專利名稱：頂部驅(qū)動設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頂部驅(qū)動設(shè)備和一種用于從頂部驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)子 向非轉(zhuǎn)動管道(比如鵝頸管)傳送流體的方法。
背景技術(shù)：
用于鉆井眼(比如油氣井)的頂部驅(qū)動系統(tǒng)是兩種通用型系統(tǒng)之 一，另一種是轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)。頂部驅(qū)動系統(tǒng)通常包括主體，該主體容納用 于使接頭轉(zhuǎn)動的馬達(dá)，該馬達(dá)具有與接頭連接的轉(zhuǎn)子，該接頭可與管
單根、管立根或管柱等管連接。所述管可以是下述管中的任一種鉆 桿、套管、襯管、附加管或任何其它用于井眼(如油氣井)的構(gòu)造、 維護和修理的此類管。頂部驅(qū)動系統(tǒng)通常布置在鉆機井架上的大致豎 直的軌道上。頂部驅(qū)動系統(tǒng)利用連接到頂部驅(qū)動系統(tǒng)上的游動滑車上 的天車上方的繩索在軌道上提升和下放。該繩索使用通常稱為絞車的 絞盤巻起和放出。頂部驅(qū)動設(shè)備因而可用于將管下入井眼和從井眼取 出；使鉆柱旋轉(zhuǎn)以便于鉆井眼；以及使管單根或管立根相對于懸持在 井眼中的管柱旋轉(zhuǎn)，從而使管與鉆柱中的管柱通過螺紋連接或分離以 便加長或縮短管柱。吊卡通常依賴于附接于頂部驅(qū)動器上的連接件以 便于操縱管并與接頭對準(zhǔn)以便與接頭連接和分離。頂部驅(qū)動系統(tǒng)還可 用于與被動式或主動式星形接頭(spider)結(jié)合使用和/或與旋轉(zhuǎn)鉗結(jié) 合使用從而便于使管與管柱連接和分離。下套管工具可用于允許頂部 驅(qū)動器將套管接頭連接至保持在星形接頭中的套管柱，該星形接頭位 于鉆機的鉆臺中。下套管工具可具有外卡瓦或內(nèi)卡瓦以允許套管接頭 被夾持并且允許頂部驅(qū)動器使該套管接頭相對于保持在星形接頭中的 靜止套管柱轉(zhuǎn)動。該下套管工具可包括流體連接，以使得鉆井泥漿的 循環(huán)可連續(xù)進行，與此同時套管接頭可在連接至套管柱之后下放到井 中。該下套管工具還可包括防噴器，用于在下入套管柱的過程中阻止井噴。
鉆井流體通過高壓水龍頭設(shè)備(通常稱為"沖管")傳輸?shù)接迷谵D(zhuǎn) 盤系統(tǒng)和頂部驅(qū)動鉆井設(shè)備中的鉆井水龍頭，該高壓水龍頭設(shè)備具有 稱為"沖管盤根密封"組件的密封件。該盤^f艮密封組件由固定保持的管 狀部件構(gòu)成，鉆井流體在高壓下流經(jīng)該管狀部件。接觸唇緣密封件的 轉(zhuǎn)動密封組件機械固定至頂部驅(qū)動器的主軸或水龍頭且隨其一起轉(zhuǎn) 動，并且當(dāng)主軸在鉆井過程中轉(zhuǎn)動時對管狀沖管的外表面形成動態(tài)密 封。由于在這種布置中具有高壓和高表面速度，限制了沖管盤根密封 的使用壽命。因而對于許多鉆機來說，鉆井流體的泄漏是普遍存在的， 導(dǎo)致對相關(guān)部件的污染和損害以及導(dǎo)致環(huán)境破壞。
現(xiàn)有技術(shù)披露了多種頂部驅(qū)動設(shè)備；例如，但不限于，下述美國 專利提出的示例性頂部驅(qū)動設(shè)備和密封組件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。
在頂部驅(qū)動器和轉(zhuǎn)盤鉆井中，沖管通常密封接合一套容納在密封 殼體內(nèi)的周向密封件。沖管常常保持靜止而密封件和密封殼體轉(zhuǎn)動。 這種密封組件通常已經(jīng)包括一 系列散置在一 系列加固支持環(huán)(back up ring)中的加固型、彈性體型、V形密封件。在某些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中， 一個密封件在一側(cè)承受全液壓，而在相對一側(cè)承受大氣壓力。鉆井泥 漿的全部壓差作用在一個密封件上，直到該密封件失效并且組件中的 相鄰密封件用作主密封件。 一些現(xiàn)有技術(shù)的水龍頭設(shè)計曾尋求通過允 許沖管和密封殼體鉸接來補償潛在的偏心和偏移問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于井眼操作的頂部驅(qū)動設(shè)備，該頂部 驅(qū)動設(shè)備包括具有用于通過流體的孔的轉(zhuǎn)子、用于使轉(zhuǎn)子在工作速度 下轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備、和與轉(zhuǎn)子流體連通的非轉(zhuǎn)動管道，其特征在于， 頂部驅(qū)動設(shè)備還包括連接在轉(zhuǎn)子和管道之間的減速設(shè)備、設(shè)置在轉(zhuǎn)子 和減速設(shè)備之間的密封件和設(shè)置在減速設(shè)備和管道之間的另 一 密封件。密封件可以是任何已知的密封件，包括動密封件、橡膠密封件、 彈性體密封件、帶有一個翅片或多個翅片的密封件或者金屬對金屬密 封件。
優(yōu)選地，減速設(shè)備包括沖管、設(shè)置在轉(zhuǎn)子和沖管之間的一個密封 件和設(shè)置在沖管和管道之間的另一密封件。
有利的是，減速設(shè)備還包括齒輪系統(tǒng)。優(yōu)選地，齒輪系統(tǒng)包括行 星齒輪系統(tǒng)。有利的是，行星齒輪系統(tǒng)包括與沖管大致同心的主齒輪， 并且可固定到轉(zhuǎn)子上或轉(zhuǎn)動地固定到轉(zhuǎn)子上。優(yōu)選地，行星齒輪系統(tǒng) 包括與主齒輪嚙合的至少一個行星齒輪。有利的是，至少一個行星齒 輪使轉(zhuǎn)動地固定到?jīng)_管上的副齒輪轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，沖管包括與齒輪系 統(tǒng)的齒輪嚙合的鍵槽。有利的是，密封件設(shè)置在密封件保持器中。優(yōu) 選地，密封件保持器固定到轉(zhuǎn)子上。有利的是，密封件轉(zhuǎn)動地固定在 密封件保持器中。替代地，允許密封件在密封件保持器內(nèi)轉(zhuǎn)動。優(yōu)選 地，另一密封件設(shè)置在另一密封件保持器中。有利的是，另一密封件 保持器固定到管道上。優(yōu)選地，另一密封件轉(zhuǎn)動地固定在密封件保持 器中。有利的是，允許密封件在密封件保持器內(nèi)轉(zhuǎn)動。
優(yōu)選地，管道包括鵝頸管，該鵝頸管可以是剛性的或柔性的。管 道可包括一段直的剛性管或柔性軟管。優(yōu)選地，減速設(shè)備使轉(zhuǎn)動速度
減小到低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度的至少25%。有利的是，減速設(shè)備使轉(zhuǎn)動速 度減小到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度的約50%。
優(yōu)選地，減速設(shè)備具有環(huán)形殼體和扭矩制動器。優(yōu)選地，環(huán)形殼 體允許沖管和齒輪系統(tǒng)在環(huán)形殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動，有利的是在軸承上轉(zhuǎn)動。 優(yōu)選地，扭矩制動器與管道是固定關(guān)系，并且優(yōu)選地，扭矩制動器固 定到另一密封件保持器上。有利的是，扭矩制動器包括條桿。優(yōu)選地， 條桿與沖管基本平行。
本發(fā)明還提供了一種用于從頂部驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)子向非轉(zhuǎn)動管道傳 送流體的方法，該轉(zhuǎn)子在工作速度下轉(zhuǎn)動，其特征在于， 一密封件設(shè) 置在轉(zhuǎn)子和減速設(shè)備之間，而另一密封件設(shè)置在減速設(shè)備和非轉(zhuǎn)動管 道之間，該方法包括減速設(shè)備在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動的步驟，
6以使得密封件和另一密封件均在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動。
在某些方面，本發(fā)明提供了一種軸密封組件，其中由轉(zhuǎn)動主軸轉(zhuǎn) 動的輔助軸經(jīng)由位于主軸和輔助軸之間的減速器(例如，齒輪驅(qū)動設(shè) 備)與軸連接且隨軸一起轉(zhuǎn)動，以使得輔助軸在與主軸速度相比降低 的速度下轉(zhuǎn)動，例如是主軸速度的大約一半，從而使對輔助軸進行動 態(tài)密封的密封件受到在降低的速度下運動的表面的影響，從而延長了 密封件壽命。
在一個特定方面，主軸是用于井眼操作(例如鉆井操作)的頂部 驅(qū)動器的主驅(qū)動軸，并且輔助軸與沖管流體連通，鉆井流體或泥漿流 經(jīng)沖管且流經(jīng)頂部驅(qū)動設(shè)備。
在某些實施例中，本發(fā)明公開了具有驅(qū)動馬達(dá)的頂部驅(qū)動設(shè)備； 驅(qū)動鉆軸或主軸；與驅(qū)動馬達(dá)聯(lián)接的齒輪設(shè)備；用于支承各種零部件 的頂部驅(qū)動支承設(shè)備；和根據(jù)本發(fā)明的沖管軸，該沖管軸經(jīng)由減速器 與頂部驅(qū)動主軸連接，用于在比主軸速度低的速度下轉(zhuǎn)動以延長密封 組件(例如具有用于對沖管軸進行密封的盤根密封)的壽命。
因而，本發(fā)明包括能夠促進頂部驅(qū)動軸密封技術(shù)進步的特征和優(yōu) 勢。通過考慮下面詳細(xì)描述的優(yōu)選實施例和參照附圖，本發(fā)明上述的 特性和優(yōu)勢和其他特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
本發(fā)明人已意識到與軸相對于盤根密封或密封件的轉(zhuǎn)動相關(guān)的問 題并且已認(rèn)識到軸轉(zhuǎn)動速度的有效降低可延長密封件壽命并且減小密 封件磨損。
通過降低密封件有效操作的表面速度，本發(fā)明延長了沖管盤根密 封的使用壽命。替代抵靠靜止沖管的在主軸速度下轉(zhuǎn)動盤根密封的是， 本發(fā)明提供了一種減速機構(gòu)(例如，齒輪驅(qū)動設(shè)備)，該減速機構(gòu)使沖 管軸在例如主軸速度的一半速度下轉(zhuǎn)動，從而沖管盤根密封不會受到 主軸的全速的影響。在本發(fā)明的一個實施例中，類似的動密封組件可 選地添加到?jīng)_管的先前固定的上端部處。通過使沖管軸與主軸一起轉(zhuǎn) 動，但是在比主軸低的速度下旋轉(zhuǎn)，例如主軸速度的一半，該密封組 件或其中的每一個組件僅受原表面速度的一半的影響(因而，只有與轉(zhuǎn)動表面的原接觸時間的一半)，從而延長了盤根密封和沖管組件的整 體使用壽命。沖管軸的轉(zhuǎn)動由主軸通過減速機構(gòu)來驅(qū)動。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖通過舉例方式進行說明，
附圖中
圖l是包括頂部驅(qū)動鉆井設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)鉆機的示意圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的沖管設(shè)備的頂部驅(qū)動設(shè)備的主視圖3是圖2所示設(shè)備的部分的剖視圖4是圖2所示設(shè)備的部分的剖視圖4A是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的部分的示意性側(cè)剖視圖5是圖4所示部分的局部放大剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了一種典型的現(xiàn)有技術(shù)鉆機，該鉆機帶有支承頂部驅(qū)動 器TD的井架DK，該頂部驅(qū)動器TD使鉆桿DP轉(zhuǎn)動。頂部驅(qū)動器 TD由天車CB下方的游動滑車TB支承。鉆4幾鉆臺RF上的絞車DS 使頂部驅(qū)動器在繩索L上上升和下降。頂部驅(qū)動器在導(dǎo)軌GT上運動。
圖2示出了 一種根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備S，該設(shè)備S包括帶有驅(qū)動馬 達(dá)2的頂部驅(qū)動器1;利用承載支承件4和支承連接桿4a與頂部驅(qū)動 器1聯(lián)接的齒輪設(shè)備3;根據(jù)本發(fā)明的具有沖管軸的沖管設(shè)備10;吊 卡承載環(huán)5;泥漿防濺盒設(shè)備9;下部內(nèi)防噴器6;保護接頭7;鵝頸 管24;和帶有與吊卡承載環(huán)5連接的支承件8A的管夾持器8。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的沖管設(shè)備10具有沖管主體12，其安 置在頂部驅(qū)動設(shè)備S的主軸M上方且與頂部驅(qū)動設(shè)備S的主軸M流 體連通。沖管軸70伸到上部盤根密封組件16中并隨主軸M —起轉(zhuǎn)動 (但僅經(jīng)由下述的齒輪設(shè)備與主軸連接)。上部和下部盤根密封組件 16和18分別具有對沖管軸70進行密封的密封件。
鉆井泥漿通過鵝頸管24的通道22流入沖管軸70的內(nèi)部70a并且 從這里沿經(jīng)過主軸M的通道C向下進入鉆桿。
上部盤根密封組件16的盤根密封15不隨沖管軸70 —起轉(zhuǎn)動。沖
8管軸70的外表面相對于盤根密封15轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，盤根密封與鵝頸 管24是轉(zhuǎn)動固定的關(guān)系。鵝頸管24利用螺釘26與鵝頸管支承件25 連接。出于組裝的目的，利用與殼體34連接的一個(或多個)螺釘 32使支承件28與上部盤根密封組件16連接。 一個(或多個)螺釘36 連接與主軸M鄰接的下部盤根密封組件18。在組裝之后，可以去除 支承件28和螺釘32、 36。
主齒輪40固定到殼體34內(nèi)的主軸上且隨該主軸一起轉(zhuǎn)動。主齒 輪40上的齒40a與行星齒輪42上的齒42a嚙合，行星齒輪42安裝在 齒輪承載器46的軸44上。殼體34的下部部分52中的球軸承48和殼 體34的上部部分54下方的球軸承49使殼體34與主軸M的轉(zhuǎn)動、主 齒輪40的轉(zhuǎn)動和行星齒輪42的轉(zhuǎn)動隔離。護軍62遮蔽其下方的零部 件以阻止鉆井泥漿落入，并且阻止泥漿泄漏或流動進入護罩62下方的 設(shè)備中，例如頂部驅(qū)動齒輪箱。
圖4和5示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備100的另一個實施例，該設(shè)備 100用作圖2所示設(shè)備S中的沖管設(shè)備。S形管延伸部101與鵝頸管 102(有時稱為沖管設(shè)備)連接。鉆井泥漿流經(jīng)S形管延伸部101中的 通道101a進入穿過鵝頸管102的通道102a，向下進入沖管軸120的 通道121，然后進入穿過頂部驅(qū)動軸140的通道141，該頂部驅(qū)動軸 140由頂部驅(qū)動馬達(dá)105驅(qū)動(例如由虛線所示的從頂部驅(qū)動齒輪箱 104伸出的轉(zhuǎn)動軸)。帶有密封件103a、 103b的連接器103使S形管 延伸部101與鵝頸管102連接。
與鵝頸管102連接的上部密封件承載器106容納密封組件107(其 包括密封件承載器和密封件)，該密封組件107對沖管軸120的外表面 進行密封。上部密封件保持器106使沖管軸120的頂部保持到位。與 軸140連接的下部密封件保持器108容納密封組件109 (其包括密封 件承載器和密封件),該密封組件109對沖管軸120的外表面進行密封。 下部密封件承載器108使沖管軸120的底部保持到位。
互連在軸140和沖管軸120之間的減速器160使沖管軸120 速 度與軸140的速度相比降低了 。密封件107和109從而對軸(沖管軸120)進行密封而不是對下部軸(頂部驅(qū)動軸140)進行密封，并且密 封件因此受到在比下部軸速度低的速度下(例如，在某些方面，比下 部軸速度的速度低至少25%，在其它方面，低約50%)轉(zhuǎn)動的軸表面 的影響。
端口 106p和108p分別容納分別使密封組件107保持到位的螺釘 106b、 108b。螺釘102b將鵝頸管栓接到其它結(jié)構(gòu)上。扭矩制動器112 與沖管連接，例如與上部密封件保持器106連接以及與減速器160連 接。該扭矩制動器112防止減速器160的環(huán)形殼體164隨減速器160 的其它部分一起轉(zhuǎn)動。環(huán)形殼體164為減速器160的軸承和齒輪提供 外殼。防濺護罩114與軸140連接。
恒星齒輪162與下部密封件保持器108連接并隨軸140 —起轉(zhuǎn)動。 安裝在與行星齒輪承載器168相連的軸167上的行星齒輪166 (例如， 但不限于，四個行星齒輪)與恒星齒輪162嚙合并由恒星齒輪162驅(qū) 動。行星齒輪承載器168上的鍵槽169與沖管軸120上的相應(yīng)鍵槽128 嚙合以轉(zhuǎn)動地驅(qū)動沖管軸120。
環(huán)形殼體164容納軸承組件170,其中軸承172位于環(huán)形殼體164 和恒星齒輪162之間。環(huán)形殼體164容納軸承組件174，其中軸承176 位于環(huán)形齒輪和行星齒輪承載器168之間。恒星齒輪和行星齒輪的尺 寸、設(shè)計和構(gòu)造適于獲得希望的齒輪減速以與軸140的速度相比降低 軸120的速度。例如，在一個特定方面，齒輪被設(shè)計成使得軸140以 兩倍于軸120速度的速度轉(zhuǎn)動。在某些現(xiàn)有設(shè)備中，密封件(類似于 密封件109)受到在其工作速度下轉(zhuǎn)動的軸(類似于軸140)的影響而 密封件(類似于密封件107)保持固定。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的密 封件(類似于兩個密封件107、和密封件109)受到在更低速度下轉(zhuǎn)動 的軸的影響。
圖4A示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備200，其中與沖管204連接 的沖管軸202經(jīng)由減速裝置206與可轉(zhuǎn)動的頂部驅(qū)動軸208互連。密 封件2U、 212對沖管軸202進行密封。這兩個密封件均受到它們所密 封的沖管軸202的表面的影響，該表面在比頂部驅(qū)動軸208的轉(zhuǎn)動速度低的速度下轉(zhuǎn)動。密封件211位于與沖管204連接的密封件保持器 218中。盡管密封件212與下部密封件保持器214連接，該下部密封 件保持器214與頂部驅(qū)動軸208連接，但密封件212僅"經(jīng)歷(see )" 比頂部驅(qū)動軸208的速度低的沖管軸202的表面速度，因為沖管軸202 和頂部驅(qū)動軸208沿相同方向轉(zhuǎn)動。減速裝置206可以是任何適當(dāng)?shù)?減速器，包括但不限于齒輪設(shè)備。
因此，本發(fā)明在至少某些實施例中提供了一種用于井眼操作的頂 部驅(qū)動設(shè)備，該頂部驅(qū)動設(shè)備具有具有穿過其中的主軸通道的主軸； 用于在主軸速度下使主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備；與主軸連接的減速設(shè)備； 與減速設(shè)備連接的沖管軸，以使得沖管軸可通過該減速設(shè)備在比主軸 速度低的沖管軸速度下轉(zhuǎn)動；沖管軸具有頂端部和底端部，以及具有 穿過其中的沖管軸通道；具有穿過其中的沖管通道的沖管，該沖管軸 通道與沖管通道流體連通；沖管軸通道與主軸通道流體連通；第一密 封件保持器，該第一密封件保持器與沖管連接并且保持第一密封組件， 該第一密封組件用于對沖管軸的頂端部進行密封；和第二密封件保持 器，該第二密封件保持器與主軸連接并且保持第二密封組件，該第二 密封組件用于對沖管的第二端部進行密封。這種設(shè)備可按任何可能的 組合具有下述特征中的一種或一些減速設(shè)備使沖管軸速度減小到比 主軸速度低至少25%的速度；減速設(shè)備使沖管軸速度減小到主軸速度 的約50%;減速設(shè)備是包括與主軸連接的第一齒輪設(shè)備和與沖管軸連 接的第二齒輪設(shè)備的齒輪設(shè)備，第一齒輪設(shè)備用于驅(qū)動第二齒輪設(shè)備； 第一齒輪設(shè)備包括第一齒輪，第二齒輪設(shè)備包括多個第二齒輪，而且 第一齒輪驅(qū)動多個第二齒輪以使沖管軸轉(zhuǎn)動；減速設(shè)備具有環(huán)形殼體 和與環(huán)形殼體連接以及與沖管連接的扭矩制動器；其中扭矩制動器與 第一密封件保持器連接，該第一密封件保持器與沖管連接；和/或其中
備:、、
因此，本發(fā)明在至少某些實施例中提供了一種用于井眼操作的頂 部驅(qū)動設(shè)備，該頂部驅(qū)動設(shè)備具有具有穿過其中的主軸通道的主軸；
ii用于在主軸速度下使主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備；與主軸連接的減速設(shè)備； 與減速設(shè)備連接的沖管軸，以使得沖管軸可通過減速設(shè)備在比主軸速 度低的沖管軸速度下轉(zhuǎn)動；沖管軸具有頂端部和底端部，以及具有穿 過其中的沖管軸通道；具有穿過其中的沖管通道的沖管，該沖管軸通 道與沖管通道流體連通；沖管軸通道與主軸通道流體連通；第一密封 件保持器，該第一密封件保持器與沖管連接并且保持第一密封組件， 該第一密封組件用于對沖管軸的頂端部進行密封；第二密封件保持器， 該第二密封件保持器與主軸連接并且保持第二密封組件，該第二密封 組件用于對沖管的第二端部進行密封；減速設(shè)備使沖管軸速度減小到 主軸速度的約50%;減速設(shè)備是包括與主軸連接的第一齒輪設(shè)備和與 沖管軸連接的第二齒輪設(shè)備的齒輪設(shè)備；該第一齒輪設(shè)備用于驅(qū)動第 二齒輪設(shè)備；以及驅(qū)動設(shè)備包括頂部驅(qū)動馬達(dá)和由頂部驅(qū)動馬達(dá)驅(qū)動 的頂部驅(qū)動齒輪設(shè)備。
因此，本發(fā)明在至少某些實施例中提供了一種用于動態(tài)密封頂部 驅(qū)動設(shè)備的驅(qū)動軸的方法，該頂部驅(qū)動設(shè)備適用于井眼操作，該方法 包括使頂部驅(qū)動設(shè)備的沖管軸轉(zhuǎn)動；對沖管軸的頂端部和底端部進 行密封，該沖管軸是頂部驅(qū)動設(shè)備的一部分，該頂部驅(qū)動設(shè)備具有 具有穿過其中的主軸通道的主軸；用于在主軸速度下使主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū) 動設(shè)備；與主軸連接的減速設(shè)備；與減速設(shè)備連接的沖管軸，以使得 沖管軸可通過減速設(shè)備在比主軸速度低的沖管軸速度下轉(zhuǎn)動，該沖管 軸具有頂端部和底端部，以及具有穿過其中的沖管軸通道；具有穿過 其中的沖管通道的沖管，該沖管軸通道與沖管通道流體連通，該沖管 軸通道與主軸通道流體連通；第一密封件保持器，其與沖管連接并且 保持第一密封組件，該第一密封組件用于對沖管軸的頂端部進行動態(tài) 密封；第二密封件保持器，其與主軸連接并且保持第二密封組件，該 第二密封組件用于對沖管的第二端部進行動態(tài)密封，并且使沖管軸在 比主軸速度低的速度下轉(zhuǎn)動；其中沖管軸速度是比主軸速度低至少25 %的速度；其中沖管軸速度是主軸速度的約50%;其中減速設(shè)備是包 括與主軸連接的第 一齒輪設(shè)備和與沖管軸連接的第二齒輪設(shè)備的齒輪設(shè)備，該第一齒輪設(shè)備用于驅(qū)動第二齒輪設(shè)備，該方法還包括利用 第一齒輪設(shè)備驅(qū)動第二齒輪設(shè)備；其中第一齒輪設(shè)備包括第一齒輪， 第二齒輪設(shè)備包括多個第二齒輪，第一齒輪用于驅(qū)動多個第二齒輪以 使沖管軸轉(zhuǎn)動，該方法還包括利用第一齒輪驅(qū)動多個第二齒輪以使 沖管設(shè)備轉(zhuǎn)動；其中減速設(shè)備具有環(huán)形殼體和與環(huán)形殼體連接以及與 沖管連接的扭矩制動器；其中驅(qū)動設(shè)備包括頂部驅(qū)動馬達(dá)和由頂部驅(qū) 動馬達(dá)驅(qū)動的頂部驅(qū)動齒輪設(shè)備，該方法還包括利用頂部驅(qū)動馬達(dá)驅(qū) 動頂部驅(qū)動齒輪設(shè)備，以及利用頂部驅(qū)動齒輪設(shè)備驅(qū)動主軸。
因此，本發(fā)明在至少某些實施例中提供了一種頂部驅(qū)動軸設(shè)備， 該頂部驅(qū)動軸設(shè)備包括具有穿過其中的主軸通道的主軸；用于在主 軸速度下使主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備；與主軸連接的減速設(shè)備；與減速器 連接的沖管軸，以使得該沖管軸可通過減速設(shè)備在比主軸速度低的沖 管軸速度下轉(zhuǎn)動；沖管軸具有頂端部和底端部，以及具有穿過其中的 沖管軸通道；具有穿過其中的沖管通道的沖管，沖管軸通道與沖管通 道流體連通；沖管軸通道與主軸通道流體連通。這種設(shè)備可按任何可 能組合具有下述特征中的一種或一些第一密封件保持器，其與沖管 連接并且保持第一密封組件，該第一密封組件用于對沖管軸的頂端部 進行密封；和第二密封件保持器，其與主軸連接并且保持第二密封組 件，該第二密封組件用于對沖管的第二端部進行密封；其中減速設(shè)備 使沖管軸速度減小到比主軸速度低至少25%的速度；和/或其中減速設(shè) 備使沖管軸速度減小到主軸速度的約50 % ;和/或減速設(shè)備具有環(huán)形殼 體和與環(huán)形殼體連接以及與沖管連接的扭矩制動器。
因此，本發(fā)明在至少某些實施例中提供了一種驅(qū)動軸設(shè)備，該驅(qū) 動軸設(shè)備包括具有穿過其中的主軸通道的主軸；用于在主軸速度下 使主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備；與主軸連接的減速設(shè)備；與減速器連接的副 軸，以使得該副軸可通過減速設(shè)備在比主軸速度低的副軸速度下轉(zhuǎn)動； 該副軸具有頂端部和底端部，以及具有穿過其中的副軸通道；具有穿 過其中的管子通道的管子，副軸通道與管子通道流體連通；副軸通道 與主軸通道流體連通；第一密封設(shè)備，用于密封接觸該副軸以密封主軸與副軸之間的界面；和第二密封設(shè)備，用于密封接觸副軸與管子之 間界面。
在本文中，用語"包括"具有非限制性含義，用于表示包括該用語 之后零部件，但不排除未明確提及的零部件。由不定冠詞"一"限定的 元件并不排除存在多于一個元件的可能性，除非上下文明確要求有且 僅有一個元件。
權(quán)利要求
1.一種用于井眼操作的頂部驅(qū)動設(shè)備，該頂部驅(qū)動設(shè)備包括帶有用于通過流體的孔(C、141)的轉(zhuǎn)子(M、140)、用于使所述轉(zhuǎn)子(M、140)在工作速度下轉(zhuǎn)動的驅(qū)動設(shè)備和與所述轉(zhuǎn)子流體連通的非轉(zhuǎn)動管道(12、101、102)，其特征在于，所述頂部驅(qū)動設(shè)備還包括連接在所述轉(zhuǎn)子(M、140)和所述管道(12、101、102)之間的減速設(shè)備(10、160)、設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(M、140)和所述減速設(shè)備(10、160)之間的密封件(19、109)以及設(shè)置在所述減速設(shè)備(10、160)和所述管道(12、101、102)之間的另一密封件(15、107)。
2. 如權(quán)利要求1所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述減速設(shè)備(10、160)包括沖管(70、 120)，所述密封件(19、 109)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(M、 140)和所述沖管(70、 120)之間，而另一密封件(15、 107)設(shè)置在所述沖管(70、 120)和所述管道(12、 101、 102)之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述減速設(shè)備(10、160)還包括齒輪系統(tǒng)(40、 42、 42a、 162、 166)。
4. 如權(quán)利要求3所述的頂部驅(qū)動器，其中所述齒輪系統(tǒng)(40、`42、 42a、 162、 166)包括行星齒輪系統(tǒng)(40、 42、 42a、 162、 166)。
5. 如權(quán)利要求4所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述行星齒輪系統(tǒng)(40、 42、 42a、 162、 166)包括與所述沖管(70、 120)基本同心的主齒輪(40、 162)。
6. 如權(quán)利要求5所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述行星齒輪系統(tǒng)(40、 42)包括與所述主齒輪嚙合的至少一個行星齒輪(42a、 166)。
7. 如權(quán)利要求6所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述至少一個行星齒輪(M、 140)使轉(zhuǎn)動地固定到所述沖管(70、 120)上的副齒輪(46)轉(zhuǎn)動。
8. 如權(quán)利要求3-7中的任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述沖管(70、 120)包括與所述齒輪系統(tǒng)(40、 42、 42a、 162、 166)的齒輪嚙合的鍵槽(128)。
9. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述密封件(19、 109)設(shè)置在密封件保持器(52、 108)中。
10. 如權(quán)利要求9所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述密封件保持器(52、 108)固定到所述轉(zhuǎn)子(M、 140)上。
11. 如權(quán)利要求IO所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述密封件轉(zhuǎn)動地固定在所述密封件保持器(52、 108)中。
12. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述另一密封件(15、 107)設(shè)置在另一密封件保持器(16、 106)中。
13. 如權(quán)利要求12所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述另一密封件保持器(16、 106)固定到所述管道(12、 101、 102)上。
14. 如權(quán)利要求13所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述另一密封件(15、 107)轉(zhuǎn)動地固定在所述密封件保持器(16、 106)中。
15. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述管道(12、 101、 102)包括鵝頸管(12、 102)。
16. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述減速設(shè)備(10、 160)使轉(zhuǎn)動速度減小到比轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度低至少25%的速度。
17. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述減速設(shè)備(10、 160)使轉(zhuǎn)動速度減小到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度的約50%。
18. 如前述任一權(quán)利要求所述的頂部驅(qū)動設(shè)備，其中所述減速設(shè)備(10、 160)具有環(huán)形殼體(52、 164)和扭矩制動器(28)。
19. 一種用于從頂部驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)子(M、 140 )向非轉(zhuǎn)動管道(12、101、 102)傳送流體的方法，所述轉(zhuǎn)子(M、 140)在工作速度下轉(zhuǎn)動，其特征在于，密封件(19、 109)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(M、 140)和減速設(shè)備(IO、 160)之間，另一密封件(15、 107)設(shè)置在所述減速設(shè)備(10)和所述非轉(zhuǎn)動管道(12、 101、 102)之間，所述方法包括以下步驟所述減速設(shè)備(IO、 160)在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動，以使得所述密封件(19、 109)和所述另一密封件(15、 107)均在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述減速設(shè)備(IO)包括沖管(70、 120)和齒輪系統(tǒng)(40、 42、 42a、 162、 166)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于從頂部驅(qū)動設(shè)備的轉(zhuǎn)子(140)向比如鵝頸管的非轉(zhuǎn)動管道(101、102)傳送流體的方法和設(shè)備，轉(zhuǎn)子(140)在工作速度下轉(zhuǎn)動，其特征在于，密封件(109)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(140)和減速設(shè)備(160)之間，另一密封件(107)設(shè)置在減速設(shè)備(160)和非轉(zhuǎn)動管道(101、102)之間，該方法包括減速設(shè)備(160)在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動的步驟，以使得密封件(109)和另一密封件(107)均在比工作速度低的速度下轉(zhuǎn)動。
文檔編號E21B3/02GK101668921SQ200880005901
公開日2010年3月10日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月22日
發(fā)明者S·斯圖博斯塔德 申請人:國民油井華高有限合伙公司