CN204371138U - 齿轮齿条式顶驱升降系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种齿轮齿条式顶驱升降系统，包括井架、悬持系统、行走系统、顶驱及支撑系统；顶驱通过悬持系统的悬持连杆固定连接于其正下方；行走系统通过行走连杆与顶驱固定连接在同一水平面上，支撑系统通过支撑连杆与顶驱固定连接在顶驱的斜下方位置；悬持系统包括至少两条悬持齿条导轨和至少四个悬持齿轮；至少两条悬持齿条导轨竖直固定连接于井架上，任一条悬持齿条导轨的两面都设有齿条机构，至少四个悬持齿轮分别与至少两条悬持齿条导轨的两面的齿条机构配合，并位于同一水平面；悬持系统还包括通过转轴与悬持齿轮连接的悬持动力系统。本实用新型提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，可以减轻人工作业负担，提高钻井效率。

Description

齿轮齿条式顶驱升降系统

技术领域

本实用新型实施例涉及钻井技术，尤其涉及一种齿轮齿条式顶驱升降系统。

背景技术

随着自动化钻井技术和钻井设备的普及，石油钻机越来越多的配置顶部驱动钻井系统，顶部驱动钻井系统在大多数石油钻井作业中已成为主要采用的钻井方法，它可取代传统的转盘及方钻杆钻井技术。顶部驱动钻井系统以立根为基本单元进行钻井，其方法是在钻井开始之前先将立根接好，然后再利用顶部驱动装置钻进。

现有的顶驱系统未能实现顶部驱动装置在井架上的自动行走，依靠绞车-天车-钢丝绳这种升降系统对顶驱进行升降，需要司钻工人对顶驱位置进行实时控制，这使得司钻工人工作任务繁重，钻井过程很难实现自动化；现有的顶驱升降方式由于人工操作，所以升降周期长，钻井效率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种齿轮齿条式顶驱升降系统，以降低人工作业负担，提高钻井效率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种齿轮齿条式顶驱升降系统，其中，所述齿轮齿条式顶驱升降系统包括：

井架、悬持系统、行走系统、顶驱及支撑系统；所述顶驱通过所述悬持系统的悬持连杆固定连接于所述悬持系统的正下方，所述行走系统通过行走连杆与所述顶驱固定连接在同一水平面上，所述支撑系统通过支撑连杆与所述顶驱固定连接在所述顶驱的斜下方位置；

所述悬持系统包括：至少两条悬持齿条导轨和至少四个悬持齿轮；其中，所述至少两条悬持齿条导轨竖直固定连接于所述井架上，所述至少两条悬持齿条导轨的任一条的两面都设有齿条机构，所述至少四个悬持齿轮分别与所述至少两条悬持齿条导轨的两面的齿条机构配合，并位于同一水平面；

所述悬持系统还包括：悬持动力系统，所述悬持动力系统通过转轴与所述悬持齿轮连接。

根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述悬持动力系统包括：悬持动力电机、悬持离合器、悬持分动器及悬持行走架；

所述悬持动力电机、所述悬持离合器、所述悬持分动器及所述悬持行走架各有至少两个；所述悬持动力系统中的所述悬持动力电机、所述悬持离合器、所述悬持分动器及所述悬持行走架分为至少两组，每组中包括至少一个所述悬持动力电机、至少一个所述悬持离合器、至少一个所述悬持分动器及至少一个所述悬持行走架；

所述悬持动力电机通过所述悬持离合器与所述悬持分动器连接；所述至少四个悬持齿轮分别位于所述悬持行走架内；所述悬持行走架内的悬持齿轮通过所述转轴安装，并与所述悬持行走架对应的悬持分动器连接。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述悬持系统还包括悬持横梁；所述两个悬持行走架固定连接在所述悬持横梁的两端。

根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述悬持系统的悬持连杆有两根；所述悬持连杆的连接部位可拆卸；所述悬持连杆的下端与所述顶驱固定连接，所述悬持连杆的上端与所述悬持横梁固定连接。

根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述行走系统还包括：行走电机、行走离合器、行走分动器、行走架；

所述行走电机通过所述行走离合器与所述行走分动器连接，所述行走分动器与所述行走架连接。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述行走系统还包括：行走齿条导轨和行走齿轮；

所述行走齿条导轨竖直固定连接于所述井架上，所述行走齿条导轨的两面都设有齿条机构；

所述行走齿轮，安装在所述行走架的内部，通过所述转轴与所述行走分动器连接；所述行走齿轮至少有两个；所述行走齿轮分别与所述行走齿条导轨的两面的齿条机构配合。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述行走系统的行走连杆有两根，所述行走连杆的连接部位可拆卸；所述行走连杆的第一端与所述顶驱固定连接，所述行走连杆的第二端与所述行走架固定连接。

根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述支撑系统还包括：支撑架和液压缸；

所述支撑连杆、所述支撑架及所述液压缸至少有两组，所述支撑连杆的上端与所述顶驱固定连接，所述支撑连杆的下端的上部通过销轴与所述支撑连杆对应的支撑架铰接，所述支撑连杆的下端的下部与所述支撑连杆对应的液压缸铰接，所述液压缸的缸体后部铰接在所述液压缸对应的支撑架上。

根据第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述支撑系统还包括：支撑滚轮；

所述支撑滚轮安装在所述支撑架的外侧；

所述支撑架的两侧各有四排支撑滚轮，所述支撑滚轮与所述井架的钢板表面的滑轨配合。

采用本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，可以通过控制电机，对顶驱位置进行自动化实时控制，不需人工操作，减轻了人工作业负担，不容易因误操作出现安全事故；通过齿轮齿条结构方便调节和稳定钻压，提高了钻井效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统的结构示意图；

图2为图1中悬持系统的结构示意图；

图3为图2的局部剖视图；

图4为图1中行走系统的结构示意图；

图5为图4的局部剖视图；

图6为图1中支撑系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，包括：

井架1、悬持系统2、行走系统3、顶驱4、支撑系统5，顶驱4通过悬持系统2的悬持连杆11固连于悬持系统2正下方，行走系统3通过其行走连杆16与顶驱4固连在同一水平面上，支撑系统5通过其支撑连杆18与顶驱4固连在其斜下方位置。图2为图1中悬持系统的结构示意图。图3为图2的局部剖视图。如图2、图3所示，悬持系统2包括至少两条悬持齿条导轨27和至少四个悬持齿轮12，所述至少两条悬持齿条导轨27竖直固连于井架1上，每条悬持齿条导轨27两面都有齿条机构，所述至少四个悬持齿轮12分别与两条悬持齿条导轨27的两面齿条机构配合，并位于同一水平面，悬持系统2还包括悬持动力系统，悬持动力系统通过转轴24与悬持齿轮12连接。

采用本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，可以通过控制电机，通过悬持系统或支撑系统对顶驱位置进行自动化实时控制，不需人工操作，减轻了人工作业负担，不容易因误操作出现安全事故；通过齿轮齿条结构方便调节和稳定钻压，提高了钻井效率。

如图2、图3所示，悬持系统2的悬持动力系统包括悬持动力电机8、悬持离合器9、悬持分动器10、悬持行走架6，悬持动力电机8、悬持离合器9、悬持分动器10、悬持行走架6至少有两组，每组中悬持动力电机8通过悬持离合器9与悬持分动器10连接，四个悬持齿轮12分别位于两个悬持行走架6内，每个悬持行走架6内的两个悬持齿轮12通过转轴24安装，并与其对应悬持分动器10连接。

如图2、图3所示，悬持系统2还包括悬持横梁7，两个悬持行走架6固连在悬持横梁7两端。悬持系统2的悬持连杆11有两根，连杆连接部位可拆卸，通过螺钉23装配和紧固，悬持连杆11下端与顶驱4固连，上端与悬持横梁7固连。

图4为图1中行走系统的结构示意图。图5为图4的局部剖视图。如图4、图5所示，行走系统3还包括行走电机17、行走离合器13、行走分动器14、行走架15，行走电机17通过行走离合器13与行走分动器14连接，行走分动器14与行走架15连接。

如图4、图5所示，行走系统3还包括行走齿条导轨25和行走齿轮26，行走齿条导轨25竖直固连于井架1上，行走齿条导轨25两面都有齿条机构，行走齿轮26有两个，通过转轴24与行走分动器14连接，并安装在行走架15内部，分别与行走齿条导轨25两面齿条机构配合。

如图4、图5所示，行走系统3的行走连杆16有两根，连杆连接部位可拆卸，通过螺钉23装配和紧固，一端与顶驱4固连，一端与行走架15固连。

图6为图1中支撑系统示意图。如图1、图6所示，支撑系统5还包括支撑架19、液压缸21，支撑连杆18、支撑架19、液压缸21有两组，支撑连杆18上端与顶驱固连，下端上部通过销轴20与对应支撑架19铰接，下端下部与对应液压缸21活塞杆铰接，液压缸21缸体后部铰接在对应支撑架19上。

如图6所示，支撑系统5还包括支撑滚轮22，支撑滚轮22安装在支撑架19外侧，支撑架19两侧各有四排支撑滚轮22，支撑滚轮22与井架1的钢板表面的滑轨配合。

采用本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，在顶驱4带钻杆进行升降操作的场景中：比如正常钻进或者起钻时，通过悬持系统2来完成。悬持离合器9闭合，悬持系统2悬持动力电机8的转动通过悬持离合器9传递给悬持分动器10，进而带动悬持行走架6中转轴24和悬持齿轮12转动，悬持齿轮12与悬持齿条导轨27相互作用，提供顶驱4带钻杆上行或者下行所需强大的支持力。悬持齿轮12将支持力传递给悬持行走架6和悬持横梁7，进而通过悬持连杆11传递给顶驱4。通过控制悬持动力电机8的正反转，可以控制悬持齿轮12的转向，进而控制顶驱4的起降，通过控制悬持离合器9的闭合和断开，可以控制悬持动力电机8是否起作用，进而控制整个悬持系统2是否对顶驱4起作用。由于带钻杆操作时，所需支持力相对较大，因此采用四组齿轮齿条机构，既可以有效减小每组齿轮齿条承受载荷大小，又可以保持悬持系统2的平衡稳定。

采用本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统，在顶驱4不带钻杆进行起降操作的场景中，比如接立根时，通过行走系统3完成。行走离合器13闭合时，行走系统3行走电机17的转动通过行走离合器13传递给行走分动器14，进而带动行走架15中转轴24和行走齿轮26转动，行走齿轮26与行走齿条导轨25相互作用，提供顶驱4带钻杆上行或者下行所需支持力。行走齿轮26将支持力传递给行走架15，进而通过两根行走连杆16传递给顶驱4。通过控制行走电机17的正反转，可以控制行走齿轮26的转向，进而控制顶驱4的起降，通过控制行走离合器13的闭合和断开，可以控制行走电机17是否起作用，进而控制整个行走系统3是否对顶驱4起作用。

考虑顶驱4钻井的实际工作原理，设置悬持系统2和行走系统3两套动力系统和齿轮齿条机构，可以使顶驱在是否带钻杆两种不同工况下，匹配不同动力系统，有效避免了单套动力系统出现“大马拉小车”的能源浪费效率低下现象。

为了保证顶驱在起降过程中始终在竖直方向直线运动，顶驱工作过程中能克服负载转矩，需要有起到安全固定作用的支撑系统5。支撑系统5通过支撑连杆18将顶驱4与支撑架19连接，支撑架19的四排支撑滚轮22沿着与井架1固连的钢板表面滑轨竖直滑动，限制了支撑架19水平方向位移，因而支撑架可以对顶驱4起到水平方向支撑作用。液压缸21缸体铰接在支撑架19上，支撑连杆18下端上部与支撑架19铰接，下端下部与液压缸21活塞杆铰接，液压缸21通过支撑连杆18的定轴转动利用杠杆原理对顶驱起到支撑作用，通过控制液压缸21的压力，可以控制支撑连杆18的作用力度。

在本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统中，悬持系统和行走系统各有一套动力系统和齿轮齿条机构，在不同工况下，顶驱通过不同方式来升降，支撑系统对顶驱起到支撑作用。

采用本实用新型实施例提供的齿轮齿条式顶驱升降系统带来的有益效果为：可以通过控制电机，对顶驱位置进行自动化实时控制，不需人工操作，减轻了人工作业负担，不容易因误操作出现安全事故；通过齿轮齿条结构方便调节和稳定钻压，提高了钻井效率；根据不同工况采用不同升降方式，节约能耗；减少了顶驱升降系统占用的钻井平台空间和面积。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种齿轮齿条式顶驱升降系统，包括：井架、悬持系统、行走系统、顶驱及支撑系统；所述顶驱通过所述悬持系统的悬持连杆固定连接于所述悬持系统的正下方，所述行走系统通过行走连杆与所述顶驱固定连接在同一水平面上，所述支撑系统通过支撑连杆与所述顶驱固定连接在所述顶驱的斜下方位置，其特征在于：

所述悬持系统包括：至少两条悬持齿条导轨和至少四个悬持齿轮；其中，所述至少两条悬持齿条导轨竖直固定连接于所述井架上，所述至少两条悬持齿条导轨的任一条的两面都设有齿条机构，所述至少四个悬持齿轮分别与所述至少两条悬持齿条导轨的两面的齿条机构配合，并位于同一水平面；

所述悬持系统还包括：悬持动力系统，所述悬持动力系统通过转轴与所述悬持齿轮连接。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于，所述悬持动力系统包括：悬持动力电机、悬持离合器、悬持分动器及悬持行走架；

所述悬持动力电机、所述悬持离合器、所述悬持分动器及所述悬持行走架各有至少两个；所述悬持动力系统中的所述悬持动力电机、所述悬持离合器、所述悬持分动器及所述悬持行走架分为至少两组，每组中包括至少一个所述悬持动力电机、至少一个所述悬持离合器、至少一个所述悬持分动器及至少一个所述悬持行走架；

所述悬持动力电机通过所述悬持离合器与所述悬持分动器连接；所述至少四个悬持齿轮分别位于所述悬持行走架内；所述悬持行走架内的悬持齿轮通过所述转轴安装，并与所述悬持行走架对应的悬持分动器连接。

3.根据权利要求2所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述悬持系统还包括悬持横梁；所述两个悬持行走架固定连接在所述悬持横梁的两端。

4.根据权利要求3所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述悬持系统的悬持连杆有两根；所述悬持连杆的连接部位可拆卸；所述悬持连杆的下端与所述顶驱固定连接，所述悬持连杆的上端与所述悬持横梁固定连接。

5.根据权利要求1所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述行走系统还包括：行走电机、行走离合器、行走分动器、行走架；

所述行走电机通过所述行走离合器与所述行走分动器连接，所述行走分动器与所述行走架连接。

6.根据权利要求5所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述行走系统还包括：行走齿条导轨和行走齿轮；

所述行走齿条导轨竖直固定连接于所述井架上，所述行走齿条导轨的两面都设有齿条机构；

所述行走齿轮，安装在所述行走架的内部，通过所述转轴与所述行走分动器连接；所述行走齿轮至少有两个；所述行走齿轮分别与所述行走齿条导轨的两面的齿条机构配合。

7.根据权利要求5所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述行走系统的行走连杆有两根，所述行走连杆的连接部位可拆卸；所述行走连杆的第一端与所述顶驱固定连接，所述行走连杆的第二端与所述行走架固定连接。

8.根据权利要求1所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述支撑系统还包括：支撑架和液压缸；

所述支撑连杆、所述支撑架及所述液压缸至少有两组，所述支撑连杆的上端与所述顶驱固定连接，所述支撑连杆的下端的上部通过销轴与所述支撑连杆对应的支撑架铰接，所述支撑连杆的下端的下部与所述支撑连杆对应的液压缸铰接，所述液压缸的缸体后部铰接在所述液压缸对应的支撑架上。

9.根据权利要求8所述的齿轮齿条式顶驱升降系统，其特征在于：所述支撑系统还包括：支撑滚轮；

所述支撑滚轮安装在所述支撑架的外侧；

所述支撑架的两侧各有四排支撑滚轮，所述支撑滚轮与所述井架的钢板表面的滑轨配合。