[实用新型]一种顶部驱动钻井装置齿轮箱

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种齿轮箱，特别是涉及一种顶部驱动钻井装置齿轮箱

背景技术

在石油钻探领域里，顶部驱动钻井装置的应用非常广泛。传统顶部驱动钻井装置包括齿轮箱、钻井主轴和钻井装置，所述齿轮箱固定在钻机单导轨上，所述齿轮箱包括箱体和安装在所述箱体顶部的箱盖，在所述齿轮箱内安装有若干与所述箱体底部固接的相互啮合的齿轮组，所述箱体底部通过轴承与钻井主轴相连接，所述箱体外的钻井主轴上安装有所述钻井装置，所述钻井装置低于所述齿轮箱，所述钻井装置包括有多个逐节相连的钻杆。

顶部驱动钻井装置的工作环境非常复杂，经常要面对各种可能出现的恶劣情况。在不同工作环境下，与所述钻井主轴连接的所述齿轮箱的受力情况有很大不同。

当顶部驱动钻井装置向地下钻进时，底层产生的巨大阻力通过所述钻井主轴传给所述箱体底部，由于所述箱体外侧固定在所述钻机单导轨上，因此根据作用力与反作用力的关系，所述箱体外侧会受到来自所述钻杆柱的向下拉力作用，此外所述箱体还受到来自所述钻井主轴的重力和来自地层的冲击和振动等产生的其他力，在这些外力的综合作用下，会导致齿轮箱产生变形。

当顶部驱动钻井装置工作当中出现钻井卡钻，并需进行倒划眼操作时，所述钻井装置会受到来自地下的巨大拉力。由于所述钻井主轴置于所述箱体的近中间位置，因此，这些巨大拉力进一步通过所述钻井主轴传递给与所述钻井主轴相连接的所述箱体底部中间位置；同时，在相同的拉力方向上，所述箱体底部还受到来自所述钻井主轴自身的重力的作用；由于所述箱体固定不动，根据作用力与反作用力的关系，所述箱体外侧必然会受到所述钻井支架向上的支撑力。根据理论和实践分析，在这些外力共同作用下，必然会导致箱体产生较大的变形。

齿轮箱箱体的具体变形及受力状态请参见图1。

图1中A代表箱体外侧受到的来自钻井支架的向上的支撑力；B代表箱体中部受到的来自钻井主轴的向下的拉力和钻井主轴及与钻井主轴相连的钻井装置的重力的合力；C代表相互啮合的一组齿轮的齿轮轴在箱体变形前的位置；C1代表相互啮合的一组齿轮的齿轮轴在箱体变形后的位置；D1代表相互啮合的一组齿轮的齿轮轴在箱体变形前的距离；D代表相互啮合的一组齿轮的齿轮轴在箱体变形后的距离；E代表箱体底部变形前的位置；E1代表箱体底部变形后的位置。

由图1可知，在拉力、重力和所述箱体外侧支撑力等外力共同作用下，箱体产生了较大的变形。箱体沿钻井主轴方向向下变形时，引起箱体侧壁和底部外缘产生向内的变形，即引起了箱体径向距离减小；根据箱体的结构特点，愈靠近箱体顶部，箱体侧壁向内侧变形越大。由于相互啮合的传动齿轮轴固定于箱体底部，因而，箱体径向距离的减小使得传动齿轮的轴间距变小，即传动齿轮中心距变小；变形严重时可能导致齿轮之间的齿间隙变为零。这种变形，会引起相互啮合的齿轮间传动不灵活，并最终导致出现齿轮转动卡滞的现象。此外，由于齿间隙的减少，使得齿轮齿面不易存留适当润滑油及润滑油油膜，并造成齿轮箱内的齿轮齿面较早出现破坏，降低了顶部驱动钻井装置齿轮箱齿轮的使用寿命；而长期更换齿轮，不但要增加整个顶部驱动钻井装置的成本，也会降低整个系统的可靠性。

针对上述不足，目前，国内外现有技术中大多采用较多的改进方案主要包括以下两种。

方案一，在结构设计中采用增加齿轮箱箱体厚度的方法来加强齿轮箱箱体的刚度，来实现减小齿轮箱变形量的目的。但是采用这种方式却存在以下不足：首先，采用这种方法制成的齿轮箱的结构非常庞大，整个齿轮箱的外观显得很笨重，也不美观。其次，采用这种方式尽管能够使齿轮箱的抗变形能力有一定提高，但是其抗变形的效果并不理想。最后，增加齿轮箱厚度必然要耗费大量的钢材；用来做齿轮箱的材料都是非常昂贵的特种钢材，增加齿轮箱厚度的同时必然会导致企业成本的较大增加；同时，庞大的结构必然使箱体重量大大增加，而顶驱是在单导轨上由动力驱动而上下往复运动的，在行程不变的情况下，增加重量后克服自身重力做的无用功必然也会增加，从而使企业能耗增加。