CN111173441A - 一种稀土永磁直驱钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀土永磁直驱钻机，包括背钳，所述背钳内侧活动安装NC保护接头，本发明钻机采用顶驱式，具有长行程、高效能、可靠性高等特点；钻机采用永磁电机直接驱动方案，无减速箱，通过变频器控制钻机转速，具有噪声低、结构紧凑、控制算法相对简单等优点；钻机能进行立根钻进，比单根钻进效率高很多，且提升能力较大，随时开泵扫孔，处理钻探事故非常方便；钻机绞车可实现自动送钻、悬停和无磨擦刹车，代替传统钻机的闸带、轮毂与盘刹工作钳用摩擦力控制下钻、送钻速度的工况；钻机智能化司钻控制台具有钻机操作和钻进参数实时显示、电液系统运行监控与显示、故障显示、报警的功能，提高钻进过程中的自动化、智能化、集成化水平。

Description

一种稀土永磁直驱钻机

技术领域

本发明涉及直驱钻井领域，尤其涉及一种稀土永磁直驱钻机。

背景技术

目前，我国深井钻机普遍存在三种问题：一是能力较弱，二是功能单一，三是结构复杂；

随着石油、天然气、页岩气、煤层气、地热、各种矿产开发深井、定向井、对接井任务的增多，急需一种高效率、多功能、能力大、结构简单、使用维护方便的钻机来应对深孔、复杂地层的钻探问题；

现有的立轴式钻机行程短，液压式钻机能效低、可靠性差，需研制一种行程长、能效高、可靠性好的钻机型式；现有的顶驱钻机减速机构庞大，噪声大，震动大，且配套变频控制系统复杂，需简化结构，精简控制系统；深孔钻探事故易发，易卡钻、堵钻，对施工成本影响很大，需提高钻机施工效率，提高处理事故能力。

发明内容

本发明提供，旨在解决上述存在的能效低、可靠性差、噪音大、震动大、结构系统复杂、事故易发、易卡钻、易堵钻的问题。

本发明是这样实现的，包括背钳，所述背钳内侧活动安装有NC保护接头，所述NC保护接头上端固定连接有第一增扭法兰，所述第一增扭法兰远离NC保护接头一端固定连接有手动内防喷器，所述手动内防喷器远离第一增扭法兰一端固定连接有第二增扭法兰，所述第二增扭法兰上端活动连接有回转器，所述回转器上端活动连接有动力系统，所述回转器一侧固定连接有过渡架，所述过渡架下端活动连接有吊环倾斜机构，所述吊环倾斜机构下端活动连接有固定扣，所述吊环倾斜机构通过固定扣活动连接有吊卡，所述过渡架远离吊环倾斜机构一侧活动安装有销轴，所述销轴配合连接有销，所述过渡架远离吊环倾斜机构一侧通过销轴配合连接销活动安装有滑车系统，所述动力系统一侧与滑车系统固定连接，所述动力系统上端轴端点活动连接有冲管，所述冲管上端固定连接有鹅颈管总成，所述动力系统上端远离冲管两侧固定安装有提环，所述提环远离动力系统两端与连接头活动连接，所述连接头两端与平衡系统活动连接，两个所述平衡系统远离连接头两端均与提环轴中活动连接。

优选的，所述动力系统与回转器上端通过齿轮配合连接。

优选的，所述连接头内部两端均活动安装有轴承，所述连接头通过轴承与平衡系统活动连接。

优选的，所述吊卡上端与动力系统外侧通过卡扣固定连接，所述动力系统两侧均固定连接有活动臂，所述活动臂下端通过锁扣与背钳活动连接。

优选的，所述过渡架下端两侧均活动连接有吊环倾斜机构，两个所述吊环倾斜机构下端活动连接有固定扣，两个所述吊环倾斜机构通过固定扣活动连接有吊卡，两个所述吊卡均与回转器固定连接。

优选的，所述动力系统为永磁变频电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本设备采用直驱传动方式，设备中不需要安装离合器、变速箱、减速箱、分动箱，真正实现了无齿轮传动，几乎不可能有任何机械故障，从而减少故障率，减少制造成本，维护成本；并且无需安装闸带、轮毂、盘刹，实现了无摩擦刹车和带负荷悬停，悬停重量与提升能力相同，悬停工况的敏感度高；利用永磁电机的发电功能，控制钻具的下放速度，将钻具下放的势能转化为电能，并可将所发的电能回馈电网。工作钳不用频繁使用，起到辅助刹车作用；

2、本设备的钻机方式为顶驱式，具有长行程、高效能、可靠性高等特点；钻机采用永磁电机直接驱动方案，无减速箱，通过变频器控制钻机转速，具有噪声低、结构紧凑、控制算法相对简单等优点；钻机能进行立根钻进，比单根钻进效率高很多，且提升能力较大，随时开泵扫孔，处理钻探事故非常方便；钻机绞车可实现自动送钻、悬停和无磨擦刹车，代替传统钻机的闸带、轮毂与盘刹工作钳用摩擦力控制下钻、送钻速度的工况；钻机智能化司钻控制台具有钻机操作和钻进参数实时显示、电液系统运行监控与显示、故障显示、报警的功能，提高钻进过程中的自动化、智能化、集成化水平，实现深孔装备的跨越式发展，提升钻机在国内外市场的竟争力。

附图说明

图1为本发明一种稀土永磁直驱钻机的正视图；

图2为本发明一种稀土永磁直驱钻机的后视图；

图3为本发明一种稀土永磁直驱钻机的侧视图；

图4为本发明一种稀土永磁直驱钻机的正剖图；

图5为本发明一种稀土永磁直驱钻机的鸟瞰图；

图6为本发明一种稀土永磁直驱钻机的俯视图；

图中：1、背钳；2、第一增扭法兰；3、第二增扭法兰；4、动力系统；5、冲管；6、提环；7、鹅颈管总成；8、平衡系统；9、滑车总成；10、过渡架；11、销轴；12、销；13、吊环倾斜机构；14、手动内防喷器；15、NC50保护接头；16、吊卡；17、固定扣；18、锁扣；19、回转器；20、液压油箱；21、连接头；22、活动臂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1-4，一种稀土永磁直驱钻机，包括背钳1，所述背钳1内侧活动安装有NC50保护接头15，所述NC50保护接头15上端固定连接有第一增扭法兰2，所述第一增扭法兰2远离NC50保护接头15一端固定连接有手动内防喷器14，所述手动内防喷器14远离第一增扭法兰2一端固定连接有第二增扭法兰3，所述第二增扭法兰3上端活动连接有回转器19，所述回转器19上端活动连接有动力系统4，所述回转器19一侧固定连接有过渡架10，所述过渡架10下端活动连接有吊环倾斜机构13，所述吊环倾斜机构13下端活动连接有固定扣17，所述吊环倾斜机构13通过固定扣17活动连接有吊卡16，所述过渡架10远离吊环倾斜机构13一侧活动安装有销轴11，所述销轴11配合连接有销12，所述过渡架10远离吊环倾斜机构13一侧通过销轴11配合连接销12活动安装有滑车总成9，所述动力系统4一侧与滑车总成9固定连接，所述动力系统4上端轴端点活动连接有冲管5，所述冲管5上端固定连接有鹅颈管总成7，所述动力系统4上端远离冲管5两侧固定安装有提环6，所述提环6远离动力系统4两端与连接头21活动连接，所述连接头21两端与平衡系统8活动连接，两个所述平衡系统8远离连接头21两端均与提环6轴中活动连接。

本发明中，所述动力系统4与回转器19上端活动连接，在憋钻时，可用刹车机构刹住钻具，慢慢释放，防止钻具迅速反弹，以防损坏钻具或脱扣；

所述连接头21内部两端均活动安装有轴承，所述连接头21通过轴承与平衡系统8活动连接，从而起到平衡设备的效果；

所述吊卡16上端与动力系统4外侧通过卡扣固定连接，所述动力系统4两侧均固定连接有活动臂20，所述活动臂20下端通过锁扣18与背钳1活动连接，钻机能进行立根钻进，比单根钻进效率高很多，且提升能力较大，随时开泵扫孔，处理钻探事故非常方便；

所述过渡架10下端两侧均活动连接有吊环倾斜机构13，两个所述吊环倾斜机构13下端活动连接有固定扣17，两个所述吊环倾斜机构13通过固定扣17活动连接有吊卡16，两个所述吊卡16均与回转器19固定连接，定向钻进和取芯钻进效率更高；

所述动力系统4为永磁变频电机，异步电动机的效率和功率因数与负载率直接相关；负载率低时发热。因为是异步电机，有丢转现象；永磁电机运行效率和功率因数几乎与电机的负载率无关；可短时输出2倍的额定扭矩，适合顶驱冲扣和崩扣。无励磁电流，省电25％；同步电机，送钻精确，可精确送钻至0.1mm/S，适合绞车动力，提下钻用一套电机系统，可省绞车送钻电机和传动系统；利用永磁电机的发电功能，控制下钻速度。

本发明的工作原理是：将本设备移动至现场，架设好后，操作人员在司钻房内通过PLC和各种控制程序集中控制钻机的电传电控系统、检测系统、液压系统、机械系统各个部分的运行，实现钻机的智能化、自动化控制，设备将背钳1将沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环泥浆，接立根，机械上卸扣和提下钻开泵扫孔等多种钻进操作的钻机设备，永磁电机直接驱动顶驱工作，无齿轮传动，循环液通过电机转子空心轴，空心轴两端与分别与水龙头和钻杆相联，钻杆接头传递扭矩，避免卡盘卡夹对钻杆的损伤；顶驱在复杂地层提下钻遇阻卡时，可迅速用背钳1接好钻柱，开泵循环长行程(20m)回转扫孔提下钻，减少卡钻、埋钻的事故的发生；当钻杆旋转至底时，背钳1将锁死下端钻杆，通过动力系统4逆向旋转打开与钻杆之间的连接，同时为提高钻进的自动化水平，减少钻进辅助时间，实现背钳1协助上卸扣，设计有平衡系统8保护钻杆丝扣，在提取钻杆时，对钻杆的平衡进行保护；永磁电机直接驱动绞车工作，无齿轮传动，在地质钻机中采用双折线滚筒绞车，提下钻可实现无级调速，下钻时可利用刹车送钻永磁电机发电进行能耗刹车，出现紧急情况时可用安全钳刹车，变频控制系统和钻进参数采集反馈系统控制钻压和钻进速度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种稀土永磁直驱钻机，包括背钳(1)，其特征在于：所述背钳(1)内侧活动安装有NC50保护接头(15)，所述NC50保护接头(15)上端固定连接有第一增扭法兰(2)，所述第一增扭法兰(2)远离NC50保护接头(15)一端固定连接有手动内防喷器(14)，所述手动内防喷器(14)远离第一增扭法兰(2)一端固定连接有第二增扭法兰(3)，所述第二增扭法兰(3)上端活动连接有回转器(19)，所述回转器(19)上端活动连接有动力系统(4)，所述回转器(19)一侧固定连接有过渡架(10)，所述过渡架(10)下端活动连接有吊环倾斜机构(13)，所述吊环倾斜机构(13)下端活动连接有固定扣(17)，所述吊环倾斜机构(13)通过固定扣(17)活动连接有吊卡(16)，所述过渡架(10)远离吊环倾斜机构(13)一侧活动安装有销轴(11)，所述销轴(11)配合连接有销(12)，所述过渡架(10)远离吊环倾斜机构(13)一侧通过销轴(11)配合连接销(12)活动安装有滑车总成(9)，所述动力系统(4)一侧与滑车总成(9)固定连接，所述动力系统(4)上端轴端点活动连接有冲管(5)，所述冲管(5)上端固定连接有鹅颈管总成(7)，所述动力系统(4)上端远离冲管(5)两侧固定安装有提环(6)，所述提环(6)远离动力系统(4)两端与连接头(21)活动连接，所述连接头(21)两端与平衡系统(8)活动连接，两个所述平衡系统(8)远离连接头(21)两端均与提环(6)轴中活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种稀土永磁直驱钻机，其特征在于：所述动力系统(4)与回转器(19)上端通过齿轮配合连接。

3.根据权利要求1所述的一种稀土永磁直驱钻机，其特征在于：所述连接头(21)内部两端均活动安装有轴承，所述连接头(21)通过轴承与平衡系统(8)活动连接。

4.根据权利要求1所述的一种稀土永磁直驱钻机，其特征在于：所述吊卡(16)上端与动力系统(4)外侧通过卡扣固定连接，所述动力系统(4)两侧均固定连接有活动臂(20)，所述活动臂(20)下端通过锁扣(18)与背钳(1)活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种稀土永磁直驱钻机，其特征在于：所述过渡架(10)下端两侧均活动连接有吊环倾斜机构(13)，两个所述吊环倾斜机构(13)下端活动连接有固定扣(17)，两个所述吊环倾斜机构(13)通过固定扣(17)活动连接有吊卡(16)，两个所述吊卡(16)均与回转器(19)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种稀土永磁直驱钻机，其特征在于：所述动力系统(4)为永磁变频电机。

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