用於鑽井眼的頂部驅動設備的製作方法

2023-10-20 06:38:32 2

專利名稱：用於鑽井眼的頂部驅動設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鑽井眼的頂部驅動設備，尤其但不排它地涉 及用於鑽油氣井的頂部驅動設備。
背景技術：
在構造油井或氣井的鑽井眼過程中，鑽頭設置在鑽柱的端部，使 鑽頭旋轉以鑽出穿過地層的井眼。被稱為"鑽井泥漿"的鑽井液經由 鑽柱泵送到鑽頭以潤滑鑽頭。鑽井泥漿也用於將由鑽頭產生的鑽屑以 及其他固體經由形成在鑽柱和井眼之間的環形空間傳送到地面。嚴格 控制鑽井泥漿的密度以防止井眼崩塌並且確保最佳地進行鑽井。鑽井 泥漿的密度影響鑽頭的進尺速度。在可能發生井眼崩塌損害的情況下， 通過調整鑽井泥漿的密度來改變進尺速度。鑽井泥漿包括昂貴的合成 油基潤滑劑，因此通常回收和再次使用用過的鑽井泥漿，但是這需要 將固體從鑽井泥漿中除去。
用於鑽比如油氣井的井眼的頂部驅動設備是用於鑽井眼的兩種通 用型設備之一，另一種是轉盤設備。頂部驅動設備通常包括容納馬達 的主體，該馬達用於使驅動軸旋轉，驅動軸具有可連接到管單根、管
立根或管柱等管上的上的接頭。該管可能是下述管中的任一種鑽杆、 套管、村管、優質管或用於比如油氣井的井眼的構造、維護和修理的 任何其它此類管。頂部驅動設備通常設置在鑽機井架上的大體豎直的 軌道上。頂部驅動設備利用連接到頂部驅動設備上的遊動滑車上的天 車上方的繩索在軌道上提升和下放。使用通常稱為絞車的絞盤使該繩 索巻起和放出。頂部驅動設備因而可用於將管下入井眼和從井眼取出； 使鑽柱旋轉以便於鑽井眼；和使管單根或管立根相對於懸持在井眼中 的管柱旋轉，從而使管與鑽柱中的管柱螺紋連接或分離以便加長或縮 短管柱。吊卡通常依賴於附接於頂部驅動設備上的連接件從而便於操縱管並與接頭對準以便與其連接和分離。頂部驅動設備還可用於與被
動式或主動式星形接頭(spider)結合和/或與旋轉鉗結合從而便於管 與管柱的連接和分離。
現有技術公開了各種頂部驅動設備；例如，但不限於下列美國專 利給出的示例性頂部驅動設備及其部件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，在此引入所有這些專利的全部內容以用於所有目的。
驅動軸或驅動"杆"具有螺紋連接到其上的各種部件，例如，泥 漿防濺盒設備或上部內防噴器。不當處理或巨大的應力會損壞位於驅 動杆或驅動軸的端部上的螺紋。這種損壞可導致人員傷亡，鑽機停工 的高成本和驅動杆的高額更換或修理費用。
在某些現有技術系統中，用於將鑽杆連接至驅動軸、杆、動力旋 轉接頭(swivel)或標準旋轉接頭的標準連接方法是帶有肩部的螺紋 連接。螺紋的性質使得螺紋根部的應力高並且常常難以檢查出螺紋裂 紋。隨著鑽壓增加(例如，因為石油勘探已經在地層中越來越深入)， 鑽具接頭的螺紋中的應力也增加。由於鑽機(包括那些在漂離海岸的 同時進行鑽進的鑽機)的性質，在驅動軸和鑽杆之間有時存在動態偏 移，除了壓力、鑽進轉矩和鑽杆組件的支承之外，這種偏移會將力矩 引入螺紋連接。因為在偏移的同時驅動軸是旋轉的，有可能存在疲勞 損傷累積。如果足夠嚴重，這將可能導致疲勞破裂的產生和蔓延。這 可能導致鑽具接頭發生故障。當疲勞破裂已經蔓延到該軸的外部時， 發生部件故障。 一旦出現故障就要關閉鑽機來修理故障部件。這表示 由於生產延誤損失了收益並且損失了承包商的可獲益時間。
鑽井液常常是通過鑽杆引入的，在鑽杆和與鑽杆連接的部件之間 (例如上部內防噴器)需要一個或多個密封件。

發明內容
對於頂部驅動裝置、鑽井旋轉接頭或動力旋轉接頭的驅動軸或杆 來說，需要更牢固的連接部件，其對疲勞不太敏感並更易於檢查。需要用於密封驅動杆和與其連接的部件之間的界面的有效結構。需要用 於將轉矩從驅動杆傳遞到位於其下方的部件的有效結構。
根據本發明，提供了一種用於鑽井眼的頂部驅動設備，該頂部驅 動設備包括主體、馬達設備、主軸和從該主軸懸掛下來的構件，其特
用於在主軸和構件之間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備。 '
載荷傳遞設備優選支承連接在軸或杆之下的部件重量，包括但不
限於鑽柱的重量。
優選地，轉矩傳遞設備包括至少一個位於主軸上的花鍵和至少一
個位於構件上的花鍵。有利地，該轉矩傳遞設備包括多個位於主軸上
的花鍵和多個位於構件上的花鍵。多個花鍵優選為一系列凸峰和凹谷， 這些凸峰和凹谷有利地設置為垂直於扭矩和轉矩的傳遞方向。優選地，
花鍵位於主軸的底端部和構件的頂端部。
有利地，載荷傳遞設備包括位於主軸中的凹部，並且其中構件包 括主體、至少一個齒和帽，外殼按照選擇使至少一個齒保持在凹部中。 優選地，存在用於至少一個齒的一個凹部。有利地，存在用於多個齒 的一個凹部。優選地，該凹部是環形槽。該凹部可以具有倒角的下邊 緣，該下邊緣優選對應於齒的輪廓。
優選地，外殼是承載環外殼。有利地，承載環外殼包括螺紋並且 主體包括螺紋，使得承載環外殼能可動地螺紋連接到主體上。優選地， 承載環外殼可從主體上螺紋拆卸下來。
有利地，至少一個齒設置在承載環上。優選地，該齒與例如由同 一片材料加工而成的齒是一體的。優選地，至少一個齒設置在形成承 載環的至少兩部分中的至少一個部分上。優選地，儘管形成承載環的
部分可以是許多部分，可以使用兩個180度的部分或三個120度的部 分來形成承載環。有利地，該至少一個齒包括至少一個斜角形邊緣。 優選地，該斜角形邊緣位於底部邊緣上。優選地，外殼包括位於至少 一個齒之上的頂部部分和用來將載荷傳遞給主體的套筒部分，其中該 套筒部分使至少一個齒保持在凹部中。有利地，該載荷傳遞設備包括位於主軸中的凸出部並且其中構件 包括主體、至少一個凹部和帽，外殼按照選擇將凹部保持在凸出部上 方。優選地，外殼是承載環外殼。有利地，承載環外殼包括螺紋並且 主體包括螺紋，使得承載環外殼能可動地螺紋連接到主體上。優選地， 承載環外殼可從主體上螺紋拆卸下來。有利地，至少一個凹部設置在 承載環中。優選地，凹部與例如由同一片材料軋制而成的承載環是一 體的。有利地，至少一個凹部設置在形成承載環的至少兩部分中的至 少一個中。優選地，儘管形成承載環的部分可以是許多部分，可以使
用兩個180度的部分或三個120度的部分形成承載環。優選地，外殼 包括位於承載環上方的頂部部分和用來將載荷傳遞給主體的套筒部
分，其中套筒部分將承載環中的凹部保持在至少一個齒之上。優選地， 至少一個凹部包括至少一個斜角形邊緣。優選地，斜角形邊緣位於底
部邊緣上。
有利地，該外殼包括扳手平面(wrench flat)，該扳手平面有利 於使外殼和構件之間的螺紋上緊，並且優選地有利於獲得適當的連接 轉矩。
優選地，在主軸和構件之間設置密封件。有利地，構件包括凹部 並且密封件位於凹部中。有利地，主軸具有通孔以便允許鑽井泥漿通 過其中。有利地，構件具有通孔以便允許鑽井泥漿通過其中。優選地， 密封件在主軸和構件之間提供密封以使得鑽井泥漿可流過通孔，防止 鑽井泥漿在其間滲漏出。優選地，密封件設置在構件的端面中，使得 在使用過程中密封件緊靠主軸端面。優選地，構件的通孔具有比主軸 的通孔更大的內徑。
有利地，構件是下列部件中的至少一個或包括下列部件中的至少 一個防噴器；內防噴器(IBOP);泥漿防濺盒設備；偏移聯接件； 鑽柱；套管柱；測量載荷裝置；柔性接頭；和保護接頭。
有利地，主軸是鑽杆和鑽軸之一。優選地，主軸的底端部沒有螺紋。
本發明還提供了一種用於將轉矩從頂部驅動設備的主軸傳遞到構件的方法，該方法包括使主軸旋轉的步驟，由此通過至少一個花鍵將 轉矩傳遞到構件。
本發明還提供了一種用於鑽井眼的頂部驅動裝置或旋轉接頭，該 頂部驅動裝置包括主體、馬達設備和主軸，其特徵在於該主軸包括用
間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備。 ' 、 、
在一個特定方面，頂部驅動設備的主軸連接到驅動杆上並且該驅
動杆非螺紋連接到另一部件上。在某些方面，該另一部件是非螺紋連
接到驅動杆上的上部內防噴器。
如果出現螺紋損壞的話，則螺紋損壞會出現在載荷外殼的螺紋處，
與拆下軸或杆並且更換或修理軸或杆相比，這可以用更少的費用相對
容易地進行拆卸與更換。
在某些方面，儲備待用的根據本發明的第二連接組件允許在現場
直接更換連接組件，因而由於快速更換降低了鑽機停工的成本。然後
最初的連接組件可以以方便的速度進行清洗和檢查(如果必要還可進
行修理)並且一旦確認結構完整就放在一邊用於下一次的現場交換更換。
在至少某些方面，本發明公開了一種用於井眼操作的驅動系統，
該驅動系統具有主體、馬達設備、主軸和部件，所述主軸從主體伸 出並可由馬達使其旋轉，主軸具有頂端部和底端部，所述部件靠近主 軸的底端部並且非螺紋連接到該主軸上。
在至少某些方面，本發明公開了一種用於井眼操作的頂部驅動設 備(例如，頂部驅動裝置或動力旋轉接頭)。
在某些方面，當組裝時，連接到下部部件(例如內防噴器)的驅 動杆保持的狀態使得用於密封杆/部件界面的密封件保持密封接觸。由 於鑽杆將要支承的重量，例如通過承載環外殼和內防噴器之間的螺紋 連接來提供這種預加載。在某些方面，為了保持密封，預加載力大於 將施加到杆上的最大豎直載荷和由於將要流過該杆的流體迫使杆與例 如內防噴器的部件分開的壓力所產生的分離力的合力。在一方面，扳手用來將凸耳突起(扳手平面)接合在承載環外殼上用於保持其固定 不動，同時驅動杆由馬達驅動使其旋轉從而使得連接具有所需預加載。 可選地，使用兩個設備上的螺栓和相應的孔來施加預加載或者使用液 壓油缸來施加預加載，並且插入一個或多個保持鍵以在預加載的情況 下將兩個設備保持在 一起。
本發明還公開了 一種用於兩個管形構件之間的連接件，該連接件 包括用於在兩個管形構件之間傳遞轉矩的轉矩傳遞設備和用於在兩個 構件之間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備。


為了更好地理解本發明，現在將參照附圖通過舉例進行說明，其
中
圖l是根據本發明的頂部驅動設備在使用過程中的示意圖； 圖2A是圖1所示的頂部驅動設備的一部分的側向剖視圖，其包 括杆、承載環外殼、承載環和構件；
圖2B是圖2A所示的部件的分解圖3A是圖2A所示的杆的側視圖3B是圖3A所示的杆的俯視圖3C是圖3A所示的杆的仰視圖。
圖3D是圖3A所示的杆的仰視透視圖4A是圖2A所示承載環的一部分的側視圖4B是圖4A所示承載環的一部分的俯視圖4C是圖4A所示承載環的一部分的仰視圖4D是圖4A所示承載環的一部分的俯視透視圖5A是圖2A所示的承載環外殼的側視圖5B是圖5A所示的承載環外殼的俯視圖6A是圖2A所示的構件的側視圖6B是圖6A所示的構件的俯視圖6C是圖6A所示的構件的仰視圖6D是圖6A所示的構件的仰視透視圖；圖7是根據本發明的連接件的側向剖視圖；和 圖8是根據本發明的連接件的側向剖視圖。
具體實施例方式
圖1圖示了根據本發明的頂部驅動系統10，該系統在結構上由井 架11支承。該系統10具有多個部件，包括頂部驅動裝置14、(示 意性顯示的)主軸16、外殼17、鑽柱19和鑽頭20。 這些部件一起 從遊動滑車12懸掛下來。鋼絲繩(未示出)繞遊動滑車12運行並向 上到達固定到靠近井架11頂部的位置上的天車(未示出)處。然後鋼 絲繩(未示出)繞絞車(未示出)纏繞。絞車(未示出)的起動使鋼 絲繩(未示出)纏繞或繞出從而舉升和下放遊動滑車12以及因而舉升 和下放從其上懸掛下來的頂部驅動裝置14。與井架11連接的軌道22 上引導該頂部驅動裝置以引導部件的豎直運動。在利用頂部驅動裝置 或其組件進行操作期間(例如在鑽井期間)所產生的轉矩的反作用力 通過可動的帶吊卡的管抓(dolly)或其他支承裝置(未示出)傳遞到 井架11。
主軸16延伸穿過馬達外殼17並連接到該主軸之下的部件("杆，， 或"軸" 一 "杆，，可包括多根杆和多根軸)上。軸26非螺紋連接到 IBOP (內防噴器)組件24的上端部，該上端部是一系列部件和/或總 稱為鑽柱19的管形構件中的第一個部件。鑽柱19的相對端部螺紋連 接到鑽頭20上。
在操作期間，裝入外殼17內的馬達設備15 (示意性顯示)使主 軸16旋轉，隨後使鑽柱19和鑽頭20旋轉。鑽頭20的旋轉產生地層 鑽孔21。泵送到頂部驅動設備中的流體經過主軸16、鑽杆18、鑽柱 19、鑽頭20進入地層鑽孔21的底部。當泵送的流體經過地層鑽孔21 向上穿過由鑽頭20的外表面和鑽孔21的壁所形成的環形空間時，由 鑽頭20去除的鑽屑從地層鑽孔21的底部清除出去。通用的吊卡29 從頂部驅動設備懸掛下來。
各種部件可連接到主軸16上並且位於主軸16之下；例如但不限 於，如示意性顯示的部件24和26的部件，在某些方面，非限制性地，部件可以是上部內防噴器24和下部內防噴器26。在根據本發明的其 它系統中，部件24是泥漿防濺盒設備、載荷測量裝置、柔性接頭或保 護接頭。
連接組件40 (根據本發明的任一種)將部件24非螺紋連接到主 軸16上。該軸16可能是鑽杆或鑽軸。
圖2A到6D圖示了根據本發明的系統100，用於將鑽杆(例如由 頂部驅動裝置的馬達驅動)非螺紋連接到另一個部件上，例如泥漿防 濺盒系統或上部內防噴器。
該系統100具有利用連接組件130非螺紋連接到上部內防噴器 120上的鑽杆110，該連接組件具有承載環140和承載環外殼150。在 一方面，該承載環140包括兩個部分140a、 140b。
可以是任何適宜長度的鑽杆110具有下端部112，在該下端部上 方是環形凹部114。 一系列間隔的花鍵116從鑽杆110的下端部112 突出。流體流動孔118從鑽杆110的頂部伸到底部。
上部內防噴器120具有帶有螺紋124和一 系列間隔的花鍵126的 上端部122，這些花鍵與鑽杆110的花鍵116配合以便將轉矩從鑽杆 110傳遞到上部內防噴器120。流體流動孔128從上部內防噴器120 的頂部伸到底部並且與孔118流體連通。凹部129中的密封件127密 封上部內防噴器/鑽杆的界面。凹部129是朝上的凹部並且密封件127 緊靠鑽杆110的下水平端表面(如圖2A中所示的)。密封件127防 止流過上部內防噴器和鑽杆的流體滲漏出。當然，凹部可以位於驅動 杆的端部上而密封件向下突出以密封接觸與驅動杆連接的部件。
承載環140具有從承載環140的主體144向內突出的凸出部142。 該承載環凸出部142 (其一半位於各個承載環半部140a、 140b上)突 出到鑽杆110的凹部114中。
凸出部142通過具有內螺紋152的承載環外殼150保持在凹部114 中，該內螺紋152用於與上部內防噴器120的螺紋124螺紋配合從而 將承載環外殼150連接到上部內防噴器120上並且使承栽環140保持 到位。鑽杆110之下的載荷被傳遞到承載環外殼150，從該外殼傳遞到承載環140，從承栽環140傳遞到鑽杆110，因此繞過鑽杆110的下 部。孔158延伸穿過承載環外殼150以容納鑽杆110。扳手平面152 從外殼150突出來。
圖7顯示了根據本發明的系統200 (類似於系統100),其包括驅 動軸、具有帶凹槽214的下端部212的頂部驅動杆210，該凹槽214 具有凹槽壁215、上圓角216和下圓角218。下圓角218具有的半徑相 對大於位於某些帶螺紋的現有技術頂部驅動杆上的螺紋的通常半徑。 這些下圓角218可以承受的應力高於通常的帶螺紋頂部驅動杆所承受 的應力。
承載環220具有的凸出部222的尺寸、結構和位置都適合於接合 於槽214中。
外殼230環繞承栽環220並且具有帶有內螺紋234的下端部232。 扳手平面236從外殼230突出來。
外殼230螺紋連接到位於外殼230下面的部件(在此所公開的任 何一種)上。如所示的，該部件是帶有上端部242的上部內防噴器240 (部分顯示)，該上端部具有與外殼230的螺紋234螺紋配合的外螺 紋244。
與帶有螺紋杆的通常連接件相比，該系統200的整體結構導致強 度相對增加。例如由於下圓角218的大半徑，杆上的應力減小。外殼 230和其下的部件(例如內防噴器240 )上的螺紋容易檢查並且外殼 230和環220相對易於拆卸和更換。
圖8圖示了根據本發明的系統100a,其與圖2A中的系統100類 似(相同的附圖標記表示相同的部件)。
系統200具有利用連接組件130a非螺紋連接到上部內防噴器120 上的鑽杆110a (例如由頂部驅動裝置的馬達驅動)，該連接組件130a 具有承載環140a和承載環外殼150。 在一方面，承載環140a包括兩 個半部(例如，類似於半部140a、 140b,但是具有如下所述的凸出部)。
可以是任何適宜長度的鑽杆110a具有下端部112。 一系列間隔的 花鍵116從鑽杆110a的下端部112突出來。流體流動孔118從鑽杆110a的頂部伸到底部。
承載環140a具有凹部142a。鑽杆110a的環形凸出部110b突出 到凹部142a中。可選地，代替完整的環形凸出部110b的是，可以使 用具有足夠尺寸和質量的一個、兩個或更多個間隔的載荷構件凸出部； 和/或提供間隔的凸出部來代替只有一個或多個相應載荷構件凹部的 環。
凸出部110b通過具有內螺紋152的承載環外殼150保持在凹部 142a中，該內螺紋用於與上部內防噴器120的螺紋124螺紋配合從而 將承載環外殼150連接到上部內防噴器120上並且將承載環140保持到位。
鑽杆llOa之下的載荷被傳遞到承載環外殼150，從外殼傳遞到承 載環140a，從承栽環140a傳遞到鑽杆110a，因此繞過鑽杆110a的下 部。孔158延伸穿過承栽環外殼150以容納鑽杆110。扳手平面152 從外殼150突出來。圖8不是按比例繪製的。承載環外殼150的內徑 (和總質量)可以隨著承載環尺寸的相應增加根據所需的強度而增加。
因此，至少在某些實施例，本發明公開了一種用於井眼操作的驅 動系統，該驅動系統包括主體、馬達i殳備、主軸和部件，該主軸從 主體伸出並由馬達旋轉，主軸具有頂端部和底端部，部件鄰近主軸的 底端部並且非螺紋連接到主軸上。這種系統以任何可能的組合方式具 有下列特徵中的一個或一些用於將主軸非螺紋連接到部件上的連接 組件，連接組件具有帶有在承載環上向內部突出的凸出部的承載環和 承載環外殼，主軸具有與承載環的凸出部相對應的環繞主軸的凹部， 凸出部位於凹部內，承載環外殼可連接到主軸之下的部件上，並且該 承載環外殼鄰近承載環並且環繞承載環從而使承載環相對於主軸保持 到位；驅動系統是頂部驅動設備，並且主軸是頂部驅動設備的驅動杆； 其中主軸具有外表面，凹部具有內壁，下圓角從內壁伸到主軸的外表 面，並且該下圓角的位置適合於支承部件和與該部件連接的其他物件； 其中部件包括鑽柱；承載環外殼具有便於使承載環外殼旋轉的一 系列 間隔的扳手平面；承栽環外殼具有帶有內螺紋的下端部，該內螺紋適合於與部件的外螺紋螺紋配合；承載環由多個可繞主軸安裝並且與主
軸接觸的至少兩個部分組成；位於主軸下端部上的一系列間隔的轉矩
傳遞花鍵用於接合位於部件內部上的一系列相應花鍵；承載環外殼具 有帶有內螺紋的下端部，該內螺紋適合於與部件的外螺紋螺紋配合；
於主軸下端部上的一系列間隔的轉矩傳遞花鍵用於接合位於部件內部 上的一系列相應花鍵；主軸的底端部沒有螺紋；和/或主軸具有縱軸線 和位於底端部的底表面，該底表面垂直於主軸的縱軸線，主軸和部件 中的一個具有密封凹部和部分設置在密封凹部中的端密封，該端密封 用於密封主軸和部件之間的界面。
因此，本發明在至少某些但不一定是全部實施例中提供了一種用 於井眼操作的頂部驅動設備，該頂部驅動設備具有主體；馬達設備； 主軸，主軸從主體伸出並且由馬達使其旋轉，該主軸具有頂端部和底 端部；部件，該部件非螺紋連接到主軸上，該部件具有帶有外螺紋的 端部；用於將主軸非螺紋連接到部件上的連接組件；和位於主軸下端 部的一系列間隔的轉矩傳遞花鍵，用於接合位於部件上的一系列相應
因此，本發明在至少某些實施例中提供了一種用於將井眼操作的 驅動系統的驅動軸連接到部件上的方法，該方法包括將驅動系統的 驅動軸放在部件之上，該驅動系統包括主體、馬達設備、從主體伸出 並由馬達使其旋轉的主軸和可非螺紋連接到主軸上的部件，該主軸具 有頂端部和底端部；和將驅動軸非螺紋連接到部件上。這種系統以任 何可能的組合方式具有下列特徵中的一個或一些驅動系統是頂部驅 動設備，驅動軸是頂部驅動杆；驅動系統包括用於將驅動軸非螺紋連 接到部件上的連接組件，該連接組件包括帶有在承載環內部突出的凸 出部的承載環和承載環外殼，該主軸具有與承載環的凸出部相對應環 繞主軸的凹部，凸出部位於凹部內，承載環外殼可螺紋連接到驅動軸
該方法進一步包括將驅動軸的底端部插入部件中，將承載環繞驅動軸放置，使凸出部位於凹部中，將承載環外殼放在承載環上方，和連接
承載環外殼和該部件；主軸具有位於主軸下端部上的一系列間隔的轉 矩傳遞花鍵，部件具有位於其內部的一系列相應花鍵，該方法進一步 包括通過位於主軸下端部上的一系列轉矩傳遞花鍵、通過位於部件內 部的一系列相應花鍵將轉矩傳遞到部件；驅動軸具有縱軸線和用於使 流體流過驅動軸的貫穿其中的軸流動孔，部件具有用於使流體流過部 件的貫穿其中的部件流動孔，該軸流動孔與該部件流動孔流體連通， 驅動軸具有位於底端部的底表面，該底表面垂直於驅動軸的縱軸線， 部件具有密封凹部和部分設置在密封凹部中的端密封，該端密封密封 接觸主軸的底表面，驅動軸底端部在軸和部件界面處接觸該部件，該 方法進一步包括使用密封件防止經過軸和部件界面的流體滲漏；和/ 或保持驅動軸和部件上的預加栽從而保持密封件與驅動軸的密封接 觸。
因此，本發明在至少某些實施例中提供了一種用於井眼操作的頂 部驅動軸，該頂部驅動軸具有主體，該主體具有底部、頂部、外部、 和由上至下貫穿其中的流體流動孔；位於主體外部的載荷凹部；和載 荷凹部設置用於接收可拆卸地固定於載荷凹部中的載荷構件。
權利要求
1. 一種用於鑽井眼的頂部驅動設備，該頂部驅動設備包括主體(17)、馬達設備(14)、主軸(110)和從主軸(110)懸掛下來的構件(24、26)，其特徵在於，所述主軸(110)包括用於在所述主軸(110)和所述構件(24、26)之間傳遞轉矩的轉矩傳遞設備(116、126)以及用於在所述主軸(110)和所述構件(24、26)之間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備(114、142)。
2. 如權利要求1所述的頂部驅動設備，其中所述轉矩傳遞設備 (116、 126)包括位於所述主軸(110)上的至少一個花鍵(116)和位於所述構件(24、 26)上的至少一個花鍵(126)。
3. 如權利要求1所述的頂部驅動設備，其中所述轉矩傳遞設備 (116、 126)包括位於所述主軸(110)上的多個花鍵(116)和位於所述構件上的多個花鍵(126)。
4. 如權利要求1、 2或3所述的頂部驅動設備，其中所述負載傳 遞設備(130、 140)包括位於所述主軸(110)中的凹部(114)，所 述構件包括主體(120)、至少一個齒(142)和外殼(130)，所述外 殼(130)按照選擇使所述至少一個齒(142)保持在所述凹部(114) 中。
5. 如權利要求4所述的頂部驅動設備，其中所述外殼(130)是 承載環外殼。
6. 如權利要求5所述的頂部驅動設備，其中所述承載環外殼(130) 包括螺紋(124)並且所述主體(120)包括螺紋，使得所述承載環外 殼(130)能可動地螺紋連接到所述主體(120)上。
7. 如權利要求4、 5或6所述的頂部驅動設備，其中所述至少一 個齒(142)設置在承載環(140)上。
8. 如權利要求4、 5或6所述的頂部驅動設備，其中所述至少一 個齒(142)設置在形成承載環(140)的至少兩個部分中的至少一個 部分上。
9. 如權利要求4至8中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述至 少一個齒(114)包括至少一個斜角形邊緣(218)。
10. 如權利要求4至9中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述 殼體(130)包括位於至少一個齒(142)上方的頂部部分和用於將載 荷傳遞到所述主體(120)的套筒部分，其中所述套筒部分使所述至少 一個齒(142 )保持在所述凹部(114 )中。
11. 如權利要求l、 2或3所述的頂部驅動設備，其中所述負載傳 遞設備(130、 UOa)包括位於所述主軸(110a)中的凸出部(110b)， 所述構件(24、 26)包括主體(120)、至少一個凹部(142a)和外殼(130)，所述外殼(130)按照選擇使所述凹部(142a)保持在所述 凸出部(110b)的上方。
12. 如權利要求11所述的頂部驅動設備，其中所述外殼(130) 是承載環外殼。
13. 如權利要求12所述的頂部驅動設備，其中所述承載環外殼 (130 )包括螺紋(124 )並且所述主體(120 )包括螺紋，使得所述承載環外殼(130)能可動地螺紋連接到所述主體(120)上。
14. 如權利要求ll、 12或13所述的頂部驅動設備，其中所述至 少一個凹部(142a)設置在承載環(140a)中。
15. 如權利要求ll、 12或13所述的頂部驅動設備，其中所述至 少一個凹部(142a)設置在形成承載環(140a)的至少兩個部分中的 至少一個部分中。
16. 如權利要求14至15中任一項所述的頂部驅動設備，其中所 述殼體(130 )包括位於承載環(140a )上方的頂部部分和用於將載荷 傳遞到所述主體(120)的套筒部分，其中所述套筒部分使位於所述承 載環(140a)中的所述凹部(142a)保持在所述至少一個齒(110b) 上方。
17. 如權利要求11至16中任一項所述的頂部驅動設備，其中所 述至少一個凹部(142a)包括至少一個斜角形邊緣。
18. 如權利要求4至17中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述 外殼包括扳手平面(152)。
19. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中密封件 (127)設置在所述主軸(110)和所述構件(24、 26)之間。
20. 如權利要求19所述的頂部驅動設備，其中所述構件(24、 26) 包括凹部(129)並且所述密封件(127)位於所述凹部(129)中。
21. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述主 軸(110)具有通孔從而允許鑽井泥漿穿過其中。
22. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述構件(24、 26)具有通孔從而允許鑽井泥漿穿過其中。
23. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述構 件(24、 26)包括下列部件中的至少一個防噴器；內防噴器(IBOP); 泥漿防濺盒設備；偏移聯接件；鑽柱；套管柱；載荷測量裝置；柔性 接頭和保護接頭。
24. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述主 軸(110)是鑽杆和鑽軸之一。
25. 如在前權利要求中任一項所述的頂部驅動設備，其中所述主 軸(110)的底端部沒有螺紋。
26. —種用於將轉矩從頂部驅動設備的主軸傳遞到構件的方法， 該方法包括使主軸旋轉的步驟，由此轉矩通過至少一個花鍵傳遞到所 述構件上。
27. —種用於鑽井眼的頂部驅動裝置或旋轉接頭，該頂部驅動裝 置包括主體(17)、馬達設備(14)、主軸(110)，其特徵在於所述 主軸(110)包括用於在所述主軸(110)和構件(24、 26)之間傳遞 轉矩的轉矩傳遞設備(116、 126 )以及用於在所述主軸(110 )和所述 構件(24、 26、 19、 120、 240)之間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備(114、 142)。
全文摘要
本發明公開了一種用於鑽井眼的頂部驅動設備，該頂部驅動設備包括主體(17)、馬達設備(14)、主軸(110)和從主軸(110)懸掛下來的構件(24、26)，其特徵在於主軸(110)包括用於在主軸(110)和構件(24、26)之間傳遞轉矩的轉矩傳遞設備(116、126)和用於在主軸(110)和構件(24、26)之間傳遞載荷的獨立載荷傳遞設備(114、142)。
文檔編號E21B3/02GK101512099SQ200780033673
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月24日 優先權日2006年10月26日
發明者J·E·林奇 申請人:國民油井華高有限合夥公司