交流电动机具备如下几个优点，①交流电动机效率可高达96%～97%，经济性好，②AC电动机没有电刷，工作时不会产生火花，防爆，钻井过程更安全；经久耐用，维护保养简单；质量轻、体积小、占用空间少；③AC变频驱动，可精确调节工作转速与输出扭矩，具有更好的调节性能。④AC变频驱动零转速时具有全制动扭矩，可保证钻井安全。⑤过载能力强，1分钟内可承受额定载荷的150%过载载荷。因此采用交流变频驱动提高了工作效率和操控性能，更适合井场作业需求；

5、采用双电机并车，通过分动箱，一路经角传动箱驱动绞车，另一路经传动轴和转盘传动装置驱动转盘，本传动方案优势突出在降低成本、结构新颖、安全可靠；

6、采用直立套装前开口井架结构，通过电控液动力驱动井架起升，起升后通过液压杆支撑，零倾斜、无绷绳，结构稳定可靠，即节省打地锚大量的工作，也增强了提升系统的稳定性，同时前开口形式更适宜安装顶驱系统；

7、钻机关键承载金属结构件采用耐低温金属材料、橡胶件、电气原件、各类油品等采用特殊的适合低温使用材料，和人为采用保温棚、蒸汽加热和电加热器、电伴热带等保温措施营造小环境，确保钻机可在 -45 ~+55 ℃下正常工作，-60 ℃储存的良好性能。同时，表面涂漆层具有耐盐碱、耐油、耐热、耐潮湿、耐寒性能，保证了整机在极地地区安全可靠的作业。

8、拖车采用三桥刚性平衡悬挂更安全可靠，可避免常规气囊在低温环境下橡胶材料脆裂、失效，且因低温造成的气体结冰，气控失效；

9、所有拖车的牵引销均采用翻转式结构，同一牵引销采用调头安装，可以满足2＂和3 1/2＂的鞍座，实用范围更广、更灵活；

10、采用井架、底座远程遥控起升系统，可实现在45m处远程遥控井架、底座起升和下放，避免了近距离操作的危险性，更加安全可靠。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述的极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机的结构示意图之一；

图2是本实用新型实施例所述的极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机的结构示意图之二；

图3是本实用新型实施例所述的极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机中传动系统的结构示意图。

图中：

1、底盘系统；2、船形底座；3、钻台拖撬；4、钻台；5、井架；6、天车；7、二层台；8、钻台立柱；9、井口对正装置；10、转盘；11、钻台拖撬轮；12、支撑架；13、牵引销；14、拖车；15、倒绳机；16、液压油箱；17、润滑装置；18、万向轴；19、小绞车；20、死绳固定器；21、电机；22、并车箱；23、角传动箱；24、绞车；25、减速箱；26、下角传动箱；27、上角传动箱；28、刚性悬挂；29、车轮。

具体实施方式

如图1-3所示，本实用新型实施例所述的一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，包括底盘系统1、船形底座2、钻台拖撬3、钻台4和井架5，井架5安装于拖车14上，井架5底部与井口调整装置9对应，井架5底部通过支撑杆与钻台4和底盘系统1的右端连接，井架5顶端设有天车6，钻台4底部前端与井口调整装置9相连，井口调整装置9左侧与船形底座2相连，拖车14置于船型底座2上方，船形底座2的右侧设有井口对正装置9，井口对正装置9的右侧连接钻台拖撬3，钻台拖撬3的右侧设有钻台拖撬轮11，船形底座2通过支撑架12连接底盘系统1，底盘系统1支撑于船形底座2上，底盘系统1的左侧通过牵引销13连接拖车14，底盘系统1的右侧设有若干车轮13，相邻两个车轮29之间通过刚性悬挂28连接，拖车14上部的左端设有倒绳机15，倒绳机15的右侧设有液压油箱16，液压油箱16右侧设有润滑装置17，双电机21与并车箱22相连。所述传动系统包括电机21、并车箱22和角传动箱23，电机21与并车箱22连接，并车箱22通过万向轴18连接角传动箱23，角传动箱23通过链条连接绞车24，绞车24通过万向轴18连接减速箱25，减速箱25通过万向轴18连接下角传动箱26，该下角传动箱26与上角传动箱27通过万向轴18连接，上角传动箱27连接转盘10。

具体使用时，底盘系统1用于安装钻井设备和移运，移运时，通过翻转式牵引销13与拖车14连接，底盘系统1上的设备在无需拆卸的情况下，可随底盘一起移运；钻机采用大轮胎一方面加高了底盘高度，便于通过1米厚的积雪，另一方面加大了与地面的接触面积，增大摩擦，减小与地面打滑几率，更易行进；钢性悬挂又为极地低温气候下平稳移运提供了保障，整体结构紧凑，拆装工作量小，移运十分便捷。井架用于安放天车、悬挂游动系统、起下钻具，排放立根、下套管、处理井下事故等作业。使用中通过操作远程控制系统，液压油箱16提供动力，利用伸缩油缸实现井架5的起升和下放。利用拖车14逐个将折叠式拖挂钻台4、主机设备、井控设备及其它钻井工具搬到井场预定位置后，底盘平稳安放在船形底座2上，底盘前端放置在支撑架12上；低位安装钻台和其上钻井工具，并将钻台4与底盘总成连接完毕后，先起升钻台，随后液压控制系统通过油缸将井架5起升到位，井架5前后支撑杆保证其安全可靠的竖起，然后连接各电、液、气控系统，通过钻井大绳将绞车、天车6、游车、死绳固定器、和倒绳机连接在一起形成提升系统，为钻井起下钻、下套管，控制钻压及钻头钻进等提供支持。

本实用新型实施例所述的一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机的传动原理如下：

在浅中层井段作业时，只启动两台电机中的任何一台电机21通过并车分动箱将动力分成两路，一路经角传动箱23通过链条传动驱动绞车24，另一路通过万向轴18将动力传输到减速器25、角传动箱23驱动转盘10。

在较深层井段作业时，同时启动两台电机21，经并车箱22并车后，经上述传动线路，分别为绞车24和转盘10提供更大的动力源，完成高负荷作业。

在极地低温条件下工作，钻机关键承载金属结构件采用耐低温金属材料、橡胶件、电气原件、各类油品等采用特殊的适合低温使用材料，和人为采用保温棚、蒸汽加热和电加热器、电伴热带等保温措施营造小环境，确保钻机可在 -45 ~+55℃下正常工作，-60℃储存的良好性能。同时，表面涂漆层具有耐盐碱、耐油、耐热、耐潮湿、耐寒性能，保证了整机在极地地区安全可靠的作业；拖车采用三桥刚性平衡悬挂更安全可靠，可避免常规气囊在低温环境下橡胶材料脆裂、失效，且因低温造成的气体结冰，气控失效；本专利所有拖车的牵引销均采用翻转式结构，同一牵引销采用调头安装，可以满足2＂和3 1/2＂的鞍座，实用范围更广、更灵活；采用井架、底座远程遥控起升系统，可实现在45m处远程遥控井架、底座起升和下放，避免了近距离操作的危险性，更加安全可靠。

Claims (2)

1.一种极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，包括底盘系统（1）、传动系统、船形底座（2）、钻台拖撬（3）、钻台（4）和井架（5），其特征在于：井架（5）安装于拖车（14）上，井架（5）底部与井口调整装置（9）对应，井架（5）底部通过支撑杆与钻台（4）和底盘系统（1）的右端连接，井架（5）顶端设有天车（6），钻台（4）底部前端与井口调整装置（9）相连，井口调整装置（9）左侧与船形底座（2）相连，拖车（14）置于船型底座（2）上方，钻台立柱（8）左侧的船形底座（2）上设有井口对正装置（9），船形底座（2）的右侧通过井口对正装置（9）连接钻台拖撬（3），钻台拖撬（3）的右侧设有钻台拖撬轮（11），船形底座（2）通过支撑架（12）连接底盘系统（1），底盘系统（1）支撑于船形底座（2）上，底盘系统（1）的左侧通过牵引销（13）连接拖车（14），底盘系统（1）的右侧设有若干车轮（13），相邻两个车轮（29）之间通过刚性悬挂（28）连接，拖车（14）上部的左端设有倒绳机（15），倒绳机（15）的右侧设有液压油箱（16），液压油箱（16）右侧设有润滑装置（17），双电机（21）与并车箱（22）相连。

2.根据权利要求1所述的极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机，其特征在于：所述传动系统包括电机（21）、并车箱（22）和角传动箱（23），电机（21）与并车箱（22）连接，并车箱（22）上部动力输出口通过万向轴（18）连接角传动箱（23），角传动箱（23）通过齿轮箱连接绞车（24）；并车箱（22）下部动力输出口通过万向轴（18）连接减速箱（25），减速箱（25）通过万向轴（18）连接下角传动箱（26），该下角传动箱（26）与上角传动箱（27）通过万向轴（18）连接，上角传动箱（27）输出口连接转盘（10）。

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