CN102606074A - 新型海底深孔保压取芯钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型海底深孔保压取芯钻机。现有的装置对钻机空间的利用不够充分，且下钻取样及样品的保压过程较为复杂。本发明包括外框架、支撑调平机构、钻管及岩芯管存储机构、动力头机构、绳索取芯机构、主机械手、辅助机械手、装配机械手、保压盖存储机构、液压马达、钻管、岩芯管及钻机液压动力系统。其中主机械手（辅助机械手）包括升降液压缸、旋转支柱、底座、取管手和伸缩臂。其中装配机械手包括旋转支柱、上压盖臂、下压盖臂、旋盖机构和底座。本发明设计充分利用钻机空间，存储较多钻管与岩芯管，适用于多深度钻孔场合，且可对样品进行保压，保压过程操作方便，成本较低。

Description

新型海底深孔保压取芯钻机

技术领域

本发明属于海洋勘探机械设备技术领域，涉及一种新型海底深孔保压取芯钻机。

背景技术

海洋资源的开发，特别是海底矿藏资源的开发是一个崭新的技术领域，但海底资源的探测受多变的地质及洋流等条件制约而难度较大，同时勘探作业周期较长，对探测设备提出了极高的要求。现有深海矿藏勘探设备大多采用深海钻机或者取芯器进行深海原位测量。这种勘探设备在进行深孔钻进时往往需要通过遥控接卸多节钻管得以实现。

专利190310107888.0公开了一种带预进给和预定位装置的深海取芯器。该机构利用两个平行安装的预推进液压缸代替机构复杂的机械手臂，大大简化取芯器的机构。但是该机构对于样品无法保压存储，不利于含甲烷等易挥发成分的样品的获取。

专利190919064586.2公开了一种海底深孔取芯钻机。该机构通过旋转式钻杆存储架存储一定数量钻杆，利用钻杆抓送机构运输钻管至下钻部位，并由钻进动力头下钻取芯。但是该机构同样无法对样品进行保压存储，且受圆盘尺寸的限制，钻杆所钻深度较为有限，不利于深孔的钻取。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种新型海底深孔保压取芯钻机。

新型海底深孔保压取芯钻机包括外框架、支撑调平机构、钻管及岩芯管存储机构、动力头机构、绳索取芯机构、主机械手、辅助机械手、装配机械手、保压盖存储机构、液压马达、钻管、岩芯管及钻机液压动力系统。

在筒形的外框架外侧均布有多个支撑调平机构，在外框架内侧设置有钻管及岩芯管存储机构，该钻管及岩芯管存储机构呈圆环形，与外框架同轴设置；在钻管及岩芯管存储机构内间隔设置有钻管和岩芯管，在钻管及岩芯管存储机构上还设置有用于钻管或岩芯管进出的开口。

在外框架内还设置有动力头机构、绳索取芯机构、主机械手、辅助机械手、装配机械手、保压盖存储机构、液压马达和钻机液压动力系统。

动力头机构位于钻机中心位置，完成钻管的下钻及回收；绳索取芯机构位于动力头机构附近，与动力头机构配合完成岩芯管的下放及回收。

主机械手能抓取钻管及岩芯管存储机构中的钻管或岩芯管，并将钻管或岩芯管运送至动力头机构中。

辅助机械手可抓取由主机械手运送的钻管。

装配机械手用于抓取保压盖存储机构中的保压盖，并完成保压装配。

液压马达通过齿轮啮合带动钻管及岩芯管存储机构绕钻机中心旋转。

以上所有机构运动所需的能量均由钻机液压动力系统提供。

所述支撑调平机构由三个相同的可伸缩支撑腿组成。

所述装配机械手包括旋转支柱、上压盖臂、下压盖臂和底座，上压盖臂的一端与旋转支柱上部滑动配合，另一端内置有旋盖机构；下压盖臂与旋转支柱下部滑动配合，另一端内置有旋盖机构；旋转支柱底部设置有底座。

所述钻管的一端为外螺纹，另一端为内螺纹，与相应的保压盖配合。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：它能充分利用钻机空间，存储较多的钻管和岩芯管，且操作性较强，使用成本较低，广泛适用于多深度钻孔场合。保压盖装配设计充分利用钻机自带的液压系统，简化保压过程，且一定程度上降低了使用成本。绳索取芯结构的使用简化取芯过程步骤，结合现有深孔钻进技术，大大提高取芯效率，进一步降低成本。

附图说明

图1是本发明钻机的总体设计图；

图2是本发明钻机总体设计的俯视图；

图3 是本发明钻机主机械手（或辅助机械手）的结构图；

图4是本发明钻机装配机械手的结构图；

图5是本发明钻机装配机械手的俯视图；

图6是本发明钻机动力头机构及绳索取芯机构的侧视图；

图7是本发明钻机动力头机构及绳索取芯机构的正视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1及图2所示，新型海底深孔保压取芯钻机包括外框架3、支撑调平机构4、钻管及岩芯管存储机构5、动力头机构1、绳索取芯机构2、主机械手7、辅助机械手8、装配机械手6、保压盖存储机构9、液压马达11、钻管13、岩芯管12及钻机液压动力系统10。

如图1及图2所示，在筒形的外框架3外侧均布有三个支撑调平机构4，所述支撑调平机构4由三个相同的可伸缩支撑腿组成，每个支撑腿均由液压马达、丝杠、滑块、长支架、短支架、铰链及相关连接件组成。通过液压马达的旋转运动带动各个相关部件实现长支架的伸缩支撑。

如图1及图2所示，在外框架3内侧设置有钻管及岩芯管存储机构5，该钻管及岩芯管存储机构5呈圆环形，与外框架3同轴设置；在钻管及岩芯管存储机构5内间隔设置有钻管13和岩芯管12（其中第一节钻管13已预先安装岩芯管12及钻头），在钻管及岩芯管存储机构5上还设置有用于钻管13或岩芯管12进出的开口；钻管及岩芯管存储机构5底部安装内齿轮，与液压马达11相连的外齿轮啮合，通过液压马达11带动齿轮运动，实现钻管及岩芯管存储机构5绕钻机中心旋转。

如图2所示，在外框架3内还设置有动力头机构1、绳索取芯机构2、主机械手7、辅助机械手8、装配机械手6、保压盖存储机构9、液压马达11和钻机液压动力系统10。

如图2及图3所示，主机械手7包括升降液压缸14、旋转支柱15、底座16、取管手17、伸缩臂18。主机械手7能抓取钻管及岩芯管存储机构5中的钻管13或岩芯管12，将钻管13或岩芯管12运送至动力头机构1中，并在含样岩芯管12回收过程中将含样岩芯管12回收至钻管及岩芯管存储机构5。

如图2及图3所示，辅助机械手8的结构与主机械手7一致，辅助机械手8可抓取由主机械手7运送的钻管13，并可在保压过程中将钻管13由上至下套装在含样岩芯管12外部，此时钻管13作为保压管使用。

如图2、图4及图5所示，装配机械手6包括旋转支柱20、上压盖臂19、下压盖臂21、底座22和旋盖机构25。上压盖臂19的一端与旋转支柱20上部滑动配合，另一端内置有旋盖机构25；下压盖臂21与旋转支柱20下部滑动配合，另一端内置有旋盖机构25；旋转支柱20底部设置有底座13。装配机械手6用于抓取保压盖存储机构9中的上保压盖24和下保压盖23，并将上保压盖24和下保压盖23分别安装在钻管13两端进行保压。所述钻管13的一端为外螺纹，另一端为内螺纹，与相应的保压盖配合。

如图2、图6及图7所示，所述动力头机构1位于钻机中心位置，可完成钻管13的下钻及回收；绳索取芯机构2位于动力头机构1附近，该绳索取芯机构2可水平伸出，穿过动力头机构1的支撑桅杆，在岩芯管12到达下钻位置时将岩芯管12由所在水平面下放至需求位置，并在下钻取芯完毕时将含样岩芯管12取回。

以上所有机构运动所需的能量均由钻机液压动力系统10提供。

该海底深孔保压取芯钻机的工作过程主要分为：下钻取芯及含样岩芯管12回收和钻管13回收及保压装配两个过程，具体如下：

1）下钻取芯及含样岩芯管12回收过程：首先，液压马达11驱动外齿轮，外齿轮带动内齿轮使钻管及岩芯管存储机构5绕钻机中心旋转一定角度，使第一节钻管13转至开口处，主机械手7伸至钻管及岩芯管存储机构5取出钻管13，运至下钻位置，由动力头机构1将钻管13下钻；下钻完毕，动力头机构1收回，绳索取芯机构2伸至下钻位置，取回含样岩芯管12，主机械手7抓取含样岩芯管12重新放回钻管及岩芯管存储机构5；其次，液压马达11驱动钻管及岩芯管存储机构5再转一定角度，使岩芯管12转至开口处，主机械手7取出新的岩芯管12，并运至下钻位置，由绳索取芯机构2将岩芯管12下放至相应深度并收回；再次，液压马达11驱动钻管及岩芯管存储机构5再转一定角度，使新的钻管13转至开口处，主机械手7取出新钻管13，并运输至下钻位置，动力头机构1下钻并收回，绳索取芯机构2再次下放回收含样岩芯管12；最后，循环执行上述过程若干次，直至所有的含样岩芯管12均回收至钻管及岩芯管存储机构5。

2）钻管13回收及保压装盖过程：首先，动力头机构1反转，取回最上部一节钻管13，主机械手7抓取钻管13至装配平台，辅助机械手8抓取该钻管13；其次，液压马达11驱动钻管及岩芯管存储机构5旋转一定角度，使含样岩芯管12位于钻管及岩芯管存储机构5的开口处，主机械手7移动至钻管及岩芯管存储机构5抓取该含样岩芯管12，并运至装配平台，辅助机械手8抬升钻管13，并在含样岩芯管12也运至装配平台时从上往下将钻管13套装在含样岩芯管12的外部，此时钻管13作保压管使用；再次，装配机械手6旋转一定角度，从保压盖存储机构9抓取上保压盖24和下保压盖23，再旋转至装配位置，通过上压盖臂19和下压盖臂21的压盖动作及旋盖机构25的旋盖动作完成对钻管13的保压装配。最后，主机械手7将已经装配完并保压完成的钻管13重新放回钻管及岩芯管存储机构5。最后，循环执行上述步骤若干次，直至所有钻管13均回收且装配保压完毕，并将其送回钻管及岩芯管存储机构5，至此，保压取芯过程完毕。

Claims (4)

1.新型海底深孔保压取芯钻机，包括外框架（3）、支撑调平机构（4）、钻管及岩芯管存储机构（5）、动力头机构（1）、绳索取芯机构（2）、主机械手（7）、辅助机械手（8）、装配机械手（6）、保压盖存储机构（9）、液压马达（11）、钻管（13）、岩芯管（12）及钻机液压动力系统（10），其特征在于：

在筒形的外框架（3）外侧均布有多个支撑调平机构（4），在外框架（3）内侧设置有钻管及岩芯管存储机构（5），该钻管及岩芯管存储机构（5）呈圆环形，与外框架（3）同轴设置；在钻管及岩芯管存储机构（5）内间隔设置有钻管（13）和岩芯管（12），在钻管及岩芯管存储机构（5）上还设置有用于钻管（13）或岩芯管（12）进出的开口；

在外框架（3）内还设置有动力头机构（1）、绳索取芯机构（2）、主机械手（7）、辅助机械手（8）、装配机械手（6）、保压盖存储机构（9）、液压马达（11）和钻机液压动力系统（10）；

动力头机构（1）位于钻机中心位置，完成钻管（13）的下钻及回收；绳索取芯机构（2）位于动力头机构（1）附近，在动力头机构（1）配合下完成岩芯管（12）的下放及回收；

主机械手（7）能抓取钻管及岩芯管存储机构（5）中的钻管（13）或岩芯管（12），并将钻管（13）或岩芯管（12）运送至动力头机构（1）中；

辅助机械手（8）可抓取由主机械手（7）运送的钻管（13）；

装配机械手（6）用于抓取保压盖存储机构（9）中的保压盖，并完成保压装配；

液压马达（11）通过齿轮啮合带动钻管及岩芯管存储机构（5）绕钻机中心旋转；

以上所有机构运动所需的能量均由钻机液压动力系统（10）提供。

2.根据权利要求1所述的新型海底深孔保压取芯钻机，其特征在于：所述支撑调平机构（4）由三个相同的可伸缩支撑腿组成。

3.根据权利要求1所述的新型海底深孔保压取芯钻机，其特征在于：装配机械手（6）包括旋转支柱（20）、上压盖臂（19）、下压盖臂（21）和底座（22），上压盖臂（19）的一端与旋转支柱（20）上部滑动配合，另一端内置有旋盖机构（26）；下压盖臂（21）与旋转支柱（20）下部滑动配合，另一端内置有旋盖机构（26）；旋转支柱（20）底部设置有底座（22）。

4.根据权利要求1所述的新型海底深孔保压取芯钻机，其特征在于：钻管（13）的一端为外螺纹，另一端为内螺纹，与相应的保压盖配合。

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