[发明专利]门型双塔齿驱动钻机

说明书

技术领域

本发明内容属于石油钻机设备技术领域，涉及一种适用于地质、勘探、煤田、市政、水井、水平穿越等行业的钻探、打孔作业的门型双塔齿驱动钻机。

背景技术

目前国内外公知的用于钻探、打孔作业的设备大都是采用绞车、游车、天车以及钢丝绳游动系统作为起下钻作业主要方式的钻机。随着世界范围内对能源需求的不断增长和钻机部件自动化水平的不断提高，这种钻机设备在应对复杂和特定地质条件以及作业效率、节能环保、性价比、可靠性方面存在很多不足，不能够满足井队和用户的要求。其缺点主要表现在：

1.机械效率低，大量功率消耗于动、静滑轮的摩擦阻力；

2.绞车需要作为配重以满足最大快绳拉力，除消耗大量钢材外也给搬家运输带来困难；

3.滑轮组、游动系统结构复杂，每次搬运需要反复拆装，且每次搬运绞车滚筒死绳头需要切割掉，死绳端长度不够时，整根钻井绳即报废，浪费严重；

4.游吊系统为柔性连接，无法有效固定，起下钻时大幅摆动并可能撞击井架，为安全生产带来隐患；

5.钢丝绳在搬运、钻井过程中易受撞击、挤压且受力复杂，极易受到损害造成整根绳报废；

6.由于游吊系统为柔性连接，钻机无法对浅井段对钻杆进行加压和定向作业；

7.钻机搬运拆装时间长，车次多、成本高、工作量大；

8.钻机自动化程度低，维护、运行需要大量人员且劳动强度高。

基于以上缺点，近年来，挪威、美国、意大利和德国等一些国家的主要钻机生产厂均在尝试对现有钻机进行改造以探索新型结构钻机的研发方案，如引入自动化猫道、动力水龙头、交流变频、自动控制技术、齿轮齿条等，其中最具有典型特点是全液压钻机。全液压钻机在结构上采用液缸推拉固定顶驱的支架以满足起下钻的要求，同时在井架侧面安装自动化排管系统和自动化猫道，并通过增速滑轮解决液缸行程过长所带来的技术问题，该机的自动化程度高，省去了钢丝绳传动系统同时具备对钻杆的加压功能，因而具有一定的技术先进性。然而现有的全液压钻机也存在一些缺点，如对钻机的安装、维护要求高，沙漠、尘土环境适应性差，最大的缺点是空(轻)载起下钻速度慢(仅有0.3～0.6m/s)，使得钻井效率大打折扣，此外，目前所有这一类型的钻机提钻时仅能提单根钻杆，这对于起下钻杆、钻具的效率会造成较大影响，尤其是在打2000米以上深井时这一问题就暴露的更为，以致钻机的优越性因而得不到发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种结构紧凑、使用方便、自动化性能好、可广泛应对各种地质和钻井工艺要求且作业效率高的门型双塔齿驱动钻机。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的；所提供的门型双塔齿驱动钻机包括井架、底座、顶驱、快速起下钻装置、上卸扣装置、钻杆、钻杆移运装置、卡盘、钻杆移运操控系统、司钻操控系统以及井架和底座起升系统，其中，井架主体由两个并行设置的截面为矩形、三角形或多边形的单门柱塔构成，并采用铰接方式装接在底座上，双塔之间通过两组或两组以上的背梁以及背梁撑杆固定，在井架中部设置有一个单根钻杆二层台和一个双根(立根)钻杆二层台，在井架的一侧面处设有竖向齿条轨道，快速起下钻装置由设置在井架顶部的滑轮组、钢丝绳和快速起下绞车组成，顶驱设置在一个其上装设有马达及悬吊装置的顶驱滑车上，顶驱滑车的悬吊装置与快速起下钻装置的钢丝绳连接，顶驱滑车上马达的输出轴通过齿轮与竖向齿条轨道啮合连接，钻杆移运装置通过铰接方式安装在井架或底座上，司钻操控系统的工作台安装在靠近井架内侧的底座工作台面上。工作时与钢丝绳连接的悬吊装置可在起下绞车的驱动下实现顶驱的快速起升或下放作业，钻井时用推力为钻头提供钻压，解决大位移井和水平井技术开发浅层油气藏的钻井问题。

本发明的技术解决方案还在于：齿条轨道在井架主体上的安装固定位置包括两个单门柱塔的同侧面、两个单门柱塔的外侧面以及两个单门柱塔的内侧面，该齿条轨道和顶驱滑车上齿轮间的齿传动同时适用于链条、链板、链轮传动或棘轮、棘爪传动。

本发明的技术解决方案还在于：顶驱滑车与井架主体间安装有由对应配合的滚轮和导轨构成的滚动定位装置，其定位装置接触面包括平面、凹面或曲面，以保证安装顶驱的滑车沿直线平行于井架运动。上述的滚轮包括竖向动滚轮和水平动滚轮。

本发明的技术解决方案还在于：顶驱滑车与井架主体间安装有由对应配合的滑板和滑轨构成的滑动定位装置，其定位装置接触面包括平面、凹面或曲面，以保证安装顶驱的滑车沿直线平行于井架运动。