[发明专利]顶部驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于钻井眼的顶部驱动装置。 

背景技术

一种用于钻井眼(比如油气井)的顶部驱动系统是两种常见类型的系统中的一种，另一种是转盘系统。顶部驱动系统通常包括主体，所述主体容纳用于使接头旋转的马达，其具有连接到接头上的转子，所述接头可连接到单根管、管立根或管柱上。所述管可以是下列管中的任一种：钻杆、套管、衬管、附加管或任何在井眼(比如油气井)的构建、维修和修理中使用的其他管。顶部驱动系统通常布置在钻机的井架上的基本上竖直的轨道上。顶部驱动系统利用越过与顶部驱动系统连接的游动滑车上的天车的绳在轨道上提升和下放。所述绳使用通常称为绞车的绞盘被卷入和放出。顶部驱动系统从而可以被用于使管进出井眼；使钻柱旋转以利于钻井眼；以及使单根管或管立根相对于悬持在井眼中的管柱旋转以便螺纹连接或拆开钻柱中的管柱，从而加长或缩短管柱。吊卡通常依靠连接到顶部驱动上的连接件来便于操作管以及对准接头以便与其连接或拆开。顶部驱动系统也可以与被动或主动驱动的卡盘和/或旋转夹钳结合使用以便于管与管柱的连接和拆开。 

现有技术公开了多种顶部驱动系统，比如在下列美国专利中所公开的系统：4,458,768；4,807,890；4,984,641；5,433,279；6,276,450；4,813,493；6,705,405；；4,800,968；4,878,546；4,872,577；4,753,300；6,007,105；6,536,520；6,679,333；6,923,254，在此完全包含所有这些专利用于各种目的。 

发明内容

根据本发明，提供了一种用于井眼操作的顶部驱动装置，所述顶部驱动装置包括：主体；具有贯穿其中的流动孔的主轴，所述流动孔用作钻井液的通道；环绕至少部分主轴并与其驱动连接的套筒轴；以及用于使套筒轴旋转的马达装置，其特征在于，齿轮系统布置在马达装置和套筒轴之间，用来使套筒轴旋转，从而驱动主轴，主轴穿过齿轮系统，主轴可通过将主轴从套筒轴上拆开并从所述套筒轴提升所述主轴而从主体上拆卸下来。 

优选地，主轴从主体延伸。有利的是，顶部驱动装置还包括位于主轴上方的与主体连接的上部部件，上部部件可从主体拆开以允许从主体提升主轴。优选地，上部部件包括下列部件中的至少一个：与主体连接的帽(bonnet)、与主轴流体连通的冲管；以及与冲管流体连通的鹅颈管。 

优选地，顶部驱动装置还包括具有贯穿其中的中心孔的连接接头，主轴穿过连接接头的中心孔。有利的是，顶部驱动装置还包括与主轴连接的负载环，连接接头位于负载环的上方。优选地，顶部驱动装置还包括弹簧夹头(spring cartridge)装置，所述弹簧夹头装置具有顶部环、底部环和位于顶部环和底部环之间并将顶部环和底部环推压分开的多个弹簧，所述弹簧夹头装置位于连接接头内并且推压连接接头远离负载环，以使得在连接接头和负载环之间保持间隙直到连接接头支承能克服弹簧的推力的足够重量。优选地，顶部驱动系统还包括用于可选择地锁定或旋转连接接头的旋转系统。可以提供马达以便用于驱动旋转。优选地，旋转系统包括内啮合齿轮箱、可旋转地安装在内啮合齿轮箱内的内啮合齿轮(ring gear)和用于驱动内啮合齿轮从而使连接接头旋转的马达。有利的是，旋转系统还包括用于将驱动从马达传送到内啮合齿轮的齿轮传动装置。优选地，顶部驱动系统还包括两端带法兰的短管，所述两端带法兰的短管环绕主轴布置在内啮合齿轮箱和连接接头之间。有利的是，两端带法兰的短管绕从主体悬挂下来并且绕主轴布置的杆可旋转地布置，优选地，与其同心布置。有利 的是，顶部驱动系统还包括用于允许连接接头旋转的牵引链系统，所述牵引链系统包括外壳；可旋转地安装在外壳内的两端带法兰的短管；带有第一端部和第二端部的链，第一端部与两端带法兰的短管连接，第二端部与连接接头连接，所述链能够缠绕到两端带法兰的短管上或从其上解开缠绕，解开缠绕的链接收在外壳中；所述链承载的多个管道，所述管道用于在牵引链系统和连接接头下方的部件之间传输信号或动力流体；以及与两端带法兰的短管连接用于使两端带法兰的短管和连接接头旋转的旋转系统。 

优选地，齿轮系统封装在齿轮箱中。有利的是，齿轮箱将齿轮系统封装于润滑剂中。优选地，齿轮箱至少部分被套筒轴的外表面定界。