CN109296310A - 一种岩心顶部直驱式钻探装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种岩心顶部直驱式钻探装置，所述岩心顶部直驱式钻探装置包括：动滑轮组、导向滑车、动力单元、泥浆循环单元、保护架、倾斜单元、钻杆卸扣装置、控制单元，所述导向滑车设置在所述动力单元一侧，所述泥浆循环单元的一端连接于所述动力单元的顶部，所述动滑轮组连接于所述动力单元，位于所述泥浆循环单元顶部，所述控制单元通信连接于所述动滑轮组及所述动力单元，所述动力单元通过胀套连接于所述主轴。本设备通过动力单元的设置，采用一台交流变频电机直接驱动主轴旋转，具有钻井维护简单、施工效率高、给进行程长、能耗低、运行平稳的优点结构紧凑和重量轻。
Description
技术领域
本发明涉及钻探领域，具体涉及一种岩心顶部直驱式钻探装置。
背景技术
随着人类对地下资源的不断开采，浅层资源基本接近枯竭，深层找矿已逐渐成为我国今后地质勘探的主要发展方向。而目前市场上地质勘探领域应用较为广泛的为机械传动立轴式岩心钻机和全液压动力头式钻机，其中机械传动立轴式岩心钻机技术缺憾在于：给进行程短、施工效率低、不能无级调速、取心质量差、平稳性差、钻头寿命短、孔内事故隐患较多等；其中全液压动力头式钻机技术缺憾在于：制造/使用成本高、处理事故能力差、传动效率低、能耗大、钻杆摆放位置小，劳动力较大等。
近年来，顶部驱动式钻机是当今石油钻井的重大前沿技术装备，石油顶驱可接立根直接钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20％～25％，同时，减轻了工人劳动强度，减少了操作者的人身事故。使用顶部驱动装置钻井时，有利钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。上述技术缺憾在于：体积庞大、质量重、价格昂贵。
现有的石油顶驱驱动方式有两种：电驱动和液压驱动，其中电驱动采用一台或者两台电机作为动力，经齿轮减速箱减速后驱动中心管带动钻杆钻井。具有齿轮箱容易发生漏油，维护困难，故障率高，价格昂贵的缺点；其中液压驱动采用液压马达通过减速带动中心管带动钻杆钻井。上述缺点：具有传动效率低，维护要求高，价格昂贵的缺点。同时石油顶驱的转速为115-240r/min。而在岩心钻井领域中对转速要求较高，需要最高转速在1200r/min。
因此，在我国结合常规岩心钻机和顶部驱动装置两者的技术优势研制出新一代的岩心深孔顶部驱动钻探装置是钻井科研领域亟待解决的重大课题，也是当下市场的迫切需求。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述岩心顶部直驱式钻探装置包括：动滑轮组、导向滑车、动力单元、泥浆循环单元及控制单元，所述导向滑车设置在所述动力单元一侧，所述泥浆循环单元的一端连接于所述动力单元的顶部，所述动滑轮组连接于所述动力单元，位于所述泥浆循环单元顶部，所述控制单元通信连接于所述动滑轮组及所述动力单元；
其中，所述动力单元包括上箱体、电机箱体、扶正箱体、下箱体及主轴，所述下箱体连接于所述上箱体形成密闭空间，所述电机箱体设置在所述上箱体与所述下箱体之间，所述扶正箱体设置在所述电机箱体与所述下箱体之间，所述主轴穿过所述上箱体、所述电机箱体、所述扶正箱体及所述下箱体，所述电机箱体的驱动端套设在所述主轴上；
其中，所述动滑轮组包括滑轮轴、滑轮、平衡油缸、吊杆及套接在所述滑轮轴上的轴承，所述滑轮为多个依次套设在所述滑轮轴上，所述平衡油缸对称设置在所述滑轮轴的两端，所述平衡油缸的一端连接于滑轮轴，另一端连接于吊杆，所述吊杆铰接于所述上箱体的顶部。
可选地，还包括套设在所述主轴上的第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承及第五轴承，所述第一轴承及所述第二轴承位于所述上箱体内，所述第一轴承位于所述第二轴承顶部，所述第三轴承位于所述扶正箱体内，所述第四轴承及所述第五轴承设置在所述下箱体内，所述第四轴承位于所述第五轴承顶部；其中，所述第二轴承及所述第五轴承底部设置有O型密封圈及油槽，位于所述第五轴承底部的O型密封圈及油槽上扣设有压盖。
可选地，所述动滑轮组包括挡泥板、挡绳杆及挡绳板，所述挡绳板为V字形铰接设置在所述滑轮轴的两端，所述挡绳杆为两个，所述挡绳杆的两端连接于两个挡绳板，两个所述挡绳杆分别设置于所述滑轮轴两侧，所述挡泥板设置在所述滑轮轴底部。
可选地，所述动力单元还包括第一胀套及保护轴，所述第一胀套的一端连接于所述主轴，另一端连接于所述保护轴。
可选地，所述泥浆循环单元包括鹅颈管支架、冲管、鹅颈管、底板、编码器及油封盒，所述鹅颈管支架设置在所述底板上，所述冲管设置在所述鹅颈管支架内，所述鹅颈管一端连接于所述鹅颈管支架，并且连通于所述冲管，所述冲管连通于所述主轴，所述油封盒套设在所述冲管及所述主轴上，所述底板中部开设有槽孔，所述编码器设置在所述槽孔内，所述编码器套设在所述主轴外侧，用于检测所述主轴的转速及位置，所述编码器通信连接于所述控制单元。
可选地，还包括倾斜单元，所述倾斜单元包括单臂吊环及油缸，所述单臂吊环的一端铰接于所述下箱体，所述油缸的一端通过挂耳铰接在所述定位拉杆上，另一端铰接于所述单臂吊环，所述油缸伸缩能够带动所述单臂吊环倾斜，所述油缸通信连接于所述控制单元。
可选地，还包括钻杆卸扣装置，所述钻杆卸扣装置包括对夹式双油缸背钳及反扭矩架，所述反扭矩架的一端连接于所述下箱体，另一端连接于所述对夹式双油缸背钳，所述对夹式双油缸背钳通信连接于所述控制单元。
可选地，所述导向滑车包括滑轮架、多个导向滑轮，多个导向滑轮分为横向动滑轮组及竖向动滑轮组，所述横向动滑轮组的设置方向平行于所述动力单元，所述竖向动滑轮组的设置方向垂直于所述动力单元，所述动力单元连接于所述滑轮架，所述滑轮架滑动连接于钻塔井架上的导轨。
可选地，还包括设置在所述导轨和所述钻塔井架之间的扭矩梁，所述扭矩梁包括可滑动的连接在所述钻塔井架的横梁上的第一滑动件、可滑动的连接在所述导轨上的第二滑动件和设置在所述第一滑动件和所述第二滑动件之间的调节管，所述调节管的两端分别可转动的连接于所述第一滑动件和所述第二滑动件。
可选地，还包括保护架，所述保护架包括呈L形的保护架本体、导轨架、加强筋及吊装管，所述导轨架设置在所述L形的长边方向上，所述导向滑车连接于所述导轨架，所述加强筋的一端连接于所述L形的长边方向，另一端连接于所述L形的短边方向，所述吊装管设置在所述L形的长边方向的侧壁上，用于吊装所述岩心顶部直驱式钻探装置。
有益效果：
1)通过动力单元的设置，采用一台交流变频电机直接驱动主轴旋转钻井，具有维护简单、施工效率高、给进行程长、能耗低、运行平稳的优点。
2)通过动滑轮组的设置缩短了游车大钩长度，能够充分利用井架高度，操作方便，通过平衡油缸的设置,采用双油缸两侧对称平衡方式,对称性好，受力均匀，通过滑轮的设置提升最大钩载设计，满足处理复杂地层卡钻等事故强力起拔的要求。
附图说明
图1是本发明一个实施例的岩心顶部直驱式钻探装置的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的动滑轮组的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的保护架的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的导向滑车的结构示意图；
图5是本发明一个实施例的泥浆循环单元的结构示意图；
图6是本发明一个实施例的动力单元的结构示意图；
图7是本发明一个实施例的第一轴承处的放大图；
图8是本发明一个实施例的第五轴承处的放大图；
图9是本发明一个实施例的倾斜单元的结构示意图；
图10是本发明一个实施例的钻杆卸扣装置的结构示意图；
图11是本发明一个实施例的扭矩梁的结构示意图；
图12是本发明一个实施例的扭矩梁的安装示意图。
其中：
1-动滑轮组；2-控制单元；3-保护架；4-导向滑车；5-泥浆循环单元；6-动力单元；7-倾斜单元；8-钻杆卸扣装置。
101-滑轮轴；102-滑轮；103-平衡油缸；104-吊杆；105-间隔套；106-挡泥板；107-挡绳杆；108-挡绳板；
301-保护架本体；302-导轨架；303-加强筋；304-吊装管；
401-滑轮架；402-导向滑轮；
501-鹅颈管支架；502-冲管；503-鹅颈管；504-底板；505-编码器；506-油封盒；
601-上箱体；602-下箱体；603-电机箱体；604-扶正箱体；605-主轴；606-管架；607-定位拉杆；608-第一胀套；609-保护轴；610-第一轴承；611-第二轴承；612-第三轴承；613-第四轴承；614-第五轴承；615-O型密封圈；616-油槽；617-压盖；
701-单臂吊环；702-油缸；
801-对夹式双油缸背钳；802-反扭矩架；
901-前板；902-后板；903-支撑板；904-压块；905-中心管；906-第一连接管；907-第二连接管；908-第一固定座，909-第二固定座，910-钻塔井架横梁，911-导轨。
具体实施方式
下面详细介绍本发明技术方案，为方便叙述，将“岩心顶部直驱式钻探装置”简称为“岩心顶驱”。
本发明提供了一种岩心顶部直驱式钻探装置，包括：动滑轮组、导向滑车、动力单元、泥浆循环单元及控制单元，所述导向滑车设置在所述动力单元一侧，所述泥浆循环单元的一端连接于所述动力单元的顶部，所述动滑轮组连接于所述动力单元，位于所述泥浆循环单元顶部，所述控制单元通信连接于所述动滑轮组及所述动力单元；
其中，所述动力单元包括上箱体、电机箱体、扶正箱体、下箱体、主轴及定位拉杆，所述下箱体连接于所述上箱体形成密闭空间，所述电机箱体设置在所述上箱体与所述下箱体之间，所述扶正箱体设置在所述电机箱体与所述下箱体之间，所述主轴和所述定位拉杆穿过所述上箱体、所述电机箱体、所述扶正箱体及所述下箱体，所述电机箱体的驱动端套设在所述主轴上；
其中，所述动滑轮组包括滑轮轴、滑轮、平衡油缸、吊杆及套接在所述滑轮轴上的轴承，所述滑轮为多个依次套设在所述滑轮轴上，所述平衡油缸对称设置在所述滑轮轴的两端，所述平衡油缸的一端连接于滑轮轴，另一端连接于吊杆，所述吊杆铰接于所述上箱体的顶部。
具体地，使用时，通过天车滑轮组及缆线吊装所述动滑轮组，所述动滑轮组通过平衡油缸及吊杆吊装所述动力单元，所述动力单元一侧连接于所述导向滑车，所述导向滑车滑动设置在钻塔井架的导轨上，继而使所述动力单元能够在竖直方向上往复运动，通过所述动力单元直接驱动主轴旋转进行钻井维护简单、施工效率高、给进行程长、能耗低、运行平稳，所述泥浆循环单元为主轴供给钻井液。
具体地，所述上箱体顶部对称设置有两个固定销轴，所述吊杆连接于所述固定销轴。
具体地，所述平衡油缸的数量为2个，且对称设置在所述滑轮轴的两端。
具体地，所述定位拉杆对称设置，用于固定所述上箱体、所述电机箱体、所述扶正箱体及所述下箱体。
具体地，所述电机箱体内的驱动端为驱动电机，所述驱动电机与所述主轴之间设置有第二胀套，所述驱动电机通过所述第二胀套连接主轴。
进一步地，还包括套设在所述主轴上的第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承及第五轴承，所述第一轴承及所述第二轴承位于所述上箱体内，所述第一轴承位于所述第二轴承顶部，所述第三轴承位于所述扶正箱体内，所述第四轴承及所述第五轴承设置在所述下箱体内，所述第四轴承位于所述第五轴承顶部；其中，所述第二轴承及所述第五轴承底部设置有O型密封圈及油槽，位于所述第五轴承底部的O型密封圈及油槽上扣设有压盖。
具体地，通过在所述第二轴承及所述第五轴承的底部设置O型密封圈及油槽，存储油液的同时防止油液进入箱体，通过多个轴承的设置使主轴转动更为平稳，同时在所述第五轴承下方可拆卸的设置压盖，对所述第五轴承及下方的油槽启到了密封作用，而且拆卸所述压盖后即可实现放油和更换、维修所述第五轴承，操作方便。
具体地，通过设置可拆卸连接的上箱体、电机箱体、下箱体、扶正箱体，便于对内部的零部件进行维修，也方便对各轴承的更换。
进一步地，所述动滑轮组包括挡泥板、挡绳杆及挡绳板，所述挡绳板为V字形铰接设置在所述滑轮轴的两端，所述挡绳杆为两个，所述挡绳杆的两端连接于两个挡绳板，两个所述挡绳杆分别设置于所述滑轮轴两侧，所述挡泥板设置在所述滑轮轴底部。
具体地，通过挡绳杆及挡绳板的设置，防止钢丝绳脱离所述动滑轮组的滑轮槽，通过所述挡泥板的设置，防止泥浆溅射到岩芯顶驱上。
进一步地，所述动力单元还包括第一胀套及保护轴，所述第一胀套的一端连接于所述主轴，另一端连接于所述保护轴。
具体地，所述第一胀套可防止所述保护轴与所述主轴之间的螺纹松动，同时也能减少所述保护轴安装和拆卸钻杆时螺纹的磨损。
进一步地，所述泥浆循环单元包括鹅颈管支架、冲管、鹅颈管、底板、编码器及油封盒，所述鹅颈管支架设置在所述底板上，所述冲管设置在所述鹅颈管支架内，所述鹅颈管一端连接于所述鹅颈管支架，并且连通于所述冲管，所述冲管连通于所述主轴，所述油封盒套设在所述冲管及所述主轴上，所述底板中部开设有槽孔，所述编码器设置在所述槽孔内，所述编码器套设在所述主轴外侧，用于检测所述主轴的转速及位置，所述编码器通信连接于所述控制单元。
具体地，鹅颈管的一端连通于钻井液供给装置，钻井液依次通过鹅颈管、冲管进入主轴，编码器套设在主轴上，用于检测主轴位置及转速，密封盒用于密封冲管与主轴的连接处，防止泥浆进入动力单元。
进一步地，还包括倾斜单元，所述倾斜单元包括单臂吊环及油缸，所述单臂吊环的一端铰接于所述下箱体，所述油缸的一端通过挂耳铰接在所述定位拉杆上，另一端铰接于所述单臂吊环，所述油缸伸缩能够带动所述单臂吊环倾斜，所述油缸通信连接于所述控制单元。
具体地，所述定位拉杆的数量为4个，4个所述定位拉杆分别设置在所述动力单元的顶部四角处，4个所述定位拉杆用于将所述上箱体、所述电机箱体、所述扶正箱体和下箱体连接。
具体地，包括2个所述挂耳，2个所述挂耳分别设置在位于前侧的2个所述定位拉杆的底部。
具体地，所述倾斜单元包括2套单臂吊环及油缸，分别设置在所述下箱体的底部两端。
具体地，所述油缸通过销轴固定在所述挂耳上。
具体地，所述油缸铰接在所述单臂吊环的卡箍上。
进一步地，还包括钻杆卸扣装置，所述钻杆卸扣装置包括对夹式双油缸背钳及反扭矩架，所述反扭矩架的一端连接于所述下箱体，另一端连接于所述对夹式双油缸背钳，所述对夹式双油缸背钳通信连接于所述控制单元。
进一步地，所述导向滑车包括滑轮架、多个导向滑轮，多个导向滑轮分为横向动滑轮组及竖向动滑轮组，所述横向动滑轮组的设置方向平行于所述动力单元，所述竖向动滑轮组的设置方向垂直于所述动力单元，所述动力单元连接于所述滑轮架，所述滑轮架滑动连接于钻塔井架上的导轨。
优选地，所述滑轮为4-6组，套设在所述滑轮轴上，相邻的滑轮之间设置有间隔套。
进一步地，还包括设置在所述导轨和所述钻塔井架之间的扭矩梁，所述扭矩梁包括可滑动的连接在所述钻塔井架横梁上的第一滑动件、可滑动的连接在所述导轨上的第二滑动件和设置在所述第一滑动件和所述第二滑动件之间的调节管，所述调节管的两端分别可转动的连接于所述第一滑动件和所述第二滑动件。
具体地，所述第一滑动件包括位于钻塔井架横梁前后两侧的前板和后板，所述前板和所述后板通过4根紧固螺栓连接。
具体地，所述第二滑动件包括具有U型结构的支撑板，所述支撑板扣设在所述导轨朝向所述调节管的侧壁上，所述支撑板两端分别滑动连接有压块，所述支撑板和所述压块之间设置有相配合的斜面结构，所述压块上设置有条形通孔，使用螺栓穿过所述条形通孔后伸入所述第二滑动件内，通过旋紧所述螺栓，2个所述压块相向滑动，将所述导轨夹固在内，实现所述第二滑动件与所述导轨的固定。
具体地，所述调节管包括中心管、分别套设在所述中心管两端内的第一连接管和第二连接管，所述第一连接管和所述第二连接管分别通过螺纹与所述中心管相连接，且螺纹的方向相反。
具体地，所述前板靠近所述导轨的一侧设置第一固定座，所述支撑板朝向所述调节管的一侧设置有第二固定座，所述调节管的第一连接管通过销轴连接在所述第一固定座上，且所述调节管可相对于所述第一固定座左右转动，所述调节管的第二连接管通过销轴连接在所述第二固定座上，且所述调节管可相对于所述第二固定座上下转动。
进一步地，还包括保护架，所述保护架包括呈L形的保护架本体、导轨架、加强筋及吊装管，所述导轨架设置在所述L形的长边方向上，所述导向滑车连接于所述导轨架，所述加强筋的一端连接于所述L形的长边方向，另一端连接于所述L形的短边方向，所述吊装管设置在所述L形的长边方向的侧壁上，用于吊装所述岩心顶部直驱式钻探装置。
具体地，通过保护架的设置，便于运输、展览岩心顶部直驱式钻探装置。
实施例1
图1是本发明一个实施例的岩心顶部直驱式钻探装置的结构示意图；图2是本发明一个实施例的动滑轮组的结构示意图；图3是本发明一个实施例的保护架的结构示意图；图4是本发明一个实施例的导向滑车的结构示意图；图5是本发明一个实施例的泥浆循环单元的结构示意图；图6是本发明一个实施例的动力单元的结构示意图；图7是本发明一个实施例的第一轴承处的放大图；图8是本发明一个实施例的第五轴承处的放大图；图9是本发明一个实施例的倾斜单元的结构示意图；图10是本发明一个实施例的钻杆卸扣装置的结构示意图；图11是本发明一个实施例的扭矩梁的结构示意图；图12是本发明一个实施例的扭矩梁的安装示意图。
如图1-图12所示，该岩心顶部直驱式钻探装置包括动滑轮组1、控制单元2、保护架3、导向滑车4、泥浆循环单元5、动力单元6、倾斜单元7、及钻杆卸扣装置7。
动滑轮组1包括滑轮轴101、滑轮102、平衡油缸103、吊杆104、间隔套105、挡泥板106、挡绳杆107以及挡绳板108。动滑轮组1结构代替传统的游动大钩和顶驱提环,缩短了游车大钩的空间长度，充分利用井架高度，降低成本,钻井前安装方便；本动滑轮组两侧对称有平衡油缸装置，采用双油缸两侧对称平衡方式，保护钻杆上卸扣,平衡油缸主要作用在于平衡本体重量,使***在运行过程中更加安全可靠；提升最大钩载设计，满足处理复杂地层卡钻等事故强力起拔的要求。
动力单元主要有上箱体601、电机箱体603、下箱体602、第一胀套608、第二胀套、主轴605、扶正箱体604、保护轴609、定位拉杆607、挂耳等主要部分组成。
其中上箱体601、电机箱体603、下箱体602、扶正箱体604四大模块由定位拉杆607通过螺母连接在一起，主轴605与电机箱体603通过第二胀套连接，实现电机直接驱动主轴605转动，电机箱体603的冷却方式通过循环水冷却，管架606通过螺栓安装在电机箱体603上，管架606上安装电缆、液压油管进/出、电控线、水管等，驱动电机通过螺栓安装在电机箱体603内，有效的缩小体积，减小重量。
安装步骤：
先将下箱体601与主轴605竖置组装好；将组装好的扶正箱体604由上而下安装；再安装电机箱体603，同时安装第二胀套，***定位拉杆607；最后组装上箱体601。
拆卸步骤：
将定位拉杆601拆下，即拆卸完毕。
若需要更换下箱体602中的轴承，只需要将下箱体602取下，更换轴承即可。
轴承与密封盒采用黄油润滑方式，润滑管将黄油注入口安装在上箱体601上；密封套与轴承压盖采用双O型圈密封；轴承压盖留有凹槽，保证存油污和铁屑，保护轴承。轴承上端密封盒接触，下端为主轴。
压盖盒内装有油封与油环，防止向外漏油与泥土进入；扶正箱体604上采用双O型圈密封，轴承和轴承采用油润滑，轴承盖上有油封与存油沟槽，防止油泄露和保护轴承。
保护架3包括保护架本体301、导轨架302、加强筋303及吊装管304。本结构使用型钢拼焊接而成，岩芯顶驱通过两根销轴固定在保护架上，可以竖置与横置。
导向滑车4包括滑轮架401、导向滑轮402。导向滑车4主要由导向滑轮402、圆螺母、滑轮架401等主要部分组成，岩芯顶驱在工作中依靠导向滑车4使滑动方向始终沿着导轨方向。岩芯顶驱的导向滑车4穿入导轨中，随岩芯顶驱上下滑动，将扭矩传递到导轨上，导向滑车4的连接板与电机箱体603通过高强度螺栓连接；导向滑轮402通过圆螺母安装在滑轮架401两侧。在滑轮架401增加了液压、电控、水路的辅助安装结构，阀座、分路块、蓄能器座、集线盒等。
泥浆循环单元5包括鹅颈管支架501、冲管502、鹅颈管503、底板504、编码器505、油封盒506。鹅颈管503安装在冲管支架上。鹅颈管503前端与水龙带相连，是钻井液的入口，鹅颈管503后端与冲管502相连，是泥浆循环的输送通道，打开后可以进行打捞和测井等工作。泥浆循环单元5为钻井液提供了通道，并保证了良好的密封性。其中座板与上箱体601通过螺栓连接，并使用O型圈密封，防止泥浆渗漏进上箱体内部；鹅颈管支架501与座板使用螺栓连接；编码器505的外圈安装在座板上，使用压板和间隔套压紧，编码器505的内圈使用普通键安装在主轴605上，编码器505可以有效的获取主轴605的转速及位置；油封盒506避免泥浆渗漏到上箱体601内部；冲管502的下端与主轴605的上端螺纹连接；冲管502的上端与鹅颈管503螺纹连接；油封盒中两个油封背靠背安装，中间有油环，并带有黄油润滑。
动力单元6包括上箱体601、下箱体602、电机箱体603、扶正箱体604、主轴605、管架606、定位拉杆607、第一胀套608、第二胀套、保护轴609；第一轴承610、第二轴承611、第三轴承612、第四轴承613、第五轴承614、O型密封圈615、油槽616及压盖617。动力单元6和泥浆循环单元5主要功能是使主电机驱动主轴旋转钻进，为上/卸扣提供动力源，同时循环泥浆，保证正常的钻井工作进行。
倾斜单元7包括单臂吊环701及油缸702。吊环701悬挂于下箱体602的底部，油缸702的一端通过挂耳铰接在位于动力单元6前侧的定位拉杆的底部，另一端铰接在所述单臂吊环701的卡箍上。油缸702可推动单臂吊环701完成前、后倾，最大后倾(油缸活塞杆收回)能带动吊卡避开井口，最大前倾能带动吊卡至鼠洞、二层台和坡道抓取单根及其它管柱。前倾最大角度30°，后倾最大角度55°。单臂吊环符合API 8C标准，其安全系数大于3。
钻杆卸扣装置8包括对夹式双油缸背钳801及反扭矩架802。钻杆卸扣装置8采用对夹式双油缸背钳，适用性强、操作方便、简单，上卸扣过程省时省力。通过使用对夹式双油缸背钳801，实现拧卸钻杆，反扭矩架802上端通过销轴与下箱体602连接，在拧卸钻杆时起到提供扭矩的作用。
扭矩梁设置在所述导轨911和所述钻塔井架910之间，所述扭矩梁包括可滑动的连接在所述钻塔井架横梁上的第一滑动件、可滑动的连接在所述导轨上的第二滑动件和设置在所述第一滑动件和所述第二滑动件之间的调节管，所述调节管的两端分别可转动的连接于所述第一滑动件和所述第二滑动件。
所述第一滑动件包括位于钻塔井架横梁前后两侧的前板901和后板902，所述前板和所述后板通过4根紧固螺栓连接。
所述第二滑动件包括支撑板903和2个压块904，2个压块904通过条形通孔和螺栓分别滑动连接在支撑板903的两端，所述支撑板903和所述压块904之间设置有相配合的斜面结构，通过旋紧所述螺栓，2个所述压块904相向滑动，将所述导轨911夹固在内，实现所述第二滑动件与所述导轨911的固定。
所述调节管包括中心管905、第一连接管906和第二连接管907，所述第一连接管906和所述第二连接管907分别通过螺纹与所述中心管905相连接，且螺纹的方向相反。
第一滑动件包括第一固定座908，第二滑动件包括第二固定座909，第一连接管906通过销轴连接在所述第一固定座908上，并可相对于所述第一固定座908左右转动，第二连接管907通过销轴连接在所述第二固定座909上，并可相对于所述第二固定座909上下转动。
安装和使用方式如下：
一、岩心顶驱的安装：
不同长度的导轨911随意组合，可满足各种井架高度；可以选用A型和K型钻塔。
1、A型塔安装：
首先将导轨911、钻塔井架横梁910、反扭矩架安装在A型钻塔上，岩心顶驱放在支架上，保持岩心顶驱的动滑轮组1与A型钻塔天车动滑轮组处于同一轴线上，穿好钢丝绳，油缸起塔，岩心顶驱安装完毕。
2、K型钻塔安装：
首先将导轨911、钻塔井架横梁910、反扭矩架安装在K型钻塔上，岩心顶驱安装方式与K型塔安装游动大钩方式一样。
二、岩心顶驱施工：
(一)起下钻作业
使用岩心顶驱与井口动力钳配合进行起下钻作业，可大大减轻劳动强度，提高效率和作业安全性。
1、下钻作业：
(1)上提岩芯顶驱高于二层台位置后，调整吊环前倾角度抓取立根，扣好吊卡门闩；
(2)上提岩芯顶驱，让立根在自动作用下自动回到井眼中心线上；
(3)缓慢下放岩心顶驱，将所提立根与钻台面上露出的钻杆完成对扣，用井口动力钳上紧立根和钻杆之间的连接丝扣；
(4)上提岩心顶驱，去卡瓦，岩心顶驱旋转下放至井口适当位置后下放卡瓦，将钻柱坐实在卡瓦上，打开吊卡门闩，吊环后倾，上提岩芯顶驱。
(5)重复上述动作完成岩芯顶驱下钻作业。
2、起钻作业
(1)下放岩心顶驱至钻台面，将卡瓦上部外漏钻杆接头卡在吊卡内，去卡瓦；
(2)上提岩芯顶驱超过二层台，便于井口动力钳拆卸钻杆接头位置；
(3)使用井口动力钳拧开立根与钻柱的连接丝扣，上提岩芯顶驱，使立根与钻柱分开；
(4)缓慢下放岩芯顶驱，将立根下端拉至钻杆盒的适当位置，吊环前倾，打开吊卡，将立根摆放在钻杆盒内；
(5)重复上述动作进行起钻作业。
(二)岩心顶驱可完成接单根钻进或接立根钻进两种工作方式。
1、岩心顶驱接单根钻井作业步骤：
(1)当前一根钻杆钻井完毕后，放卡瓦，停止泥浆泵；使用岩心顶驱背钳卸扣，上提岩芯顶驱至能够抓取鼠洞钻杆位置停止；
(2)吊环前倾抓取鼠洞中的钻杆，扣住卡瓦门闩；
(3)缓慢上提岩芯顶驱，此时吊环倾斜机构在钻杆的重力作用下自动对准井口；
(4)缓慢下放岩心顶驱，单根下端与井底钻柱对扣，使用动力钳连接单根和钻柱，岩心顶驱旋转并缓慢下放，单根上端岩心顶驱的保护接头通过岩芯顶驱背钳上扣；
(5)缓慢上提岩芯顶驱，提起钻柱，取出卡瓦，开泥浆泵，岩心顶驱旋转，继续钻进。
2、岩心顶驱接立根钻井作业步骤：
(1)前一根立根钻井完毕后，泥浆泵停止，岩心顶驱背钳进行卸扣操作；
(2)上提岩芯顶驱至二层台附近，上提高度以适合抓取下一根立根位置为准；
(3)调整吊环前倾角度抓取立根，扣好吊卡门闩；
(4)上提岩芯顶驱，让立根在自动作用下自动回到井眼中心线上；缓慢下放岩芯顶驱，立根下端与钻柱接头使用井口动力大钳上紧连接丝扣，继续下放岩心顶驱，上端使用背钳上紧立根上端与岩心顶驱的保护接头的连接丝扣；
(5)缓慢上提岩心顶驱，提起钻柱，取出卡瓦，开泥浆泵，岩心顶驱旋转，继续钻进。
本发明的优势在于：
优势一：岩心顶驱的优势
1、通过动力单元的设置，采用一台交流变频电机直接驱动主轴旋转钻井，具有维护简单、施工效率高、给进行程长、能耗低、运行平稳的优点。
2、通过动滑轮组的设置缩短了游车大钩长度，能够充分利用井架高度，操作方便，通过平衡油缸的设置,采用双油缸两侧对称平衡方式,对称性好，受力均匀，通过滑轮的设置提升最大钩载设计，满足处理复杂地层卡钻等事故强力起拔的要求。
优势二：动力单元的优势
1、安装优势：
(1)简易操作；
(2)对装配工要求低。
2、拆卸优势：
(1)结构合理，维修方便；
(2)简易操作。
优势三：动滑轮组1的优势
1、缩短了游车大钩长度，充分利用井架高度，操作方便；
2、上有平衡油缸装置,采用双油缸两侧对称平衡方式,对称性好，受力均匀；
3、保护钻杆上卸扣,平衡油缸主要作用在于平衡本体重量，使***在运行过程中更加安全可靠；
4、提升最大钩载设计，满足处理复杂地层卡钻等事故强力起拔的要求。
优势四：保护架3的优势
1、在岩芯顶驱运输和展览时使用，运输时横置，展览时竖置；
2、同时也可以做岩芯顶驱旋转参数调试。
优势五：动力单元6的优势
1、由电机直接驱动主轴钻进，可提供更高作业扭矩、噪音低、没有齿轮故障、传递中能耗损失降低、维护\维修方便；
2、电机采用永磁同步力矩伺服电机，有效功率达98％以上；
3、岩芯顶驱整体结构重心保持一致，使岩芯顶驱与滑轨间没有了由于偏重产生摩擦，增长了滑轮使用寿命；
4、包括可拆卸连接的上箱体601、下箱体602、电机箱体603、扶正箱体604，便于拆卸维护、维修。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述岩心顶部直驱式钻探装置包括：动滑轮组、导向滑车、动力单元、泥浆循环单元及控制单元，所述导向滑车设置在所述动力单元一侧，所述泥浆循环单元的一端连接于所述动力单元的顶部，所述动滑轮组连接于所述动力单元，位于所述泥浆循环单元顶部，所述控制单元通信连接于所述动滑轮组及所述动力单元；
其中，所述动力单元包括上箱体、电机箱体、扶正箱体、下箱体、主轴及定位拉杆，所述下箱体连接于所述上箱体形成密闭空间，所述电机箱体设置在所述上箱体与所述下箱体之间，所述扶正箱体设置在所述电机箱体与所述下箱体之间，所述主轴和所述定位拉杆穿过所述上箱体、所述电机箱体、所述扶正箱体及所述下箱体，所述电机箱体的驱动端套设在所述主轴上；
其中，所述动滑轮组包括滑轮轴、滑轮、平衡油缸、吊杆及套接在所述滑轮轴上的轴承，所述滑轮为多个依次套设在所述滑轮轴上，所述平衡油缸对称设置在所述滑轮轴的两端，所述平衡油缸的一端连接于滑轮轴，另一端连接于吊杆，所述吊杆铰接于所述上箱体的顶部。
2.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，还包括套设在所述主轴上的第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承及第五轴承，所述第一轴承及所述第二轴承位于所述上箱体内，所述第一轴承位于所述第二轴承顶部，所述第三轴承位于所述扶正箱体内，所述第四轴承及所述第五轴承设置在所述下箱体内，所述第四轴承位于所述第五轴承顶部；其中，所述第二轴承及所述第五轴承底部设置有O型密封圈及油槽，位于所述第五轴承底部的O型密封圈及油槽上扣设有压盖。
3.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述动滑轮组包括挡泥板、挡绳杆及挡绳板，所述挡绳板为V字形铰接设置在所述滑轮轴的两端，所述挡绳杆为两个，所述挡绳杆的两端连接于两个挡绳板，两个所述挡绳杆分别设置于所述滑轮轴两侧，所述挡泥板设置在所述滑轮轴底部。
4.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述动力单元还包括第一胀套及保护轴，所述第一胀套的一端连接于所述主轴，另一端连接于所述保护轴。
5.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述泥浆循环单元包括鹅颈管支架、冲管、鹅颈管、底板、编码器及油封盒，所述鹅颈管支架设置在所述底板上，所述冲管设置在所述鹅颈管支架内，所述鹅颈管一端连接于所述鹅颈管支架，并且连通于所述冲管，所述冲管连通于所述主轴，所述油封盒套设在所述冲管及所述主轴上，所述底板中部开设有槽孔，所述编码器设置在所述槽孔内，所述编码器套设在所述主轴外侧，用于检测所述主轴的转速及位置，所述编码器通信连接于所述控制单元。
6.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，还包括倾斜单元，所述倾斜单元包括单臂吊环及油缸，所述单臂吊环的一端铰接于所述下箱体，所述油缸的一端通过挂耳铰接在所述定位拉杆上，另一端铰接于所述单臂吊环，所述油缸伸缩能够带动所述单臂吊环倾斜，所述油缸通信连接于所述控制单元。
7.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，还包括钻杆卸扣装置，所述钻杆卸扣装置包括对夹式双油缸背钳及反扭矩架，所述反扭矩架的一端连接于所述下箱体，另一端连接于所述对夹式双油缸背钳，所述对夹式双油缸背钳通信连接于所述控制单元。
8.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，所述导向滑车包括滑轮架、多个导向滑轮，多个导向滑轮分为横向动滑轮组及竖向动滑轮组，所述横向动滑轮组的设置方向平行于所述动力单元，所述竖向动滑轮组的设置方向垂直于所述动力单元，所述动力单元连接于所述滑轮架，所述滑轮架滑动连接于钻塔井架上的导轨。
9.根据权利要求8所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，还包括设置在所述导轨和所述钻塔井架之间的扭矩梁，所述扭矩梁包括可滑动的连接在所述钻塔井架的横梁上的第一滑动件、可滑动的连接在所述导轨上的第二滑动件和设置在所述第一滑动件和所述第二滑动件之间的调节管，所述调节管的两端分别可转动的连接于所述第一滑动件和所述第二滑动件。
10.根据权利要求1所述的岩心顶部直驱式钻探装置，其特征在于，还包括保护架，所述保护架包括呈L形的保护架本体、导轨架、加强筋及吊装管，所述导轨架设置在所述L形的长边方向上，所述导向滑车连接于所述导轨架，所述加强筋的一端连接于所述L形的长边方向，另一端连接于所述L形的短边方向，所述吊装管设置在所述L形的长边方向的侧壁上，用于吊装所述岩心顶部直驱式钻探装置。
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