现有技术披露了使用直流或交流马达的各种装置。U.S.专利 4,458,768，5,433,279；6,276,450；4,813,493；6,705,405；4,800,968；4,878,546 ；4,872,577；4,753,300；6,536,520；6,679,333披露了各种装置。
现有技术披露了一种具有交流马达驱动的顶部驱动器的Varco钻 井系统TDS-9S交流顶部驱动器。

根据本发明第一方面，提供了一种用于井筒操作的顶部驱动器， 所述顶部驱动器包括：交流永磁马达，其具有穿过其中的孔；行星齿 轮装置，其与所述交流永磁马达相连，所述行星齿轮装置具有穿过其 中的孔，穿过所述交流永磁马达的所述孔与穿过所述行星齿轮装置的 所述孔基本上对齐，使得流体可从其中流过，所述顶部驱动器还包括 主轴，所述主轴与转动所述主轴的所述行星齿轮装置驱动地相连。
优选地，所述交流永磁马达被布置在所述行星齿轮装置的上方， 优选地，直接布置在所述行星齿轮装置的顶部，或许由间隔器和/或用 来防止油和润滑剂进入的部件隔开。优选地，所述顶部驱动器还包括： 支撑装置，用于支撑所述交流永磁马达和所述行星齿轮装置，所述支 撑装置包括旋转体、在所述永磁马达上方的悬挂部件和布置在所述旋 转体和所述悬挂部件之间的至少一个连杆。优选地，所述旋转体位于 所述行星齿轮装置的下方。优选地，两个连杆布置在所述旋转体和所 述悬挂部件之间。优选地，所述至少一个连杆设有穿过其来接收销或 耳部的开口，所述开口尺寸较大，以允许一定程度的竖直运动。优选 为非圆形开口，最好是细长的。
优选地，所述悬挂部件包括具有滑车轮槽轮和刚性连接到其上的 环索的滑车，所述滑车轮槽轮可与钻机的起重架上的绳索相连，该环 索与所述至少一个连杆相连。优选地，转动地安装在其上，并且有利 地可以不同角度安装，并且有利地可拆卸地安装在其上。优选地，环 索可选择地在多个位置处固定在所述运动滑车上。
优选地，顶部驱动器还包括：重量补偿装置，其布置在所述环索 和所述旋转体之间，用于补偿所述顶部驱动器和在插入操作期间将被 插入的管件的重量，以防止管件损坏。优选地，所述重量补偿装置包 括液压活塞和气缸和蓄能器。
优选地，所述旋转体具有布置在内部的内部主轴承，所述主轴具 有靠着所述主轴承并在所述主轴承上可转动的凸缘。
优选地，顶部驱动器还包括：由所述旋转体保持的负载套筒，所 述主轴在所述负载套筒内可转动；位于负载套筒的周围并由此被支撑 的负载环；悬挂在所述负载环上的至少一个钩环；用于选择性地接收 并保持管件的吊卡，所述吊卡由所述至少一个钩环支撑。优选地，两 个钩环从耳部悬挂在所述负载环上并且在所述吊卡的相对侧支撑所述 吊卡。优选地，顶部驱动器还包括用于使所述至少一个钩环倾斜的倾 斜装置，所述倾斜装置被布置成使所述钩环绕着负载环转动，以使得 所述至少一个钩环的中心线倾斜，该中心线向下延伸通过所述永磁马 达的中心和所述行星齿轮装置的中心以及所述主轴的中心，所述中心 为对齐的。优选地，所述倾斜装置包括在所述至少一个钩环上的夹具， 所述夹具具有两个辊销，所述至少一个钩环的一部分在所述两个辊销 之间可动，以便于所述钩环相对于所述夹具移动。
优选地，所述两个辊销被安装在安装板上，安装板上具有用于安 装辊销的偏置孔，从而将所述安装板倒转使在所述辊销之间的距离变 化以适应不同宽度的钩环。
顶部驱动器还包括可转动地布置在所述顶部驱动器上的夹紧装 置，所述夹紧装置用于选择性夹紧管件。
优选地，所述负载环被自由转动地布置，所述夹紧装置被布置在 所述两个钩环之间，使得所述负载环、钩环和吊卡可与所述夹紧装置 一起转动。优选地，，所述夹紧装置包括用于在其间选择性接收将被夹 紧的管件的至少一个两夹钳。优选在至少两个夹钳上。将被夹紧或夹 住在所述夹紧装置中的管件可为保护接头、管子、壳体或工具。优选 地，所述至少一个夹钳包括可在气缸中朝向或远离将被夹紧的管件运 动的活塞。优选地，所述夹紧装置还包括至少一个伸缩支架。优选地， 所述至少一个支架悬挂在所述负载环上。优选地，所述夹紧装置包括 至少两个分开的伸缩支架。优选地，顶部驱动器还包括至少一个另外 的马达。
优选地，顶部驱动器还包括与所述夹紧装置相连的、用来提供电 力的电力产生装置。优选地，顶部驱动器还包括液压歧管、用于控制 液压流体在多个相应流动路线中流动的多个方向控制阀，所述多个相 应的流动路线包括用于提供液压流体到所述夹紧装置下方的动力装置 的流动线路。优选地，所述液压歧管和所述多个方向控制阀被布置在 所述至少一个伸缩支架上。
优选地，所述负载套筒具有流体引导通道，所述装置还包括与所 述负载套筒相连的转动头部，用于接收来自所述负载套筒的流体引导 通道的流体以及将所述流体传送到所述下部液压歧管，所述转动头部 与所述夹紧装置一起可转动。
优选地，顶部驱动器还包括固定在所述旋转体上的选择性锁定机 构，用于选择性锁定所述夹紧装置，由此防止所述夹紧装置转动，同 时允许所述主轴转动。优选地，所述夹紧装置悬挂在齿轮环上，齿轮 环相应于所述锁定机构可动或制动。更为优选地，所述夹紧装置于所 述齿轮环和所述负载环转动地连通。所述负载环和齿轮环可一体形成， 并且可以以单个单元铸造出来。优选地，顶部驱动器还包括可拆卸地 与所述主轴相连的泥浆护罩装置。优选地，可拆卸地连接到所述泥浆 护罩装置上和下方。优选地，与非转动连接部件相连。优选地，第一 连接锁定装置将所述主轴锁定在所述泥浆护罩装置上，并且第二连接 锁定装置将泥浆护罩装置锁定在所述保护接头上。
优选地，隔板布置在所述交流永磁马达和所述行星齿轮装置之间， 所述隔板具有轴承凹部；轴承在所述轴承凹部中，用来便于所述主轴 转动。
优选地，顶部驱动器还包括：进入平台，其在下端可枢转地连接在 所述旋转体上，所述进入平台具有可转动到大体水平位置的平台部分， 从而在所述进入平台上的人员可接近所述顶部驱动器的部件。
优选地，顶部驱动器还包括用于使所述顶部驱动器水平移动的延 伸机构。优选地，所述延伸机构包括多个活塞和气缸以及框架。优选 地，所述延伸机构具有开口，管架可通过该开口移动，而与所述顶部 驱动器相连的所述延伸机构相对于所述管架移动。
本发明的第二方面提供了一种在顶部驱动器中使用的用于可拆卸 地固定管件的装置，该装置包括：至少两个相对且分开的夹紧装置， 用于在其间选择性接收将要夹紧的管件，所述两个相对的夹紧装置中 的每一个具有座和在所述座中可动的活塞，所述活塞选择性地朝向/ 远离将要夹紧的管件运动；在使用中悬挂在所述顶部驱动器的一部分 上的两个分开的伸缩支架，用于使所述至少两个相对的夹紧装置在基 本上竖直的平面中移动。优选地，所述管件包括以下中的一个：装置 的壳体、管子、保护接头和主轴
所述两个相对的夹紧装置由连接装置可拆卸地连接在一起，使得 连接装置中的任一个或两个是可断开的。优选地，所述两个半部可打 开，以一旦所述两个连接装置中的一个分开时容纳将要夹紧的管件， 一旦所述两个连接装置都分开时，所述两个半分离并且移动分开。优 选地，每个连接装置包括多个分开相配合且带有孔的耳部以及可拆卸 地通过所述孔插入的销。优选地，形成铰链。优选地，所述两个伸缩 支架具有非圆形横截面。优选横截面为矩形、细长形或正方形。优选 地，所述装置还包括在每个伸缩支架中的弹簧装置，用于补偿由所述 夹紧装置夹住的管件的运动。优选地，因为当将被连接到钻柱上的所 述管件的大部分重量被补偿时在配合螺纹中不容易出现损坏，所以所 述补偿有利于插入。优选地，所述装置还包括在每个伸缩支架中的活 塞和气缸，所述气缸内部是真空的，所述活塞可在所述中空气缸内延 伸以及收缩，所述活塞和气缸提供了对由所述夹紧装置夹紧的部件的 运动的补偿。
优选地，所述伸缩支架每个都包括外支架部分和内支架部分，还 包括在每个外支架部分和每个内支架部分上的链连接结构，其中链可 连接在外所述支架部分和所述内支架部分上，以防止所述外支架部分 与所述内支架部分分开。优选地，所述装置还包括导向装置，其被固 定在所述两个相对的夹紧装置上和下方，用于引导在所述两个相对的 夹紧装置之间的管件。优选地，所述导向装置可拆卸地连接到所述两 个相对的夹紧装置中的至少一个上。优选地，链接或销接。
优选地，所述装置还包括：用于产生电力的发电机装置，其与所 述两个伸缩支架中的至少一个相连。优选地，所述装置还包括电力分 配装置。优选地，所述发电机装置将来自流体流动的液压动力和/或压 力转化电力。由此，为顶部驱动器设置与管件操作装置一起转动的电 力发电机。
优选地，所述装置还包括液压流体歧管，其与所述两个伸缩支架 中的至少一个相连，用于接收来自液压流体源的液压流体以及向用于 提供可解除地夹紧和保持用于井筒操作的部件的液压流体。优选地， 向在所述装置下方的另一部件供给液压流体。优选地，所述液压流体 歧管包括多个液压流体导管和用于选择性地控制在每个液压流体导管 中的流体流的多个控制阀。优选地，所述装置还包括：用于产生电力 的发电机装置，其与所述两个伸缩支架中的至少一个相连；用于控制 所述控制阀的控制器装置，其在所述两个伸缩支架中的一个上并与所 述控制阀连通。
优选地，控制器装置包括数字信号处理装置和天线，所述天线用 于从与处于远离可解除地夹紧和保持用于井筒操作的管件的所述装置 的位置处与所述控制器装置通信。
优选地，每个活塞包括板牙铰手和用于与所述管件接合的板牙装 置。优选地，每个壳体具有内衬在所述壳体中的气缸，所述活塞可滑 动地布置在所述气缸中。
优选地，所述装置还包括连接结构，其在所述两个伸缩支架中的 每一个上，用于将所述装置连接到所述顶部驱动器。优选地，连接转 动装置，由此而转动。优选地，所述连接结构在伸缩支架上端处提供 了每个伸缩支架的枢转连接，用于使得所述两个伸缩支架彼此远离地 枢转。
优选地，所述两个伸缩支架还包括防转结构，用于接收相邻装置 的一部分并可解除地保持所述部分，使得所述相邻装置可与用于可解 除地夹紧和保持用于并筒操作的部件的装置同时转动。
本发明的第二方面还提供了一种顶部驱动器，其包括驱动器马达 和根据本发明的装置。
本发明的第二方面还提供了一种夹紧部件的方法，该方法包括将 该部件定位在所述装置的主体中，所述装置包括：主体；在所述主体 中的两个相对的夹紧装置，所述两个相对的夹紧装置是分开的，用于 选择性接收将要被夹紧在其间的部件，所述两个相对的夹紧装置中的 每一个具有座和在所述座中可动的活塞装置，所述活塞装置可选择性 地朝向/远离将被夹紧的部件移动；两个支架，所述两个支架是分开的， 每个支架具有上端和下端，每个下端与所述主体相连，每个支架包括 外支架部分和内支架部分，所述内支架部分具有在所述外支架部分中 可动的部分，以为所述主体提供上/下移动的范围，其中用于井筒操作 的所述部件为管件，每个活塞装置包括活塞和固定在所述活塞的外端 上的板牙铰手以及在所述板牙铰手上用于接合管件的板牙装置，每个 座具有可动地布置在其中的衬套，每个活塞在对应的衬套中可动，并 使所述活塞移动，使得所述板牙装置与将要夹紧的部件接合，由此夹 紧该部件。
优选地，所述方法还包括转动所述装置并由此转动由所述装置夹 紧的部件的步骤。
本发明的第三方面提供了一种顶部驱动器，其包括：驱动器马达； 支撑装置；连接到支撑装置上以及下方并由其支撑的管件操作装置， 所述管件操作装置包括在所述管件操作装置上或下方的液压流体驱动 装置；供给装置，其与所述管件操作装置相连，用于提供液压流体以 驱动所述液压流体驱动装置，所述供给装置包括用于将液压流体供给 所述液压流体驱动装置的流路装置和用来控制流体流向/流出所述流 路装置的可电动操作的控制装置以及与所述管件操作装置相连的用来 向所述可电动操作的控制装置提供电力的电力产生装置。
优选地，所述顶部驱动器还包括齿轮装置、与所述齿轮装置相连 的驱动器主轴和悬挂装置。优选地，所述管件操作装置包括用于夹紧 部件的夹紧装置，所述夹紧装置由来自所述供给装置的液压流体驱动。 优选地，所述夹紧装置相对于所述驱动器马达可转动，所述支撑装置 包括用于选择性地将所述管件操作装置锁定在适当位置的锁定机构， 所述锁定机构包括用于转动所述夹紧装置的驱动装置，所述驱动器主 轴可由所述齿轮装置转动，并且所述夹紧装置由所述锁定机构锁定在 适当位置。
优选地，所述可电动操作的控制装置包括多个可选择操作的控制 阀，所述控制阀用于选择性地控制到所述支撑装置下方的装置的液压 流体流。优选地，在所述下部支撑装置下方的所述装置包括用于夹紧 部件的夹紧装置、用于支撑部件的吊卡和用于使所述吊卡以一角度向 所述支撑装置运动的连杆倾斜装置。优选地，所述夹紧装置包括：至 少两个相对且分开的夹紧装置，用于选择性地接收将要夹紧在其间的 管件，所述两个夹紧装置中的每一个具有座和在所述座中可动的活塞， 所述活塞可选择性地朝向/远离将要夹紧的管件移动；
在使用时悬挂在所述顶部驱动器的一部分上的两个分开的伸缩支 架，所述伸缩支架用于使所述至少两个相对的夹紧装置在基本上竖直 的平面内移动。
优选地，所述顶部驱动器还包括在每个伸缩支架中的活塞和气缸， 该活塞和气缸的第一部分与所述上端连接，该活塞和气缸的第二部分 与所述下端连接，在每个活塞和气缸中，所述气缸在内部为真空的， 所述活塞在所述气缸内可延伸和收缩，所述气缸和活塞向由所述夹紧 装置夹紧的管件的运动提供补偿，用来驱动所述活塞和气缸的流体由 所述供给装置提供。
优选地，用来产生电力的所述发电机装置与所述两个伸缩支架中 的一个相连。优选地，所述供给装置包括与所述两个伸缩支架中的一 个相连的液压流体歧管，用来接收来自液压流体源的液压流体和用来 向所述发电机装置提供液压流体以驱动所述驱动发电机装置。优选地， 所述液压流体歧管包括多个液压流体导管和多个用来可选择性地控制 在每个液压流体导管中的流体流的控制阀。优选地，所述顶部驱动器 还包括连接到所述两个伸缩支架上和之间的转动头部，所述转动头部 用来接收来自流体源的液压流体和提供所述液压流体以驱动所述发电 机。优选地，所述转动头部提供了用于多个控制阀的液压流体。
优选地，所述驱动器马达为具有从其中穿过的孔的交流永磁马达， 行星齿轮装置与所述交流永磁马达相连，所述行星齿轮装置具有从其 中穿过的孔，穿过所述交流永磁马达的孔与穿过所述行星齿轮装置的 孔基本上对齐，使得流体从其中流过，所述顶部驱动器还包括与驱动 所述主轴的所述行星齿轮装置驱动地相连的主轴。
优选地，所述悬挂装置包括旋转体、位于所述永磁马达上方的悬 挂部件和布置在所述旋转体和所述悬挂部件之间的至少一个连杆。优 选地，两个连杆布置在所述旋转体和所述悬挂部件之间。优选地，所 述至少一个连杆设有从其中穿过的开口，用来接收销或耳部，所述开口 形成较大的尺寸，以允许一定程度的竖直运动。优选非圆形开口，更 为优选地为细长的。优选地，所述悬挂部件包括具有滑车轮槽轮和刚 性连接其上的环索的滑车，所述滑车轮槽轮可与钻机的起重架上的绳 索相连，所述环索与所述至少一个连杆相连。优选地，可转动地连接 到其上，优选地，可拆卸地连接到其上。优选地，所述环索可选择性 地在多个位置处固定在所述运动滑车上。优选地，所述顶部驱动器还 包括布置在所述环索和所述旋转体之间的重量补偿装置，用来补偿所 述顶部驱动器和在插入操作期间将被插入的管件的重量，以防止损坏 管件。优选地，所述重量补偿装置包括液压活塞和气缸和蓄能器。优 选地，所述旋转体具有布置在内部的内部主轴承，所述主轴具有靠着 所述主轴承并在其上可转动的凸缘。优选地，顶部驱动器还包括：由 所述旋转体保持的负载套筒，所述主轴在所述负载套筒中可转动；定 位在负载套筒周围并由其支撑的负载环；悬挂在所述负载环上的至少 一个钩环；用于选择性接收和保持管件的吊卡，所述吊卡由所述至少 一个钩环支撑。
优选地，所述顶部驱动器还包括可枢转地连接在所述旋转体的下 端的进入平台，所述进入平台带有可枢转到大体水平位置的平台部分， 使得在所述进入平台上的人员可接近所述顶部驱动器的部件。
优选地，所述顶部驱动器还包括用于水平地移动所述顶部驱动器 的延伸机构。优选地，所述延伸机构包括多个活塞和气缸和框架。优 选地，所述延伸机构具有开口，管架可通过该开口移动，而具有与所 述顶部驱动器相连的所述延伸机构相对于所述管架移动。
本发明的第四方面提供了一种用集装箱装的装置，其包括：集装 箱；顶部驱动器，其可拆卸地布置在所述集装箱中；延伸机构，用来 使所述顶部驱动器在起重架中大致水平地移动，所述顶部驱动器固定 在所述延伸机构上，所述延伸机构可拆卸地设置在带有所述顶部驱动 器的所述集装箱中；轨道，用来在使用中使所述顶部驱动器在起重架 中沿着竖直平面移动，该轨道包括多个可连接在一起的轨道部分；滑 行架，用于在运输过程中保持所述顶部驱动器，所述滑行架的一部分 形成至少一个轨道部分。或者或优选地，所述滑行架形成扭矩框架， 在使用中所述滑行架的一部分形成所述顶部驱动器的一部分，以帮助 反作用驱动器马达的扭矩。优选地，集装箱为ISO集装箱，优选40′ ×8′×8.5′集装箱。
优选地，所述轨道还包括至少一个第一分隔室，用来可拆卸地存 储所述多个轨道部分，所述多个轨道部分可拆卸地位于所述至少一个 第一分隔室中，所述多个轨道部分在集装箱的外部可组装在一起，以 包括所述多个轨道部分和所述至少一个滑行架轨道部分，并且所述延 伸机构与所述顶部驱动器一起沿着所述轨道可动。优选地，所述多个 轨道部分包括至少一个长度可调节的轨道部分，从而所述轨道可安装 在起重架的不同高度处。优选地，顶部驱动器包括：马达；齿轮系统； 管件操作装置，所述管件操作装置包括用于选择性保持管件的吊卡和 连杆，该连杆将所述吊卡连接到可拆卸地布置在集装箱中的顶部驱动 器装置、马达、齿轮系统和管件操作装置。
优选地，所述滑行架轨道部分具有用来容纳升降叉车突起的升降 叉车开口。优选地，所述多个轨道部分中的至少一个具有用来容纳升 降叉车突起的升降叉车开口。所有所述多个轨道部分具有用来容纳升 降叉车突起的升降叉车开口。
优选地，所述顶部驱动器包括枢转地连接到所述顶部驱动器的一 部分上的进入平台，所述进入平台具有与顶部驱动器可拆卸地相连的 顶部，一旦所述进入平台的顶端被释放了，所述进入平台从大体与所 述装置对齐的位置转动到大致与所述装置垂直的位置，使得所述进入 平台提供人员可站在其上接近所述装置的部件的平台，所述进入平台 可拆卸地位于带有所述装置的所述集装箱中。
优选地，所述的用集装箱装的装置还包括可拆卸地位于集装箱中 的悬挂装置，所述悬挂装置与所述顶部驱动器相连，所述悬挂装置用 于将所述顶部驱动器装置悬挂在起重架上。优选地，所述悬挂装置包 括运动滑车、与所述运动滑车相连的钩子和可与所述顶部驱动器装置 和钩子相连的环索。优选地，所述悬挂装置包括滑车和环索，所述环 索直接与所述滑车相连。优选地，所述环索可相对于所述滑车选择性 转动，并且可在选定的非转动位置处固定到所述滑车上。
优选地，所述轨道与起重架相连，并且适于将由所述顶部驱动器 产生的扭矩反作用到起重架上。
优选地，所述的用集装箱装的装置还包括在所述集装箱中的控制 系统，当所述装置被从所述集装箱中移走并位于用于操作的起重架中 时，该控制系统可由所述集装箱中的人员操作以控制所述装置。
优选地，所述用集装箱装的装置还包括在所述集装箱中的动力系 统，用来提供动力以操作所述顶部驱动器的至少一部分。优选地，动 力系统提供了液压动力。
优选地，所述用集装箱装的装置还包括在集装箱中的存储器，用 来容纳由向所述装置提供液压动力的所述动力系统使用的液压流体。 优选地，所述用集装箱装的装置还包括在所述集装箱中的冷却系统， 用来向所述装置提供冷却。
优选地，所述用集装箱装的装置具有：孔从其中穿过的交流永磁 马达；行星齿轮装置，其与所述交流永磁马达相连，所述行星齿轮装 置具有从其中穿过的孔，穿过所述交流永磁马达的孔与穿过所述行星 齿轮装置的孔基本上对齐，从而流体从其中流过，所述顶部驱动器还 包括与用来驱动主轴的所述行星齿轮装置可驱动地相连的主轴。
优选地，所述延伸机构具有开口，管架可穿过该开口运动，而与 所述顶部驱动器相连的所述延伸机构相对于所述管架运动。
本发明第五方面提供了一种用于钻井操作的装置，该装置包括起 重架、与所述起重架相连的导向梁、在所述导向梁上可动的顶部驱动 器、与所述导向梁相连的扭矩反作用结构以及由所述扭矩反作用机构 保持的滑行架装置，所述滑行架装置相对于所述扭矩反作用结构垂直 地可动，以防止竖直负载通过所述滑行架装置到达所述扭矩反作用结 构。
优选地，所述起重架包括钻机平台，所述导向梁具有顶端部件， 所述顶端部件包括外部件和可在外部件中移动的内部件，所述内部件 和外部分可在多个不同的位置处连接，以为所述导向梁提供长度的可 调节性，使得所述导向梁的位置相对于所述钻机平台是可调节的。优 选地，所述用集装箱装的装置还包括：第一U形钩，其与所述起重架 相连；第一U形钩，其与所述第一U形钩和所述导向梁的所述顶端部 件的所述内部件相连，以防止在所述顶端部件和所述起重架之间传递 扭矩。优选地，所述用集装箱装的装置还包括至少一个第二U形钩， 其与所述顶端部件的所述外部件相连，用来提供与线缆的连接，所述 线缆可与所述起重架相连。
优选地，在井上完成所述井筒操作，所述井具有井中心；所述扭 矩反作用结构包括可相对于所述导向梁朝向/远离所述井中心运动的 框架。
优选地，所述顶部驱动器包括：负载环；吊卡；两个钩环，每个 钩环具有与所述负载环相连的上端和与所述吊卡相连的下端，每个钩 环包括具有端耳部的外主体和具有端耳部的内主体，所述内主体在所 述外主体中可动，以调整所述钩环的长度，所述内主体选择性地在多 个位置处与所述外主体相连，以提供所述钩环的长度可调节性。优选 地，所述顶部驱动器包括齿轮装置(20)和齿轮环，其中所述齿轮环 和所述负载环为单个一体件。
优选地，所述顶部驱动器包括：顶部驱动器马达；主轴；制动器 装置，用于制动所述主轴，所述制动器装置具有在所述主轴周围的制 动毂；所述主轴还包括：密封装置，其在所述制动毂中用来密封主轴/ 制动毂的交界面，密封装置包括带有第一部件和第二部件的主体，所 述第一部件可与所述主轴一起转动，所述第二部件可与所述顶部驱动 器马达一起转动；吸收性密封部件，其在所述密封装置的所述第一部 件和所述密封装置的所述第二部件之间，所述吸收性密封部件位于使 得在转动期间作用在其上的作用力使得润滑流体从所述吸收性密封部 件中出来，所述吸收性密封部件密封在所述第一部件和所述第二部件 之间的交界面。
优选地，所述顶部驱动器具有驱动器马达，并且包括带有中心齿 轮的齿轮装置，所述齿轮装置位于所述驱动器马达的下方，所述装置 还包括选择性地与所述中心齿轮接合的密封装置，以密封从所述齿轮 装置到所述驱动器马达的通道。优选地，所述密封装置包括：密封件； 密封件支撑件，其支撑可动地竖直在主体内或上的所述密封件，使得 所述密封件与所述中心齿轮接合以密封所述通道，所述密封件支撑件 由处于施加在所述密封件支撑件上的压力下的流体和推动所述密封件 支撑件的弹性装置可动，使得当在所述密封件支撑件上没有施加处于 压力下的流体或者施加的处于压力下的流体不足时，所述密封件与所 述中心齿轮接触以密封所述通道。优选地，所述弹性装置包括弹簧。
优选地，所述顶部驱动器包括具有从其中穿过的孔的交流永磁马 达和与所述交流永磁马达相连的行星齿轮装置，所述行星齿轮装置具 有从其中穿过的孔，穿过所述交流永磁马达的孔与穿过所述行星齿轮 装置的孔基本上对齐，从而流体可从其中流过，所述顶部驱动器还包 括与用来驱动所述主轴的所述行星齿轮装置驱动地相连的主轴。
优选地，所述顶部驱动器包括具有旋转体的悬挂装置、在所述永 磁马达上方的悬挂部件和布置在所述旋转体和所述悬挂部件之间的至 少一个连杆。优选地，所述顶部驱动器还包括：由所述旋转体保持的 负载套，所述主轴可在所述负载套中转动；负载环，其定位在所述负 载套的周围并由其支撑；至少一个钩环，其悬挂在所述负载环上；吊 卡，用来选择性地接收和保持管件，所述吊卡由所述至少一个钩环支 撑。
优选地，所述顶部驱动器还包括在下端可枢转连接到所述旋转体 上的进入平台，所述进入平台带有可枢转到大体水平位置的平台部分， 使得在所述进入平台上的人员可接近所述顶部驱动器的部件。
优选地，所述用集装箱装的装置还包括用来使所述顶部驱动器水 平地移动的延伸机构。优选地，所述延伸机构具有管架通过其可动的 开口，而与所述顶部驱动器连接的所述延伸机构相对于所述管架移动。
本发明第六方面提供了一种用于井筒操作的装置，所述装置包括 可与带有钻机平台的起重架相连的导向梁，所述导向梁包括顶端部件， 所述顶端部件包括外部件和在所述外部件中可动的内部件，所述内部 件和外部件可选择性地连接在多个不同位置以为所述引导梁提供长度 的调节性，使得所述导向梁相对于所述钻机平台的位置是可调的。
优选地，所述用集装箱装的装置还包括：第一U形钩，其与所述 起重架相连；第二U形钩，其与所述第一U形钩和所述导向梁的所述 顶端部件的所述内部件相连，以防止扭矩在所述顶端部件和所述起重 架之间传递。
优选地，所述用集装箱装的装置还包括至少一个第二U形钩，其 与所述顶端部件的所述外部件相连，用来提供与线缆的连接，所述线 缆与所述起重架相连。
本发明第七方面提供了一种用于井筒操作的装置，所述装置包括： 起重架；与所述起重架可动地相连的顶部驱动器；在所述顶部驱动器 下方的连接器；吊卡；两个钩环，每个钩环都具有与所述连接器相连 的上端和与所述吊卡相连的下端，每个钩环包括具有端耳部的外主体 和具有端耳部的内主体，所述内主体在所述外主体中可动，以调节所 述钩环的长度，并且所述内主体选择性地在多个位置处连接所述外主 体上，以提供所述钩环的长度调节性。
本发明第八方面提供了一种顶部驱动器，其包括：驱动器马达； 主轴；用来制动所述主轴的制动器装置，所述制动器装置具有在所述 主轴周围的制动毂，所述装置还包括在所述制动毂中的密封装置，用 来密封主轴/制动器之间的交界面，所述密封装置包括：具有第一部件 和第二部件的主体，所述第一部件与所述主轴一起转动，所述第二部 件与所述顶部驱动器马达一起转动；吸收性密封部件，其在所述密封 装置的所述第一部件和所述密封装置的所述第二部件之间，所述吸收 性密封部件定位于使得在钻动期间作用在其上的作用力迫使润滑流体 从所述吸收性密封部件中出来，所述吸收性密封部件)密封所述第一 部件和所述第二部件之间的交界面。
本发明第九方面提供了第一顶部驱动器，其包括驱动器马达，并 且包括具有中心齿轮的齿轮装置，所述齿轮装置位于所述驱动器马达 的下方，所述装置还包括密封装置，用来选择性地与所述中心齿轮接 合，以密封从所述齿轮装置到所述驱动器马达的通道。
优选地，所述密封装置包括：密封件，密封件支撑件，支撑可动 地布置在主体内或上的所述密封件，使得所述密封件与所述中心齿轮 接合，以密封所述通道，所述密封件支撑件由施加在所述密封件支撑 件上的处于压力下的流体和推动所述密封件支撑件的弹性装置可动， 使得当没有流体施加在所述密封件支撑件上或施加在所述密封件支撑 件上的流体不足时所述密封件与所述中心齿轮接触以密封所述通道。 优选地，所述弹性装置包括弹簧。
附图说明
为了更好地理解本发明，将通过示例对附图作出说明，其中：图 1A为根据本发明装置的透视图，装置包括：顶部驱动器，其具有马达、 齿轮箱、制动器系统、主轴和罩，该顶部驱动器可滑动地布置在扭矩 轨道上；环索和连杆，其连接在用来悬挂顶部驱动器的旋转体上；吊 卡，其悬挂在机械可动的钩环上的负载环上；夹紧装置，用于夹紧管 件；齿轮环；锁定机构和连接锁定部件，用来选择性转动夹紧机构，以 便于在钻杆中的管件之间的连接部分的旋转和转动；延伸机构，用于 使顶部驱动器相对于扭矩轨道移动；制动器系统，用来减小和停止主 轴的转动；泥浆护罩装置；转换接头和保护接头；
图1B为在图1A中示出的装置的分解图；
图1C为在图1A中示出的装置的横截面的主视图，没有示出扭矩 管或夹紧装置；
图1D为图1A中示出的装置的侧视图，没有示出扭矩管；
图1E为在图1A中示出的装置的俯视图；
图1F为在图1A中示出的装置的一部分的主视图；
图1G为在图1A中示出的顶部驱动器的主轴的侧视图；
图1H为在图1G中示出的主轴的透视图；
图1I为在图1G中示出的主轴的端部的剖视图；
图1J和1K为在图1A中示出的顶部驱动器的负载套筒的透视图；
图1L为图1J的负载套筒沿着图1M的线1L-1L截得的剖视图；
图1M为图1L的负载套筒的侧视图；
图1N为在图1A中示出的顶部驱动器的旋转体的透视图；
图1O为在图1N中示出的旋转体的俯视图；
图1P是在图1N中示出的旋转体的剖视图；
图1Q是在图1N中示出的旋转体的仰视图；
图1R为在图1N示出的旋转体的局部切掉的透视图；
图1S为在图1A示出的顶部驱动器的旋转体的透视图；
图1T为在图1N示出的旋转体中使用的销的侧视图；
图1U为在图1T示出的销的剖视图；
图2A为包含在图1A中示出的装置的钻机的一部分的侧视图；
图2B为在图2A中示出的钻机的一部分的俯视图，还示出了另一 个管存储区域；
图2C为在图1A中示出的装置的延伸机构处于收缩位置的透视 图；
图2D示出了在图2C中示出的处于延伸位置的延伸机构；
图2E为在图2D中示出的延伸机构处于延伸位置的俯视图；
图2F为在图2C中示出的扭矩管的一部分的侧视图；
图2G为根据本发明的装置的示意图；
图3示出了图3A-3E的布局；图3A-3E组合示出了用于在图 1A中示出的装置的控制系统的示意图；
图3F为根据本发明的用于系统的冷却流体回路的示意图；
图4A为图1A中示出的顶部驱动器的一部分的透视图；
图4B为在图4A中示出的部件的剖视图；
图4C为图1A中示出的顶部驱动器的一部分的分解图；
图4D为在图1A中示出的顶部驱动器的齿轮结构的放大图；
图4E为在图1A中示出的装置的一部分的透视图；
图4F为在图4E中示出的装置的一部分的分解图；
图5A为在图1A中示出的装置的齿轮环的透视图，示出了齿轮环 的顶部；
图5B为在图5A中示出的齿轮环的透视图，示出了齿轮环的下侧；
图5C为在图5A中示出的齿轮环的俯视图；
图5D为图5A的齿轮环的主视图；
图5E和5F为在图1A中示出的装置的一部分的透视图；
图6A为在图1A中示出的装置的负载环的透视图，示出了负载套 筒的顶部；
图6B为图6A中示出的负载环的透视图，示出了负载环的下侧；
图6C为在图6A中示出的负载环的主视图；
图6D为在图6A中示出的负载环的俯视图；
图7A为用于在图1A中示出的装置的锁定机构的一部分的剖视 图；
图7B为在图7A中示出的锁定机构的一部分的透视图，示出了这 个部分的顶部；
图7C为在图7A中示出的锁定机构的一部分的剖视图，示出了这 个部分的下侧；
图7D为在图7A中示出的锁定机构的有齿部件的透视图；
图7E为在图7A中示出的锁定机构的齿轮的透视图；
图7F为在图7A中示出的锁定机构的小齿轮的透视图；
图7G为在图7A中示出的锁定机构的一部分的透视图，示出了锁 定部件的后部；
图7H为在图7A中示出的锁定机构的一部分处于图1A示出的顶 部驱动器中适当位置的透视图；
图7I为在图7G中示出的锁定机构的分解图；
图8A为在图1A中示出的装置的夹紧装置的主视图；
图8B为在图8A中示出的装置的俯视图；
图8C为在图8A中示出的夹紧装置的局部切掉的透视图；
图8D为在图8A中示出的夹紧装置的上部支架的透视图；
图8E为在图8D中示出的上部支架的主视图；
图8F为在图8A中示出的夹紧装置的内支架的透视图；
图8G为在图8A中示出的夹紧装置的局部切掉的透视图；
图8H为在图8G中示出的夹紧装置的一部分的透视图；
图8I为在图8G中示出的夹紧装置的一部分的透视图；
图8J为在图8H中示出的夹紧装置的横截面的俯视图；
图8K为在图8G中示出的夹紧装置的板牙铰手的透视图；
图8L为在图8G中示出的夹紧装置的衬套的透视图；
图8M为在图8L的衬套的剖视图；
图8N和8O为在图8G中示出的夹紧装置的活塞的透视图；
图8P为端部视图；图8Q为示出图8N中示出的活塞的横截面的 视图；
图8R和8S为在图8中示出的夹紧装置的管件导向件的部分的透 视图；
图8T示出了在图8A中示出的夹紧装置的支架的可选横截面形状 (和用于容纳这样支架的相应孔)；
图8U为在图8A示出的夹紧装置的弹性固定件的透视图；
图8V为在图8A示出的装置的内支架的俯视图；
图8W-8Y为示出根据本发明的扭矩扳手夹紧装置的各个位置的 透视图；
图8Z为在图8W中示出的扭矩扳手夹紧装置的部分的分解图；
图9A为在图1A中示出的装置的一部分的侧视图，示出了处于第 一位置的吊卡和机械可动的钩环；
图9B为在图9A中示出的装置的一部分的侧视图，示出了处于第 二位置的吊卡和机械可动的钩环；
图9C为在图9A中示出的装置的一部分的侧视图，示出了处于第 三位置的吊卡和机械可动的钩环；
图10A为在图1A中示出的装置的制动器系统的制动圆筒的透视 图；
图10B为在图1A中示出的装置的制动器系统的制动片的透视图；
图11A为连接锁定部件的透视图，示出了连接锁定部件的顶部；
图11B为连接锁定部件的透视图，示出了连接锁定部件的下部；
图11C为在图11A中示出的连接锁定部件的俯视图；
图11D为在图11A中示出的连接锁定部件的剖视图；
图11E为在图11A中示出的装置的泥浆护罩装置和保护接头的透 视图；
图11F为在图11E中示出的泥浆护罩装置和保护接头的透视图；
图12A为在图1A中示出的装置的转换接头的透视图；
图12B为在图12A中示出的转换接头的俯视图；
图12C为图12A中示出的转换接头沿着图12B的线12C-12C截 得的剖视图；
图13为在图1A中示出的装置的罩的透视图；
图14A为图1A的装置的负载螺母的透视图，示出了负载螺母的 顶面；
图14B为图14A中示出的负载螺母的透视图，示出了负载螺母的 底面；
图15A和15B为在图1A中示出的装置的转动头部的内筒的透视 图；
图15C为图15A中示出的内筒沿着图15E的线15C-15C截得的 剖视图；
图15D为图15A中示出的内筒沿着图15E的线15D-15D截得的 剖视图；
图15E为在图15A中示出的内筒的剖视图；
图15F为图15A中示出的内筒沿着图15E的线15F-15F截得的剖 视图；
图15G为转动头部的内筒的透视图；
图15H为图1A中示出的装置的一部分的横截面的侧视图；
图16A为图1A示出的冲洗管组件的透视图；
图16B为图16A所示的冲洗管组件的局部横截面的侧视图；
图17A为在图1A中示出的装置的进入平台的侧视图；
图17B为主视图；图17C为前部透视图；图17D为后部透视图； 图17E为仰视图；图17F为在图17A示出的进入平台的俯视图；
图17G和17H为在图17A示出的进入平台的侧视图，该进入平 台连接在图1A示出的顶部驱动器上分别处于第一和第二位置；
图17I为在图17A中示出的防护件的透视图，示出了防护件的前 部；
图17J为在图17I中示出的防护件的透视图，示出了防护件的后 部；
图18A为用于在图1A中示出的顶部驱动器的马达的马达挡板的 透视图；
图18B为在图18A中示出的马达挡板的剖视图；
图19A为用于在图1A中示出的装置的挡油环的透视图；
图19B为在图19A示出的挡油环的剖视图；
图20A为与图1A中示出的装置一起使用的挡油环的透视图；
图20B为在图20A中示出的挡油环的剖视图；
图21为与在图1A示出的装置一起使用的耐磨导向件的俯视图；
图22为在图21中所示的耐磨导向件的剖视图；
图23A为在悬挂在图1中示出的装置中使用的连接装置的侧视 图；
图23B为在图23A中示出的连接装置的剖视图；
图23C为在图23A中示出的连接装置的透视图；
图23D为在图23A中示出的连接装置的一部分的透视图；
图23E为在图23D中示出的运动连接装置的一部分的横截面的侧 视图；
图23F为在图23D中示出的连接装置的一部分的横截面的主视图 (或后视图)；
图23G为在图23D中示出的连接装置的一部分的仰视图；
图23H为在图23D中示出的连接装置的一部分的透视图，示出了 该部分的底面；
图24A为在图1A中示出的装置的隔板的透视图；
图24B为在图24A中示出的隔板的剖视图；
图25为在图24A中示出的隔板的透视图，示出了隔板的底面；
图26A和26B为与图1A的系统一起使用的连杆的透视图；
图26C为侧视图，图26D为在图26A中示出的连杆的主视图；
图26E为俯视图，图26F为在图26A中示出的连杆的仰视图；
图27A-27C为在图1A中示出的装置的一部分的侧视图，示出 了操作方法中的步骤；
图27D-27F为在图27A-27C中示出的装置的部分的横截面的 俯视图，分别示出了在图27A-27C中示出的方法的步骤；
图28A和28B为与图1A中示出的装置一起使用的建筑物的透视 图；
图28C为在图28A中示出的建筑物的侧视图，其中建筑物的门是 打开的；
图28D为在图28A中示出的建筑物的俯视图，其中建筑物的屋顶 被去掉；
图28E为与在图28A中的建筑物一起使用的承载件滑动架的透视 图；
图29A为在图1A中示出的装置一起使用的防护件的透视图，示 出了防护件的前部和第一侧；
图29B为在图29A中示出的防护件的透视图，示出了防护件的后 部和第一侧；
图29C为在图29A中示出的防护件的透视图，示出了防护件的前 部和第二侧；
图29D为在图29A中示出的防护件从防护件的第一侧截得的俯视 图；
图29E为在图29A中示出的防护件从防护件的后部截得的俯视 图；
图29F为在图29A中示出的防护件从防护件的第二侧截得的俯视 图；
图29G为在图29A中示出的防护件的俯视图；
图29H为在图29A中示出的防护件的仰视图；
图30A为用于在图1A中示出的装置的防护件的透视图，示出了 前部和第一侧；
图30B为在图30A中示出的防护件的透视图，示出了防护件的前 部和第二侧；
图30C为在图30A中示出的防护件的透视图，示出了防护件的第 一和第二侧以及防护件前部的后部；
图30D为在图30A示出的防护件从防护件的第一侧截得的俯视 图；
图30E为在图30A示出的防护件从防护件的后部截得的俯视图；
图30F为在图30A中示出的防护件从防护件的第二侧截得的俯视 图；
图30G为在图30A中示出的防护件的俯视图；
图30H为在图30A中示出的防护件的仰视图；
图31A为在图1中示出的顶部驱动器和反作用框架在操作的第一 步骤中的俯视图；
图31B为在图1A中示出的顶部驱动器和在图31A中示出的反作 用框架在操作的第二步骤中的俯视图；
图31C为在图31A中示出的反作用框架的一部分的侧视图；
图31D为在图1A中示出的顶部驱动器一起使用的架/支撑件的透 视图；
图31E为在图31A中示出的反作用框架的一部分的透视图；
图31F为在图31C中示出的反作用框架的一部分的透视图，示出 了该部分的后部；
图31G为图31F中示出的反作用框架的一部分的透视图，示出了 该部分的前部；
图31H为在图31C中示出的反作用框架的一部分的透视图；
图32A为示出处于第一位置的图2A中示出的装置的一部分的主 视图；
图32B为示出处于第二位置的图32A中示出的装置的一部分的主 视图；
图32C为示出在图32B中的装置的一部分的侧视图；
图32D为示出在图32A中的装置的一部分的透视图；
图32E为示出在图32A中的装置的一部分的透视图；
图33A为用于在图1A中示出的装置中的密封件组件的俯视图；
图33B为在图33A中示出的密封件组件的横截面的侧视图；
图33C为在图33B中示出的密封件组件的一部分的横截面的放大 侧视图；
图34A为示出在密封件组件中的一些隐藏部分的主视图；
图34B为在图34A示出的密封件组件的一部分的放大图；
图35A为用于图1A中示出的装置中的连杆处于使用的第一位置 的侧视图；
图35B为在图35A中示出的连杆的主视图；
图35C为在图35A中示出的连杆处于使用的第二位置的主视图；
图35D为在图35A中示出的连杆的俯视图；
图35E为在图35A中示出的连杆处于使用的第一位置的透视图；
图35F为在图35A中示出的连杆处于使用的第二位置的透视图； 以及
图35G为在图35A中示出的连杆的仰视图。

图1A-1D示出了整体由附图标号10表示的装置。装置10具有 悬挂在环索16的连杆14上的旋转体12。环索16与运动滑车相连， 或者图23所示类型的连接装置可被用于将顶部驱动器悬挂在起重架 的一部分上，在那里该装置处于使用中。齿轮系统20被安装在由旋转 体12支撑的隔板22上。任选地，除湿器系统(未示出)对该装置除 去湿气。
中空孔的交流永磁马达30与齿轮系统20相连。可使用任何适当 的永磁马达；例如，但不局限于，市场上可得到来自麻萨诸塞州波士 顿市的Comprehensive Power Ltd.，的交流中空孔的永磁马达型号 TERA TORQ(TM)(该马达装有控制系统并具有相关的计算机系统 软件和控制器；并且该马达可被编程，使得马达自身可作为制动器)。 与马达30相连的制动器系统40处于罩44中或者由罩44覆盖或保护， 与形成工作回路48的一部分的凯氏软管(kelly hose)7相连的鹅颈管 46延伸穿过罩44。在一些的使用阶段中，钻井液流过凯氏软管7。延 伸机构98提供了顶部驱动器1的基本上水平位移(参见图2C、2D、 2E)。可选择性地或自动地操作紧急制动器系统40，例如司钻在司钻 面板141上具有紧急制动按钮。
参照图1C和1H，马达30具有带齿的输出轴32，该输出轴32 与齿轮系统20的齿部26驱动地啮合，齿轮系统20具有与主轴50的 齿部52配合的齿部224。主轴50的凸缘54承受拉伸负载重力并在旋 转体12中的主轴承系统56上转动。主轴50延伸通过马达30、齿轮 系统20、隔板22、旋转体12、锁定机构60、负载环70和旋转密封件 80。主轴50的下端58与泥浆护罩装置90螺纹连接，泥浆护罩装置 90自身与保护接头92相连。用于选择性地抓住或夹紧管件的夹紧装 置100被悬挂在负载环70上，负载环70被连接在顶部驱动器1的静 态部分上。钩环72将吊卡74悬挂在负载环70上。在键槽396中的键 395(参见图1I)可拆卸地将主轴50的端部与下面所述的连接锁定部 件340(图11A)相连，以确保在主轴50和泥浆护罩装置90之间的 连接被保持。
平衡系统110包括两个负载补偿器112，每个负载补偿器具有与 连杆14相连的上端和与旋转体12相连的下端，平衡系统110可支撑 整个顶部驱动器1以及在插入管件期间将被插入的相关管件的重量。 连杆14的下端具有细长开口14c，细长开口14c具有这样的尺寸和构 造，即，允许相对于将连杆14保持在旋转体12中的销13在竖直平面 中的移动范围(例如大约15cm(6英寸))。负载补偿器气缸112可为 液压的，优选包括蓄能器116，该蓄能器116使得插入负载平衡，以 与顶部驱动器和将被插入的管件或管架的负载相匹配，以便于插入钻 杆中的管件的母接头，该钻杆被保持在钻机平台中的卡盘中。重量优 选被平衡，并由此在将要插入的管件的销上的螺纹与将要插入的母接 头的螺纹碰撞的机会最小。由此当旋转体12支撑制动器、马达、齿轮 系统，并且可进行罩的逆平衡。通过螺栓399a固定在旋转体12上的 固定器板399可拆卸地将销13保持在凹部12b中的适当位置(即，销 13没有占据在连杆开口中的所有空间)。每个负载补偿器112包括活 塞/气缸组件114。使用位于连杆上的负载的蓄能器116平衡气缸。
可动的钩环装置120选择性提供钩环72的倾斜以及吊卡74的选 择性移动和由吊卡74支撑的管件或管架朝向或远离井筒中心线的运 动。轴120a通过负载环70和钩环72(见图7I)。钩环固定器404将 钩环72保持在负载环70上(图8A)。可动的钩环装置120具有可枢 转地连接在负载环70的耳部128a和臂122之间的液压缸128。每个 连接件124被枢转地连接到臂122的下端并连接到夹具126，夹具126 被夹在钩环72上。任选地，辊销127延伸通过夹具126，以便于钩环 72在夹具126中移动。
防护件73和390位于进入平台130的侧面(见图29a-29H和 30A-30H)。进入平台130在其顶部与后部防护件454可拆卸地连接 并且在其下部与防护件可枢转地连接，从而其可枢转并可下降以提供 人员可站在其上来接近在后部防护件上的各个元件的平台。任选地， 进入平台130可具有凹进部分132，用来便于管件布置在其上以及便 于管件在进入平台130外部的运动。
顶部驱动器1可被可动地安装在梁82(或“扭矩管”)上。由包 括扭矩衬套98a的延伸机构98提供水平的位移。顶部驱动器1连接其 上的延伸机构98在梁82上可竖直移动。任选地，马达为四象限驱动 器，从而其可被用于产生电力。
图1J至1M示出了四个通道穿过其中的负载套筒170。这些通道 延伸到负载套筒170的下端。在底部处，四个通道中的每个与在转动 头部80中的对应通道流体连通(见例如图15A)。转动头部80被连接 在负载套筒170的下端。通过在负载套筒中的流体通道和在转动头部 80中的对应通道，在压力下的液压流体为转动头部下方的装置提供动 力和/或润滑；例如，这些装置包括可动的钩环装置、夹紧装置100的 夹紧、夹紧装置100的上/下移动、当被液压驱动时的吊卡74、泥浆护 罩装置90。如下所述，该流体通过适当的通道流到位于管操作装置的 高度处或附近的发电机系统240，发电机系统240产生用于控制在各 个通道中的流动的方向阀的电能。在一个方面中，发电机系统240为 minigenset。在一方面中，Minigenset被液压驱动(使用加压的液压 流体或水/乙二醇混合物)。凸缘170c被连接到主体170d或与主体170d 一体形成。螺纹端170e与在负载螺母中的对应螺线螺纹配合。凸缘 170c被螺栓连接到旋转体12上。在一个方面中，当可动钩环装置吊 卡74接收并保持管件或管架时，气缸组件128处于相对较大的负载下。 方向阀260允许流体从与气缸组件128相连的线路流动，从而释放了 其中的压力，并允许钩环72移动滑车(“漂浮”到竖直，参见图3的 “连杆倾斜漂浮”，在图3中的“连杆倾斜”是指机械可动的钩环)。
图1N至图1P示出了旋转体12的一个实施例。图1N示出了一个 侧面和端部(另一个侧面和端部与所示的侧面和端部类似)。旋转体 12具有用于连杆14的端部的两个孔12a和用于可拆卸销13的两个孔 12b。孔12b可具有衬套12e。在一个特定方面中，衬套12e为酚醛衬 套，但是它们可由任何适当的材料制成，包括，但不局限于，铜，青 铜，锌，铝和合成材料。衬套12e便于销13安置和取出，可容易更换 衬套12e。槽12c延伸通过旋转体12，并接收和保持主衬套56。如所 示的，销13形成有台阶部分13a、13b、13c，酚醛衬套13d和13e可 与销13一起使用
(参见图4F)。排放口或出口12s、12t(塞有可拆卸的塞子)允 许润滑油流过并且允许油从系统中排出。口12t允许润滑油流过以进 入负载套筒170润滑下部主轴稳定器轴承57。图1T示出了与图1R 中的销13一样有用的销13p。销13p具有带有孔13h的主体，孔13h 通向通道13f，用于将空气引入并且穿过销13p，例如帮助销13p插入 旋转体，并且利于将销13p从旋转体中取出。销13p具有通向通道13g 的孔13i，用于将油脂引入并通过销13p，以利于销13p插入旋转体以 及从旋转体中取出。图1T示出了与图1R中的销13一样有用的销13p。 销13p具有孔13h，孔13h通向用于将空气引入并通过销13p的通道 13f，以例如帮助销13p插入旋转体并有助于销13p从旋转体中取出。 销13p具有孔13i，孔13i通向通道13g，用于将油脂引入并通过销13p， 以利于销13插入旋转体并从旋转体中取出。
孔12a可为圆形的，但是示出为矩形以防止连杆14在孔中转动。 孔可为防止连杆转动的任何适当形状。
图2A和2B示出了在起重架140中的根据本发明装置10的一个 安装结构。顶部驱动器1被悬挂在连接装置18上，连接装置18被以 典型方式悬挂在起重架140上。即使用标准滑车和钩住标准环索的钩 子也在本发明的范围内，连接装置18省去了普通旋转钩。如图2A所 示，吊卡74支持包括两件钻管143的管架142。管架142离开带有多 个组成的管架149的二层台145到达与井筒147轴向对齐的位置。例 如，小鼠孔144可被用于制造管架。司钻从司钻面板141控制钻井。 任选地，系统包括紧急制动器系统和/或紧急关闭装置，任选地，一个 或两个都可从面板141中控制。在一个方面中，如果动力没有供给系 统，阀(在图17I的系统中；参见图3的“关闭阀”)打开，在对应 蓄能器中的压力被释放，由此关闭系统制动器。
图2G示意性示出了具有运动滑车T、钩子H和环索B(其中每 一个分别为适当的已知滑车、钩子和/或环索)的根据本发明的顶部驱 动器10a(其可为在此所述的根据本发明的任意顶部驱动器，但是没 有根据本发明的连接装置)。
主轴50的凸缘54安置在主轴承56例如推力轴承上，具有多个锥 形辊57的V平面型推力轴承。凸缘54的上表面抵靠着位于隔板22 的适当凹部24中的上部推力轴承59(例如参见图1C、1D、1G和1H)。 主轴50具有通过冲洗管374与鹅颈管46流体连通的上部51。在一个 特定方面中，主轴承56为具有V型推力轴承，如果存在偏心率的情 况，该推力轴承可适应主轴50的偏心率并且自我清洁。
旋转体12和相关结构提供了双重负载通道(其是减小维护要求所 需的)。通过主轴50的钻井负载通过主轴承56、旋转体12到达连杆 14和环索16，随后到达连接装置18。下钻负载(或由装置支持的管 件施加在系统上的“拉伸负载”)被通过吊卡74施加在钩环72，然后 施加到负载环70和负载套筒170、旋转体12、连杆14和环索16上。 无论主轴50旋转与否，该双重负载通道允许夹紧装置100旋转。下钻 负载没有被施加在主轴50上，而是经由通过旋转体12的主轴50和连 杆14周围的下钻负载通道传递。在一些方面中，齿轮系统和马达没有 承受负载(例如钻杆负载)。由此，在加大系统(例如从150吨单位到 1500吨单位)过程中，旋转壳体(主体)被加大以适应较大的负载， 但是使用相同的齿轮系统(其不在旋转壳体中)和马达。
在一个特定方面中，永磁马达30为可在市场上从Comprehensive Power Ltd.得到的型号为2600 TERA TORQ(TM)的马达，其为液体 冷却的交流永磁中空孔马达，该马达产生700HP并以2400RPM的最 大速度运行。马达具有止推轴承和带齿的输出轴，并且被设计用于在 完全停止时保持钻柱扭矩(在“完全停止”时，马达的RPM为零)， 或者同时在振动中接合(例如为了各种目的而使用震动负载)。中央中 空孔30a从顶部到底部延伸通过马达30，流体，例如钻井液，可通过 中央中空孔30a流过马达。在一个特定方面中，这样的马达装有变频 驱动控制系统(在一个方面中，图28D中的驱动系统531)，该驱动控 制系统为液冷的组合式电子单元，该电子单元可在大约五分钟内可变 成模块。这样的系统能以超过90％的效率传递发电机的马力，并且可 在-40至60摄氏度的温度和高湿度(例如高达100％)下运行。
在一个特定方面中，齿轮系统20包括单速行星齿轮减速系统，该 行星齿轮减速系统具有提供比率为9.25∶1(或比率为12∶1)的齿轮 组合和被充分润滑降至0RPM的液冷齿轮箱。该系统具有用于与将动 力传递到主轴50的带齿的马达输出轴32相配合的带齿的输入轴26。
当顶部驱动器被降低到将管件插入连接器中时，补偿器系统110 允许管件软着陆。
在一个特定方面中，泥浆护罩装置90为可在市场上从加拿大卡 尔加里市的R Folk Ventures处得到的双球内井喷抑止器系统(double ball internal blowout preventer system)，其具有两个内井喷抑止器并 且速率达到15000psi。上部阀由安装在阀上的致动器液压致动，下部 阀被手动地打开和关闭。或者，Hi-Kalibre泥浆护罩装置(市场上可 得到)可被用来替代这个泥浆护罩装置。
图4A至4F示出在其它部件中的马达30和齿轮系统20的相互连 接以及这些部件的各自位置、罩44、制动器系统40、隔板22、旋转 体12、主轴50和负载套筒170。在罩44的下部有三个线盘式制动器 (calliper disc brake)180(例如市场上可得到的系统)，该制动器在 制动片183(参见图10B)上作用，该制动片被固定在制动毂41(参 见图10A)，该制动毂被固定在马达30上。衬垫预装在轴承59上，由 于隔板22的肩部结构，不需要重新进行预装。
图4D示出了具有壳体480的齿轮系统20，视觉玻璃装置481从 壳体480延伸出来，用于检查在系统20中的流体高度，该视觉玻璃装 置481包括使得润滑油系统上方的大气压力促使向下的重力流动的通 气装置482。视觉玻璃装置481可位于任何适当的所需高度(例如， 但不局限于，从在齿轮箱的顶部上的隔板22上出来)。输入齿26与马 达30的相应带齿的输出轴32驱动地啮合。例如，第一中心齿轮483 以2400rpm转动，在上部承载件485的突出部485a上的三个行星齿 轮484围绕第一中心齿轮483旋转。可转动地安装在下部承载件487 的突出部487a上的五个下部行星齿轮486围绕着第二中心齿轮488。 输出齿489驱动地与主轴的齿部52驱动地啮合。在一个方面中，当第 一中心齿轮483以2400rpm转动时，输出齿以259rpm转动。可选的 密封件491密封在齿轮系统20和马达30之间的交界面。通过孔492 的螺栓将齿轮系统20与隔板22相连。由马达30驱动的第一中心齿轮 483驱动行星齿轮484，行星齿轮484驱动上部承载件485，上部承载 件转动第二中心齿轮488，第二中心齿轮488驱动五个下部行星齿轮 486，五个行星齿轮486驱动下部承载件487，下部承载件487驱动输 出齿489。输出齿489安置在轴承493上。磁塞494(示出一个)收集 金属碎片。上部轴承495通过口496被润滑，顶部机械密封件497(防 止油从上升而进入马达30中)位于顶部构件498中，顶部构件498 与中心齿轮483相连并可转动。在螺栓孔499中的螺栓(示出一个， 在一方面中使用了24个螺栓)将齿轮系统20与马达30相连。油路 501允许油润滑行星齿轮和它们的轴承。齿轮系统可有三级/二速系统， 或者所示的二级/一速系统。
参照图7A-7E在下面详细描述的锁定机构60被螺栓固定在旋转 体12的下面，并被支撑在负载环70上，以及在所需位置处提供了夹 紧装置100的可拆卸锁定。在一个具体方面中，夹紧装置100沿着两 个方向以大约4RPM在整个360度上可操作。在一个特定方面中，夹 紧装置100被四个低速高扭矩的马达190驱动，马达190被安装在可 动的齿状锁定板191上，锁定板191由两个液压缸192悬挂，液压缸 192选择性使锁定板191上、下移动(例如，在一个方面中，在大约 4.5cm(1.75英寸)的移动范围内)，以与转动齿轮193接合和脱开， 由位于小齿轮凹部69c中的小齿轮69(由马达190驱动)形成的转动 齿轮193的转动产生了夹紧装置100的转动。马达190的轴处于小齿 轮69的通道69d中。转动齿轮193被螺栓固定在齿轮环194的顶部， 齿轮环194自身被螺栓固定在负载环70的顶部上。被螺栓固定在旋转 体12下方的锁定导向件62(图7D)具有齿部63，齿部63始终与锁 定板191的对应齿部195接合，从而当液压缸192降低锁定板191时， 锁定板191的下降导致了转动齿轮193与锁定板191的接合，由此导 致夹紧装置100的锁定，从而防止了其转动，使得其内齿196与旋转 齿轮193的齿197接合。无论夹紧装置100是否被锁定，小齿轮69(图 7F)与旋转齿轮193接触，由马达190产生的小齿轮69的转动导致 了夹紧装置100的转动。图7A示出了在锁定位置处接合的锁定，即， 夹紧装置100不能转动。当锁定机构60没有被锁定时，由马达190 转动的小齿轮69将转动齿轮193转动到例如重新定位夹紧装置100 或吊卡74的位置。在锁定位置处，主轴50还可转动，但是夹紧装置 100不能转动。任选地，为了便于齿接合，齿195可具有锥形导入部 195a，齿197可具有锥形导入部197a。这些轮廓确保了在齿轮196和 转动齿轮193之间的同步性。齿轮196在其圆周的绝大部分上具有齿， 从而提供了更好的结构和更大的强度，以保持夹紧装置100和可动钩 环装置120，并防止在锁定位置处的夹紧装置100的转动。杯形部69a 将小齿轮69保持在凹部69c中。锁定导向件62具有四个口62q-62t， 其中每个都与负载套筒170的通道170a对齐，从而来自上部液压歧管 452的液压流体可通过负载套筒170流到转动头部80。来自上部液压 歧管452的适当软管和/或管路工作流体从上部液压歧管452流到锁定 引导口62q-62t。
齿轮环194(图5A和5B)被螺栓194a固定在负载环70的顶部。 用于润滑耐磨套筒62和负载环轴承67的油脂被引入油脂口194d。当 锁定板191被降低以与转动齿轮193接合以防止夹紧装置100和吊卡 74转动时，主轴50仍可转动。任选地，液压缸192可具有弹簧和/或 弹簧垫圈198，以提供可靠的安全锁定，例如当液压缸192的动力有 损失时，根据内接合齿的大小、结构和布置，夹紧装置100可被所需 圆周增量锁定。在一个特定方面中，例如具有如图7A-7E所示的元 件，夹紧装置100可被每隔4度锁定。这样的运动范围-整个360度 -允许下部管操作装置与管件螺纹接合在一起。在一个方面(参见图 5E和5F)中，负载环70和齿轮环194为单个一体的部件194p(例如 由铸造而成)。
转动头部80将液压动力提供到可转动的夹紧装置100。这样的液 压动力操作安装在下部电接线盒250上的发电机240和阀260(参见， 例如图8A)。在一个方面，发电机240为小型发电机，例如，但不局 限于，从市场上的麻萨诸塞州波士顿市的Comprehensive Power Ltd. 处得到的小型发电机。发电机240向在下部液压歧管400上的方向阀 260提供电力，下部液压歧管400安装在夹紧装置100的上部支架上。 发电机240由来自转动头部的驱动发电机的液压流体驱动。另外，任 选地，夹紧装置100包括数字信号处理器卡系统256a、256b、256c(下 部电接线盒250)、256d，其中每个都具有其本身的RF天线。数字信 号处理(DSP)系统256a(在图2A中示意性示出)位于司钻面板141 中；DSP系统256b处于在上部电箱450中的后部防护件454上；DSP 系统处于在夹紧装置100的下部支架上的下部电接线盒250中；和/ 或在建筑物160中的DSP系统256D。这些DSP系统提供了在顶部驱 动器元件之间的通信(例如，泥浆护罩装置90、延伸机构98、马达 30、夹紧装置100、吊卡74(当通电时)、制动器系统40、锁定系统 60)以及司钻；在一个方面中，在建筑物160中的人员。
图8A-8C和8W-8Z示出了用于选择性夹紧管件例如管或外壳 的夹紧装置100的一个实施例。夹紧装置100的外部支架285的顶端 通过销285与齿轮环194的连接结构194b和194c相连并且通过销 285b与负载环70的连接结构70a相连；内支架283的底部端被螺栓 连接在主体284(包括座293)上。内支架283和外支架285由盒部分 制成，其可为钢或塑料或合成材料。当旋转和扭矩夹紧装置的连接部 分时，盒部分便于传递扭矩。螺栓283a将板284a和支架283的端部 连接在座上。每个支架具有两个部分(内(下)部分283和外(上) 部分285)。内部分283在外部分285内移动，以提供允许夹紧装置100 向上和向下运动(例如在一个方面为72cm(28.5″)的上/下行进范围) 的伸缩动作。每个支架中的一个或多个弹簧286在弹簧座289上，使 得当连接断开时，弹簧补偿了螺纹行程；当形成连接时，在组件282 中的真空补充螺纹的向上行程。在一个特定方面(参见图8C)中，在 每个支架中的一堆盘形弹簧286被安装在弹簧座289的杆289a上，弹 簧座289连接在内支架上。
主体284具有由可拆卸销291固定在一起的两个相对的半部288 和289，从而在在未打开侧的结构作为铰链的情况下，主体284可从 每一侧打开。另外，两个半部可不固定在一起(拆掉销291)，从而允 许支架分开(接着拆掉销285b)，允许接近在支架上的部件(例如下 部电接线盒250和下部液压歧管400)以及装置的其它元件。在一些 方面中，两个半部是相同的，这样便于更换和使需要的库存最小化。 每个内支架具有通过入口282c从下部液压歧管400接收液压工作流体 的活塞/气缸组件282。每个组件282具有提供支架的运动范围的中空 气缸282a和可延伸的杆282b。图8W-8Y示出了夹紧装置100的不 同位置。
夹紧装置100的一对夹钳280(参见图8G-8Q)被设置用于选择 性和可拆卸地夹住管件。每个夹钳280具有可动地布置在壳体293中 的衬套292内的活塞281。每个壳体293具有多个耳部294，耳部294 具有穿过其中用于容纳销291的孔295。 板牙铰手297通过螺栓299c(在活塞281的孔299d中)连接在每个 活塞281上，板牙铰手297具有用于可拆卸地接收和保持带有板牙301 的模座299的凹部298。在一个方面中，衬套292由钢或其它合适的 硬材料制成，并且是可更换的。通过油嘴299a(示出一个)施加润滑 油脂，销299b(示出一个)限制板牙铰手297的转动。齿轮环194通 过连接件285g与支架285相连，并且负载环通过连接件285l与支架 285相连。任选地，一个槽或多个槽被设置在壳体293的内表面作为 密封件，以密封壳体293和衬套292的分界面，而不是增加用来承载 在衬套292上的密封件的槽(参见图8M)。
来自转动头部80的处于压力下的液压流体流入“关闭”口304以 夹住管件，该液压流体从在每个活塞281的后部302处的下部液压歧管 供给。为了松开管件，液压流体被供给“打开”口306。虚线687表示在 转动头80和下部液压歧管400之间的线路。虚线687中的一条可为在 使用之前被塞堵封闭的备用路线。电力缆线688将电力传送给下部电 接线盒250。密封连接器可被用于连接。这样的流体推压在活塞开口 表面307上，以推动活塞281和其相连的板牙装置离开管件，从而导 致松开夹钳和释放管件。流体进入(或离开)口304和306，并充满 在活塞的后部，以夹紧管件或其它部件。随着流体进入一个口，流体 离开其它口。同样，在一个方面中，流体同时流向两个活塞或者从两 个活塞流出，以平稳夹紧或松开夹钳。在下部液压歧管400中的方向 阀260控制流向口304、306以及从口304、306流出的流动。凹部285m 接收并保持泥浆护罩装置90的相应突出部件(未示出)，以确保泥浆 护罩装置90与夹紧装置100一起转动。
在一个方面中，夹紧装置100形成足够大的扭矩以断开主轴50 和泥浆护罩装置90和保护接头290之间的连接；以及形成/断开在泥 浆护罩装置290和管件之间的管件连接。在一个方面中，如图1C和 8A所示的夹紧装置100具有相对于弹簧286的大约15cm(6″)的向 下螺纹进给、相对于在气缸282中的液压气缸真空的约18cm(7″) 的向上运动范围、当松开夹钳时大约72cm(28.5″)的上、下行程范 围。通过使用两个分开的支架而不是一个支撑件来支撑夹紧装置100， 可使用相对较窄的支架以适应与现有技术的单个支架支撑件相同大小 的扭矩，在本发明中，与单支架支撑件相比，防止并减小了扭曲(例 如在一些方面中，单支架的现有技术系统的单个支架的厚度大于在此 披露的两个支架中的每一个的厚度的两倍)，但是两个支架足以处理产 生的组成/分开扭矩(例如在一些实施例中高达81300Nm(60000ft.lbs))。 设置较薄的支架也意味着由夹紧装置100占据的整个区域减小，由此 允许在转动中的夹紧装置100需要用来操作的较小紧凑空间。夹紧装 置上/下移动的范围和相应夹紧位置允许夹紧装置100夹紧在泥浆护罩 装置90上或保护接头290上，以帮助断开主轴/泥浆护罩系统的连接、 泥浆护罩系统/保护接头的连接或在管件和保护接头之间的连接。
在一个特定方面中，如图1C和8A所示的夹紧装置100具有大约 3cm(1.25″)宽的板牙铰手297和测得为15cm(5.75″)的长度×1.6cm (5/8″)的厚度的板牙301，可操作范围在9cm(3.5″)(例如工具接 头)和24cm(9.5″)(例如环)之间的管件，夹紧装置100。在一个特 定方面中，板牙座299为旋转板牙座，其有利于系统适应管件直径范 围的能力；但是使用非旋转的板牙座在本发明的范围内。
管导向件310被连接在主体284的底部。在一个方面中，管导向 件310包括两个半部311(参见图8R和8S)，半部311具有锥形表面 312，以便于管件进入夹紧装置100。通过半部311中的孔313以及座 293的耳部315中的孔316的销313a将半部311可拆卸地固定在座293 上。安全链314与在座293上的连接器317和在主体284上的连接器 317a可拆卸地相连，并且防止夹具装置100在意外地与由顶部驱动器 抓紧、拉动或拉起的支架上脱开时下落。支架283和285可在连接部 283d、285d处连在一起。安全链314a将顶部支架部分固定在底部支 架部分上。
具有圆形横截面形状的支架282在本发明的范围内。在一个方面 中，如图8A-8F所示，内支架283具有防止它们在外支架285中的 相应形状开口321中旋转的矩形横截面形状322。这个非旋转特征是 所需的，因为其防止支架扭曲，由此防止了夹紧装置100的扭曲。使 用非圆形横截面的支架例如具有如图8T所示的非圆形323-329的内 支架来实现非转动功能在本发明的范围内。
图9A示出了将吊卡74悬挂在夹紧装置100下方的钩环72。已知 为“连杆倾斜系统”120的可动钩环装置没有被致动。如图9B所示， 可动钩环装置120由液压流体致动，来自转动头部230的改液压流体 被施加在活塞/气缸组件128上，使得移动臂122的活塞121延伸以使 钩环72和吊卡74移动远离夹紧装置100。如图9c所示，活塞122缩 进，导致臂122使钩环72和吊卡74沿着与图9B所示的移动方向相 反的方向移动。在夹具126中的辊销127便于连杆相对于夹具126运 动。在一个特定方面中，这样的双向连杆倾斜系统可沿着一个方向朝 向钻机的V形门倾斜，以更容易接收来自二层台的管架，以及沿着另 一个方向朝向钻机倾斜，使吊卡移动不妨碍钻柱和顶部驱动器，以允 许钻头向下更靠近钻机平台，因为吊卡被移动到不妨碍。在一个特定 方面中，连杆倾斜系统120可使钩环72和吊卡74以三十度朝向V形 门移动，并且沿着另一个方向，以五十度朝向井架移动。钩环72和臂 122位于夹紧装置100的外部，钩环72优选布置在两侧，支架285被 以直角地布置在前部和后部。
图8A和11A-11F示出了一对连接锁定部件340。对应的连接锁 定部件对(类似于部件340)具有啮合以将以下部件锁定在一起的相 应齿341：主轴50和泥浆护罩装置90；泥浆护罩装置90和保护接头 290。在主轴50上的键395、在泥浆护罩装置90上的键395a和在保 护接头290上的键395b被接收并保持在连接锁定部件340的相应键槽 344中(在图11F中的由“K”表示的键)。连接锁定部件340由延 伸通过孔342的安装螺栓402固定。夹具401夹在主轴50、泥浆护罩 装置90和保护接头290(参见图8A和图11E和11F)的周围，以用 在它们各自键槽中的键将连接锁定部件保持在适当位置。连接锁定部 件340的使用提供了主轴50在泥浆护罩装置90上以及泥浆护罩装置 90在保护接头290上的正的可解除锁定，从而顶部驱动器不能使泥浆 保护装置90从主轴50上或泥浆护罩装置90从保护接头290上旋开。 由此可形成并断开与系统10之间的连接，而且泥浆护罩装置90与保 护接头没有分开以及主轴50与泥浆护罩装置90没有分开。
任选地，在装置10中使用的连接装置18(参见图23A-23G，用 来替代如图1A所示的环索16和例如在图2G中所示的行进滑车/钩子 组合件)，在一个特定实施例中，使装置高度增加了仅43cm(17英寸)， 并且消除了对于可超过2.7米(9′高)标准滑车/钩子组合件的需要。 在环索303中的销孔303a与在滑车420中的销孔420a(四个在滑车420 中等间距分开的孔)对齐，以允许环索303相对于滑车420的选择性定 位。这样允许例如在一些较小的钻机中有益的选择性定位，较小的钻 机具有与其它钻机中的那些不同地定向的天车滑轮。连接装置18包括 多个滑车轮槽轮420。使用任何所需数量的环索和滑车销孔以提供任 何所需数量的位置在本发明的范围内。环索303具有带有孔305a、307a 的耳部305、307，延伸销309分别通过孔305a、307a以可拆卸地连 接到顶部驱动器1的相应结构。由螺栓313固定环索303上的板311 可拆卸地将销309保持在适当位置。滑车420的轴422被容纳在环索 303的通道315中。由螺栓426固定在轴422上以及由螺栓432固定 在衬垫或固定器428上的板424将环索303固定在轴422上。通道315 和轴422可为了与滑车420和环索303的螺纹连接而带有螺纹。典型 的路线或线缆(未示出)被布置在滑车轮槽轮434的周围，滑车轮槽 轮434在滑车420的轴436的周围转动。可使用耳部42来升高和降低 连接装置18。
在一个特定方面中，具有连接装置18的系统10从环索颈部向下 到在吊卡中的工具接头的高度为大约5.8m(19′)，吊卡使用大约 2.4m(96″)长的上部连杆，可使用例如3m(10′)长的钩子。使用根据本 发明的一体形成的连接装置环索系统，该整个高度为大约6.25米 (20′6″)。
使用中空孔的永磁马达30、安装在电机30的顶部上的行星齿轮 系统20和标准旋转封装组件，设置通过整个顶部驱动器从鹅颈管46 向下到保护接头290然后到与保护接头290相连的管件或管架的流体 通道。在一些方面中，该流体通道处于345巴(5000psi)工作压力(例 如从冲洗管向下到保护接头的直径为大约3″的流体通道)。旋转封装 组件(参见图16A和16B)包括具有冲洗管374的标准冲洗管组件370、 标准封装381和385和允许组件作为一个单元地取掉的接头型螺母 371和372。
图12A-12C示出了可选的转换接头350，转换接头350具有主 体351，主轴351具有内螺纹352，用来将转换接头350与主轴50的 下端选择性地可拆卸连接。上部齿353与在主轴50上的连接锁定部件 的相应齿啮合。下部齿354可与位于主轴50下方的泥浆护罩装置90 上的连接锁定部件的齿啮合。这些啮合的齿防止了意外的分开。较小 直径的螺纹端355可与相应螺纹的泥浆护罩装置螺纹配合。
图13示出了具有下部壳体361的罩44，下部壳体361容纳着制 动器系统40并具有带有用于鹅颈管46的孔362a的上部板362。开口 363提供了接近制动器装置180以及允许将它们从罩44内取出。
在图14A和14B中示出了负载螺母366。如图1F中所示，负载 螺母366将负载环70保持在负载套筒170上。负载环70在位于负载 螺母366的凹部368中的轴承367上转动。螺纹369与在负载套筒170 上的螺纹170e配合，以将负载螺母366固定在负载套筒170上。
在图1C和15A-15H中示出的位于负载套筒170的底部的转动 头部80具有内筒230，内筒230具有带有上部凸缘83的主体82和带 有转动耳部373的外筒372，转动耳部373容纳在夹紧装置100的外 支架285中的凹部374(参见图8D)中，以确保转动头部80与夹紧 装置100一起转动。在内筒230中的凹部84提供了用于稳定轴承85 的空间，稳定轴承85使主轴50的底部端稳定。轴承固定器560将稳 定轴承85保持在适当位置。螺栓561(八个，示出一个)将内筒230 固定在负载套筒170上。在内筒230和负载螺母366之间的间隙562 (例如在0.75cm(0.3英寸)到0.25cm(0.10英寸之间)防止负载从负 载螺母传递到内筒。螺栓563防止负载螺母366转动。
内筒230具有与负载套筒170上的四个通道170a对应并对齐的三 个口(通道)230a和润滑通道口230a-1，流体通过通道170a向下流 入口230a-230d。通道230a中的三个与外筒372中的对应通道372a、 372b和372c以及通道230a-1中的一个流体连通，润滑槽提供了向 旋转头部80下方的部件的润滑(例如下部主轴稳定轴承85)。四个密 封件372s隔离了通道372a-c。
转动头部80的位置和作用(其与在顶部驱动器齿轮和电机元件下 方、由电机190转动的类似于夹紧装置100的部件一起转动)使得可 以具有流动控制方向阀的下部液压歧管400，当电机190转动夹紧装 置100时，下部液压歧管400也转动。通过将发电机240定位在这个 高度，电力由发电机240供给方向阀。
图16A和16B示出了在罩44中位于主轴50的顶部的冲洗管组件 370。在使用中，螺母372没有转动，并且保持与鹅颈管46固定，鹅 颈管46与螺母372相连，从而流体通过鹅颈管46流入螺母372的中 心流体通道中。螺母371具有用来与主轴50的顶部螺纹连接的内螺纹 端。螺母371绕着冲洗管374与主轴50一起转动。
图17A-17H示出了顶部驱动器1的进入平台130(参见，例如 图1A、1B和1D)。一旦释放，进入平台130从图17G所示的位置转 动到如图17H所示的由一个或多个线缆134支撑的位置。在图17H的 位置处，人员能站在进入平台130上以接近电机30和/或与内限制器 部件135相连的部件(在图17H、17I中示出)，例如这些部件包括在 后部限制器部件454上的部件，包括：热交换器455、泵458、上部电 接线和450、延伸蓄能器451、用于液压流体的过滤器457、马达459、 流量计456、具有电力驱动的方向阀453(其中一个为关闭阀，用来关 闭流向转动密封件的加压流体，该关闭阀由管操作件的转动致动，从 而转动密封件没有被加压流体破坏)的上部液压歧管452。连接件136 被螺栓固定在旋转体12上，稳定器部件137与电机凸缘30f相连。例 如使用一个销或多个销130c将进入平台130的连接器130a铰链地连 接到后部限制器部件454的连接件136a上。通过孔130d的螺杆130b 可拆卸地将进入平台130固定在后部限制器件454的顶部。任选的撑 板138延伸穿过进入平台130的内部。任选地，倾斜的、锥形的、圆 形的、或斜削的边139a、139b、139c、139d和139e被使用和/或具有 锥形底部部分139d，以防止部件扣住进入平台130的一部分。使用耳 部130e可升高进入平台130。
图18A和18B示出了安置在电机30上的电机阻挡件31，以防止 钻出的泥浆或其它流体进入电机30。
两个挡油环76和77防止流体(例如钻井泥浆)与制动器系统40 接触。图19A和19B示出了具有凹部76b和槽76c的上部挡油环76， 凹部76b用来容纳罩44的边，槽76c用于密封挡油环/主轴的交界面 的O形密封圈。图20A和20B示出了具有下部挡油环77，下部挡油 环77具有用于密封挡油环/主轴的交界面的O形密封圈的O形槽77a。 这些挡油环防止钻井流体进入制动盘。
图21和22示出了耐磨套筒锁定导向件62。该耐磨套筒锁定导向 件作为转动齿轮193其上转动的轴承，并且保持在转动齿轮193和锁 定导向件62之间的所需间隙。在一个方面中，导向件62由酚醛材料 制成。
图24A、24B和25示出具有用于容纳轴承59的凹部22a的隔板 22。齿轮系统20位于凹部22b中。延伸部22c配合到旋转体12的通 道12c中。来自齿轮系统20的润滑流体通过孔22d，润滑流体向下流 入旋转体12，然后向下以润滑在旋转体12下方的部件。这样的润滑 流体从旋转体12流入负载套筒170的润滑通道并从那里到达转动密封 件80，然后到达下部稳定器轴承85。肩部22c防止轴承的偏斜。例如 当震动时，从而使得重新设定预装轴承成为不必要。
图26A-26E示出了便于钩环72移动的臂430。每个臂430具有 在顶部的上部连接器434和下部连接器435的主体部件432。槽436 延伸通过主体部件432。
臂430的下部437被相对于臂的上部向外(朝向例如在图26C中 的右侧)地布置。孔438允许与连杆相连。孔439允许与负载环相连。 下部437的这样布置便于连杆相对于邻近于连杆的这个部分的系统部 件移动。
图27A-27F示出了可动钩环装置(连杆倾斜系统)120的夹具 126如何容纳不同横截面直径的钩环。夹具126具有两个辊销127a、 127b，辊销127a、127b每个都具有辊127d和辊座127c。孔127e在 每个辊座127c中彼此偏移，提供了用于辊127d的两个位置。如图27A 和27D所示，钩环A(类似钩环72)在辊127d之间移动，并且例如大 约宽7.3cm(2.875″)。如图27B和27E所示，在辊127d处于与图27D 中的辊127d相同的位置，钩环B(类似钩环72)被容纳。例如钩环B 的宽度为8.9cm(3.5″)。如图27C和27F所示，辊座127c被重新定位 在孔127f中，使得辊127c进一步分开，从而夹具可容纳较宽的连杆， 例如宽为4.5″的连杆C(类似于连杆72)。为每个销127a、127b设置 油嘴127g。每个销127a、127b具有与在辊座127c(在图27D、27E 和27F中所看到的顶部辊座127c)中的对应螺纹螺纹接合的螺纹端(在 图27D中看到的顶端辊座127c)。在其它辊座(在图27D、27E和27F 中所看到的下部辊座)中的孔可没有螺纹。在一个方面中，钩环A为 250吨的钩环；钩环B为350吨的钩环；钩环C为500吨的钩环。
图3(3A-3E)示意性示出了控制系统150，控制系统150具有 用于顶部驱动器152(例如在此所述的任何顶部驱动器)的液压回路 150a和冷却流体回路150b(图3F)，并且建筑物160邻近顶部驱动器 152的位置。建筑物160容纳在下面详细描述的其它部件中的各种回 路和控制器。对于在此所述的使用液压流体的装置的一部分，可使用 液压流体，也可以使用水/乙二醇混合物。
图28A-28C和28E示出了根据本发明的在滑行架540上的建筑 物160，其具有四个壁161a-161d、地板161e和屋顶161f(在一个方 面中，其包括典型的ISO容器)。具有带有叉车开口169b的滑行架169a 的承载件169(参见图28E)被安装在屋顶161f的顶部，用于保持和 存放工作回路和/或软管。门541位于建筑物160的两端，门541a和 541b(任选由通风口541f通风)位于一侧。窗口541c位于一侧，通 风口541d、541e位于另一侧。梁82的部件82b或(“扭矩轨道”)位 于在壁161d的分隔室162中。在建筑物160中的空间163足够大以放 置类似于图1A所示的装置10的装置的主要元件。在一些方面中，建 筑物160包含用于运行马达起动器的600伏面板PL、变频驱动(VFD) 控制器、转换器(例如100kva和10kva)以及用于所有600伏装置的 保险丝。还有120伏的面板PN和向用于预充电回路的驱动系统供应 24伏控制电力的24伏的面板PE；以及备用电池BB，以当钻机电力 被消耗以驱动各种部件，例如，流量计、流动开关、罐加热器、解开、 灯、循环发动机加热器和/或A/C建筑物加热器和/或/A/C温度变换器 时、紧急关闭装置(ESD)、保险丝和马达控制起动器回路时，保持控 制电力的存在。在图28E中示出面板PL、PN、PE、紧急关闭装置 ESD和备用电池BB。
建筑物160还容纳有：电力发电机530(例如柴油动力的)；变频 驱动系统531，用于提供电力给马达30；温度/湿度控制系统531a，用 于控制系统531和冷却流体系统532的温度/湿度控制系统531a；液压 流体罐533；电接线盒534；任选的控制系统535；冷却流体系统532 的泵536和冷却器537；装置和设备，例如部件538。在关闭的情况下， 任选的真空系统688将钻井液从系统中除去，从而流体不会冻结在线 路中。冷却流体系统(参见图3A)532将冷却流体通过工作回路48 提供到顶部驱动器152的齿轮系统20和旋转体12中。马达150c驱动 泵150d，泵150d通过过滤器150e和热交换器150f泵送冷却流体。 当泵150d处于工作时，无论齿轮系统20的齿轮箱150g被提供完全润 滑，无论其速度为多少，例如1rpm或全速。冷却流体(润滑油)从 顶部轴承150h流到齿轮箱150g。
在一些方面中，梁82作为“扭矩管”，由顶部驱动器产生的扭矩 从顶部驱动器通过梁82作用到延伸机构98和梁82，然后作用到起重 架上。在一个特定方面中，这个梁82的部分82a被用作滑行架支撑件， 顶部驱动器被安装其上，以便于移动顶部驱动器；梁82的带有滑行架 部分82d的这个部分82a被可拆卸地安置在建筑物160中，其中顶部 驱动器位于这个部分82a上的适当位置。在一个特定方面(参见图2F) 中，梁82的顶部件82f(图2D)是长度可调节的，以适应起重架的不 同状态。在一个方面中，一些或全部的部件都是长度可调节的，例如， 可根据选择的孔通过一个销(或多个销)82i穿过一个孔82j和一个孔 82k以许多不同的长度钉住两个伸缩件82g、82h；和/或这样的部件可 与用来长度调节的螺纹82m、82n螺纹连接在一起。构成梁82的部件 可具有用来容纳叉车的叉子的孔或开口82e。
在如图31A-31H所示的一个方面中，顶部驱动器被安装在滑行 架620上，滑行架620可拆卸地放置在反作用框架600的座622中。 一旦被安装的滑行架620(类似于图2A的滑行架82d)和反作用框架 600保持在适当位置，其中滑行架620与梁82相连，而顶部驱动器在 梁82上可上、下移动。在一个方面中，反作用框架600被焊接在滑行 架620上。由顶部驱动器产生的扭矩通过滑行架620、反作用框架600 作用进入并通过梁82，然后进入起重架140(并且进入与起重架相连 的其它结构和/或进入子结构或起重架子结构)。由此，反作用的扭矩 通过滑行架而不是仅到达起重架结构。
反作用框架600具有带有提升耳部608的后梁606。侧梁602在 后梁606上的固定器610、612中移动。夹具604将反作用框架606 可拆卸地夹紧在梁82上。夹具605将侧梁602可调节地夹紧到后梁 606上。部件614为焊接到滑行架620上的一件扭矩轨道。侧梁602 延伸进入并保持在座622中的相应孔624中。带有顶部驱动器1的滑 行架620位于座622上。带有顶部驱动器1的滑行架620位于座622 上。带有与其相连的顶部驱动器1的滑行架620被保持并且相对于滑 动部件623(参见图31E)可竖直移动。由此滑动架620和顶部驱动 器可相对于反作用框架600竖直地配合，以将反作用框架600(和起 重架)与竖直负载隔离。滑行架620和反作用框架可如此地形成大小 和结构，即，带有顶部驱动器1的滑行架620可相对于反作用框架移 动任何所需的竖直距离，例如，但不局限于，从2cm到215cm(1-60 英寸)，在一个特定方面中，可竖直地移动大约1.3cm(半英寸)。
图31A和31B示出了反作用框架600(带有连接在其上的顶部驱 动器)朝向或离开钻井中心的移动范围。图31D中的传送架/支撑件 630包围了用于安装在滑行架620上的顶部驱动器，销630a被固定在 梁82上的相应孔中。传送架/支撑件固定用来安装的顶部驱动器。
如图2C-2D所示，在延伸机构98的部件之间的开口375提供了 一通道，一旦由延伸机构98支撑的顶部驱动器1被如此地延伸，即， 顶部驱动器不再位于管架上方，管架376可穿过该通道。例如，当管 插入油井或需要进入顶部驱动器例如检查或维修时，这样在各种环境 中是有利的。保护接头与管架脱开；顶部驱动器被向外进一步移动， 从而其不再直接位于管架上方；延伸机构98被降低，其中管架移动通 过开口375。这样允许在较低高度进入例如在钻井平台处或附近的顶 部驱动器。用于系统98的气缸组件392的动力源为蓄能器451(参见 图17D)。组件392被枢转连接到具有顶部驱动器座394的支撑结构 393上，顶部驱动器座394由螺栓固定在旋转体12上。
对装置的各个元件的控制由控制系统提供，控制系统包括：司钻 面板141；在司钻面板141中的数字信号处理器(“DSP”)系统256a； 在上部电接线盒450中的DSP系统256b；在下部电接线盒250中的 DSP系统256c；和/或具有控制系统531的DSP系统556a。每个DSP 系统具有RF天线，从而所有的DSP系统可与其它部件通信。由此在 司钻面板141上的司钻和/或在控制器系统531上的人员可控制装置10 的所有功能。
润滑油(液压流体)流入工作回路48(参见图3F)到达插头板 391，进入上部液压歧管452和在后部防护件454上的热交换器，到达 进入平台130后部，通过由流量计456计量流量的过滤器457，在可 视玻璃481可看到的高度情况下出来到达齿轮系统20(由磁塞494清 洁)，从齿轮系统20的底部出来，润滑主轴50的齿部52和上部轴承 59；进入旋转体12然后从其排放口12s出来；进入负载套筒润滑口然 后沿着负载套筒的通道170a向下；进入并通过转动头部80和内筒230 的润滑口，到达下部主轴稳定轴承84，向上通过在负载套筒170和主 轴50之间的空间405和自清洁主轴承56；然后回到在插头板391中 的出口线路，然后进入在工作回路48中的出口线路。任选地，用于系 统的润滑系统的润滑油泵OLP可位于防护件73中，用于将润滑流体 泵送到被润滑的系统的多个部分。液压流体以类似方式流过其它三个 口(除了润滑口/通道之外)。工作回路48的适当线路、软管、线缆和 导管(包括到上部电接线盒450的电线等)与插头板391相连并从其 中出来；控制线缆到上部电接线盒450和马达30的上部接线盒(未示 出)；到上部液压歧管452和液压系统的液压线路；到马达459和热交 换器455的冷却流体线路。工作回路48的电力线缆被连接到马达30 的接线盒上。
工作回路48的线缆与在插头板391上的对应入口相连；例如在一 个方面中，三个液压流体动力线路被使用在插头板391和上部液压歧 管452之间-“进入”流体路线和“出去”流体路线以及如果当另外 两条线路中的一个有问题时使用的备用线路。另外，在一个方面中， 具有从插头板391到马达459的三条线路。由压力下的液压流体驱动 的马达459驱动泵458，泵458将流体泵送到在后部防护件454下方 的部件。提供给泵458的流体为提供在工作回路48的路线的一个中的 冷却流体(例如乙二醇和/或水；乙二醇(ethylene glycol))。泵458 将冷却流体泵送到并通过热交换器455，然后从热交换器455出来， 流体被泵送到在进入平台130下方的部件，用于润滑和冷却。流过马 达459的流体沿着线路返回到工作回路48(例如返回到流体储存器， 例如图28D的流体储存器533)。任选地，来自马达459的流体可首先 通过热交换器455，然后到达工作回路48。流动由方向控制阀260控 制的适当线路向由此被驱动的每个部件提供液压动力流体。
图32A-32E示出了用于这里所述顶部驱动器的两条扭矩轨道的 多个实施例。(图1A，梁82可表示为“引导梁”或“扭矩轨道”。)， 这样的扭矩轨道的顶端部件630具有主体632，在主体632内部连接 有具有多个连接孔636的接收件634。安全线缆的一端可被连接到联 接器638，并且另一端连接到任何适合的结构上，例如起重架的一部 分，例如起重架顶部的部分。任何适当数量的扭矩轨道件被用于给定 的安装中，以调整扭矩轨道滑行架相对于钻机平台的距离。使部件640 进入并且相对于接收件634移动提供了整个扭矩轨道相对于起重架 140和钻机平台的高度可调节性。在图2A中示出的系统696，类似于 图32A-32E中的部件，可被用来将装置悬挂在起重架中并提供了装 置的高度可调节性。一个或多个销642被用来将部件640可拆卸地连 接到接收件634上。任选地，两个U形钩644、646被用来将部件640 和顶端部件630(并且由此整个扭矩轨道)连接到起重架140。这样自 由的两个U形钩的连接防止扭矩通过顶端部件630传递到起重架140， 由此防止了这样的扭矩通过扭矩轨道反作用到起重架上，特别作用到 起重架的顶部。根据本发明的装置具有“降低”性能，即，可使用线 缆、绞盘等加入钻压(WOB)，以在转动顶部驱动器的同时降低顶部 驱动器。
图33A-33C示出了用来制动毂(例如图1B的制动器装置40) 和主轴(例如图4B的主轴50)之间的密封的结构。密封件轴承隔离 器650具有主体651，主体651具有在相应槽652a中的一个、两个或 多个静态O形密封圈652，用来密封隔离器/主轴的分界面。例如，在 运输过程中，当系统为非竖直时，这样的密封件也密封该分界面。O 形密封圈653密封隔离器/制动毂的分界面。局部位于主体部分651a 的凹部654b中以及局部位于主体部分651b的凹部654b的环654保 持两个主体部分651a、651b在一起。在主体部分651b的凹部655a 中的开口环655作为使油向外的挡油环。毡密封件660布置在两个主 体部分651a、651b之间，并且密封在密封件660的位置处的这些部分 的分界面。主体部分651a以主轴的速度运动，例如从0-2400rpm′s。 当主轴以200rpm′s转动时，主体部分651b以顶部驱动器马达的速度 例如200rpm′s转动。主体部分651位于制动毂中，并由摩擦配合保持 在其中(例如图4B示出的)。毡密封件660充满了油脂或油。当密封 件转动(例如当主轴转动时)时，密封件具有作用在其上容易使油脂 或油移动到密封件外部的作用力。
图34A和34B示出了根据本发明的密封件系统661的实施例，用 来密封在装置的齿轮系统和马达之间的密封。密封系统660具有密封 齿轮系统690的转动中心齿轮680的表面(例如，但不局限于，在上 述任何齿轮系统中的中心齿轮)的起重机密封件662。起重机密封件 662包括由螺杆665固定在活塞杆668的部分667上的机械式密封件 664。活塞杆668可相对于非旋转密封件壳体670(齿轮箱的顶板)移动。 弹簧672向上推动活塞杆668，由此将密封件664推压抵靠着中心齿 轮680。活塞杆668在具有下侧676的活塞气缸677中移动。密封件 674密封活塞杆/气缸的分界面。密封件671a密封气缸/密封件壳体的 分界面。锁定部件677b将气缸677保持在适当位置(或其被螺栓固定 在适当位置)。马达的底部凸缘678在密封件壳体670的顶部上。
由密封件664密封的通道为这样一个通道，即，来自齿轮系统的 油可从齿轮系统通过该通道流到顶部驱动器的马达692。当顶部驱动 器可操作时，从油供给源流入供给口679并通过通道681进入气缸壳 体677a的油向下推压活塞杆668，并且密封件664与中心齿轮680脱 开。当装置关闭(油没有流过通道681时)时，弹簧672向上推动活 塞杆668，从而密封件664与中心齿轮680接合，由此关闭了油流动 通道并且防止油从齿轮系统中漏到马达中(例如，在一个方面中，如果 装置处于非竖直方位)。制动毂被固定到马达转子的顶部692a。
图35A-35F示出用作支撑连杆的长度可调节的连杆700，用来 支撑任何部件或装置，在一些方面中，连杆700用作上述的连杆中的 任何一个，例如钩环72或连杆14。每个连杆700具有其中可动地布 置第一部分702的一部分的中空的第一部分701。第一部分701具有 吊环703，第二部分702具有吊环704。通过在第一部分701中的孔 706和在第二部分702中的孔707(或孔708)的螺栓705将部分701、 702可拆卸地固定在一起。任何所需数量的孔可被设置在第一部分701 和/或第二部分702上的任何所需位置处，用于连杆长度的调节。连杆 所形成的长度如图35C和图35F所示。如图所示的，连杆部分(内和 外)具有大体正方形或矩形横截面，但是这样的横截面可为任何所需 形状，例如，但不局限于，圆形、卵形、椭圆形、三角形、五角形或 六角形。在图35B、35C、35E和35F中示出的连杆的后视图分别类 似于图35B、35C、35E和35F的视图。与在图35A中示出的侧面相 对的侧面的视图与图35A的视图类似。