石油是一种战略资源,为了降低勘探和开发成本,世界各国不断地采用新技术开发石油装备。顶部驱动钻井装置是21世纪钻井三大技术装备之一,是当今钻井装备中技术含量高、制造难度大,结构复杂的机电液一体化的综合设备,己成为现代钻机的重要配置和开拓国内外石油钻井工程的必备条件。论文在分析国内外石油钻机顶部驱动装置发展、结构形式与组成的基础上,利用三维工程软件建立了顶驱装置的模型,并对其进行了如下几方面的研究:分析了顶部驱动钻井装置的作用、特点以及国内外的发展概况。分析了顶部驱动钻井装置的组成和结构,以三维工程设计软件为平台建立顶驱装置模型。顶驱装置的节能减排降耗非常重要,这里对采用调速永磁同步电动机作为驱动动力的可行性以及适用于顶驱装置的调速永磁同步电动机基本结构设计进行了探讨。对顶驱立根取送机构进行结构设计,应用多体动力学仿真软件,对取送过程进行运动学和动力学仿真分析,其结果为有限元分析提供了边界条件。对顶驱部分关键部件进行有限元分析,了解各部件在不同工况下的应力分布情况,进而为顶驱装置的改进和生产提供了理论依据和方法。论述了顶驱平衡系统的工作原理和结构,对顶驱平衡系统液压回路进行设计并通过软件对平衡系统偏载过程进行仿真,得到了平衡系统动态特性。由于顶部驱动钻井装置发展的历史不长,目前这方面的研究成果还不多,因此本文所采用的研究方法及其研究结果对进一步研制和完善新型钻井系统以及其它石油机械产品具有参考价值。