随着国家对石油天然气能源需求的增加,需要勘探开发更多更复杂的油气田,由此,推动了石油钻采设备往高性能、高自动化方向发展。由于顶部驱动钻井装置(以下简称顶驱)具有钻井速度快、操作简便、可减轻工人劳动强度、安全性强的特点,并且特别有利于斜井、水平井的勘探开发工作,使得顶驱被越来越广泛应用于国内外各大钻井公司。进口顶驱的高采购成本和服务费用,使顶驱的国产化道路势在必行。根据SY/T 6726-2008石油钻机顶部驱动装置标准,参考目前顶驱的主要使用要求,本文选择钻井名义深度7000m的交流变频电驱动顶驱作为研究方向。通过对几个大品牌同类设备的详细对比,选择最优结构和设计参数。对主承载件,包括顶驱支架、吊环适配器、主轴进行三维建模,并做出有限元分析和应力分析,优化设计结构并校核强度。对整体设备,根据标准中对相关部件的规定,确定经验参数,应用力学知识和强度理论,校核部件强度,确定部件及设备尺寸。再对整体设备应用SolidWorks建立三维模型,模拟顶驱作业动作。从机械结构上,验证设计可行性。此外,为了实现高度自动化,应用液压传动系统,完成顶驱的作业动作,如平衡系统,上扣卸扣,刹车,旋转头的旋转及锁紧,背钳夹紧等。根据顶驱动作,初步确定液压系统,根据液压件原理,绘制液压原理图和液压系统图。