CN102733766B - 一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置及使用方法。本发明包括设置在深海钻机上的钻管及内衬管存储机构、主机械手和含样内衬管保压装配机构。其中钻管及内衬管存储机构包括钻管存储仓、内衬管存储仓、钻管控制夹、内衬管控制夹、斜坡槽、若干钻管与内衬管；其中主机械手包括运送主机械手、回收主机械手及连接件；其中含样内衬管保压装配机构包括辅助机械手、装配机械手、保压盖、旋盖机构、保压盖存储机构，和主机械手一同完成内衬管的保压装配过程。本发明与深海钻机配套使用，充分利用深海钻机空间，在取样后完成对样品的保压，保压过程简便实用。本发明适用于深海钻机多种深度的海底沉积物取样，广泛适用于海底资源的勘探。

Description

一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置及使用方法

技术领域

本发明属于海洋勘探机械设备技术领域，涉及一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置及使用方法。

背景技术

海底拥有大量矿藏资源，海洋资源的开发，特别是深海底赋存的各种矿产资源开发是一个新开发的技术领域。由于深海底复杂的地质、洋流、压力等环境条件，研制在深海运用的遥控钻进及取样设备，特别是深海钻进遥控接卸钻杆的大型海底取样钻机是当今世界的前沿技术。专利200920064592.8公开了一种海底自动接杆钻机用旋转式钻管存储机构。该机构将钻管存储于分度圆盘存储架内，通过分度圆盘的定角度旋转来实现钻管的取用与回收。该机构结构复杂，且对操作性要求较高，同时受分度圆盘尺寸限制，其存储钻管的数量有限，不利于较深孔工况下的钻进。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。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置及其使用方法。

一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置，包括设置在深海钻机上的钻管及内衬管存储机构、主机械手和含样内衬管保压装配机构，所述主机械手和含样内衬管保压装配机构一起完成含样内衬管的保压装配过程。

所述钻管及内衬管存储机构包括钻管存储仓、内衬管存储仓、钻管控制夹、内衬管控制夹、斜坡槽、若干钻管与内衬管；两个钻管存储仓和三个内衬管存储仓并排设置，其中两个钻管存储仓内装钻管，钻管存储仓内最底部的钻管预先安装上钻头和内衬管；三个内衬管存储仓中有两个内衬管存储仓装内衬管，第三个内衬管存储仓置空；钻管存储仓和内衬管存储仓的底部分别安装有钻管控制夹和内衬管控制夹，通过控制机构可以按指令自动放下一个钻管或内衬管；其中斜坡槽利用钻管及内衬管的自重，使钻管及内衬管从左到右运动，至运送主机械手,其中在斜坡槽最右端有一弯道,可以促使运动的钻管或内衬管停住,待运送主机械手抓取。

所述主机械手包括运送主机械手、回收主机械手及连接件，两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能，运送主机械手位于钻管及内衬管存储机构的底部，且通过升降、旋转和伸缩后可从斜坡槽抓取钻管或内衬管；回收主机械手位于钻管及内衬管存储机构的顶部，且通过升降、旋转和伸缩后抓取含样内衬管或装配好的含样保压钻管。

所述含样内衬管保压装配机构包括辅助机械手、装配机械手、保压盖、旋盖机构、保压盖存储机构，和主机械手一同完成内衬管的保压装配过程；辅助机械手、装配机械手两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能；辅助机械手位于深孔钻进平台的同心圆周上，且通过升降、旋转和伸缩后可从运送主机械手抓取钻管；装配机械手也位于深孔钻进平台的同心圆周上，且通过旋转、伸缩可将保压盖套装在辅助机械手抓取的钻管处；旋盖机构安装于装配机械手内，通过旋转一定角度可拧紧保压盖；保压盖存储机构位于装配机械手初始位置附近，分为完全对齐的上下两个保压盖存储仓，可存储一定数量的保压盖，中间留出一定距离的空间，可放入一段钻管。

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。

本装置使用方法包括下钻及回收和保压装配两个部分，具体步骤如下：

1.下钻及回收过程：

1)开始钻孔前，钻管和内衬管依次排列并分别存储于钻管存储仓和内衬管存储仓内；

2)开始钻孔，钻管控制夹打开,使一根钻管顺利落入斜坡槽,钻管在重力作用下运动至斜坡槽最右边弯道处，运送主机械手抓取钻管，此时钻管的两端由2个运送主机械手同时抓取并抬升至适当高度，然后左侧的运送主机械手移动至钻管的中心位置固定，另一运送主机械手松开，仅由一个运送主机械手将钻管旋转至竖直状态，并运送至深孔钻进平台并由动力头下钻，下钻完毕由绳索取回含样内衬管，并通过回收主机械手抓取至预先置空的内衬管存储仓顶部放下,含样内衬管在重力作用下落入内衬管存储仓底部。

3)一次钻管下钻及含样内衬管回收完毕，进行下一次下钻及回收过程，按“内衬管—钻管”顺序下钻，并回收含样内衬管，循环若干次直至全部钻管下钻完毕，全部含样内衬管回收完毕；

2.保压装配过程：

1)装配前，全部内衬管存储于内衬管存储仓内，全部钻管位于钻机平面以下；

2)装配开始：内衬管控制夹打开，含样内衬管在重力作用下运动至斜坡槽最右端弯道处，运送主机械手抓取含样内衬管传递给装配机械手，抓取过程与钻管类似；动力头回收顶部钻管，由运送主机械手抓取该钻管传递给辅助机械手；装配机械手抬升至一定高度，辅助机械手伸缩至装配机械手正下方，装配机械手将含样内衬管下方至钻管，钻管将含样内衬管套在内部,此时钻管作为保压管使用；辅助机械手将装有含样内衬管的钻管移送至保压盖存储机构，置于上下保压盖存储仓之间，其轴线与保压盖中心线重合，上下保压盖存储仓分别推出一个保压盖,装配机械手对钻管两头进行压盖封装并保压。

3)装配完毕，回收主机械手将保压完毕的钻管重新存放于钻管存储仓内适当位置；

4)循环执行上述步骤若干次，直至全部钻管装配完毕，并回收至钻管及内衬管存储机构。

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，存储较多的钻管和内衬管，且操作简单方便，使用成本较低，并能广泛适用于多深度钻孔场合。同时利用钻管和内衬管自重作为动力达到部分运动效果，一定程度上节约能源；与之配合的保压盖装配设计利用钻机自带的液压系统，简化保压过程，一定程度上降低了使用成本。结合现有深孔钻进技术，大大提高取样效率，进一步降低成本。

附图说明

图1是本发明的总体设计布局图；

图2是本发明钻管、内衬管存储机构侧视图及主机械手布局；

图3是本发明含样内衬管保压装配机构。

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所示，本发明一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置，包括设置在深海钻机上的钻管及内衬管存储机构1、主机械手6和含样内衬管保压装配机构2，主机械手6和含样内衬管保压装配机构2一起完成含样内衬管的保压装配过程。深海钻机还包括深孔钻进平台5、钻机液压控制系统3和支撑调平机构4。深孔钻进平台5可完成对钻管9的下钻和回收，同时完成对内衬管10的下放和含样内衬管10的回收；钻机液压控制系统3分布于钻机内部对角线的两侧且其液压管道不与其他部件发生干涉；支撑调平机构4位于钻机的左侧顶角、右侧和下部位置，对钻机其支撑调平作用。

如图2所示，所述钻管及内衬管存储机构1包括钻管存储仓7、内衬管存储仓8、钻管控制夹11、内衬管控制夹12、斜坡槽13、若干钻管9与内衬管10；两个钻管存储仓7和三个内衬管存储仓8并排设置，两个钻管存储仓7设置在钻管及内衬管存储机构1的左侧，三个内衬管存储仓8设置在钻管及内衬管存储机构1的右侧，其中两个钻管存储仓7内装钻管9，钻管存储仓7内最底部的钻管9预先安装上钻头和内衬管9；三个内衬管存储仓7中有两个内衬管存储仓7装内衬管10，第三个内衬管存储仓8置空；钻管存储仓7和内衬管存储仓8的底部分别安装有钻管控制夹11和内衬管控制夹12，通过控制机构可以按指令自动放下一个钻管9或内衬管10；其中斜坡槽13利用钻管9及内衬管10的自重，使钻管9及内衬管10从左到右运动，至运送主机械手14,其中在斜坡槽13最右端有一弯道,可以促使运动的钻管9或内衬管10停住,待运送主机械手14抓取。所述主机械手6包括运送主机械手14、回收主机械手15及连接件16，两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能，运送主机械手14位于钻管及内衬管存储机构1的底部，且通过升降、旋转和伸缩后可从斜坡槽13抓取钻管9或内衬管10；回收主机械手15位于钻管及内衬管存储机构1的顶部，且通过升降、旋转和伸缩后抓取含样内衬管10或装配好的含样保压钻管9。本装置有平行布置的两个主机械手6。

如图3所示，所述含样内衬管保压装配机构2包括辅助机械手17、装配机械手18、保压盖19、旋盖机构20、保压盖存储机构21，和主机械手6一同完成内衬管的保压装配过程；辅助机械手17、装配机械手18两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能；辅助机械手17位于深孔钻进平台5的同心圆周上，且通过升降、旋转和伸缩后可从运送主机械手14抓取钻管9；装配机械手18也位于深孔钻进平台5的同心圆周上，且通过旋转、伸缩可将保压盖19套装在辅助机械手17抓取的钻管9处；旋盖机构20安装于装配机械手(18)内，通过旋转一定角度可拧紧保压盖19；保压盖存储机构21位于装配机械手18初始位置附近，分为完全对齐的上下两个保压盖存储仓，可存储一定数量的保压盖19，中间留出一定距离的空间，可放入一段钻管9。

一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置，其使用方法包括下钻及回收和保压装配两个部分，具体过程如下：

1.下钻及回收过程：

1)开始钻孔前，钻管9和内衬管10依次排列并分别存储于钻管存储仓7和内衬管存储仓8内。

2)开始钻孔，钻管控制夹11打开,使一根钻管8顺利落入斜坡槽13,钻管8在重力作用下运动至斜坡槽13最右边弯道处，运送主机械手14抓取钻管9，此时钻管9的两端由2个运送主机械手14同时抓取并抬升至适当高度，左侧的运送主机械手14移动至钻管9的中心位置固定，另一运送主机械手14松开，仅由一个运送主机械手14将钻管9旋转至竖直状态，并运送至深孔钻进平台5并由动力头下钻，下钻完毕由绳索取回含样内衬管10，并通过回收主机械手15抓取至预先置空的内衬管存储仓8顶部放下,含样内衬管10在重力作用下落入内衬管存储仓8底部。

3)一次钻管9下钻及含样内衬管10回收完毕，进行下一次下钻及回收过程，按“内衬管10—钻管9”顺序下钻，并回收含样内衬管10，循环若干次直至全部钻管9下钻完毕，全部含样内衬管10回收完毕。

2.保压装配过程：

1)装配前，全部内衬管10存储于内衬管存储仓8内，全部钻管9位于钻机平面以下。

2)装配开始：内衬管控制夹12打开，含样内衬管10在重力作用下运动至斜坡槽13最右端弯道处，运送主机械手14抓取含样内衬管10传递给装配机械手18，抓取过程与钻管9类似；动力头回收顶部钻管9，由运送主机械手14抓取该钻管9传递给辅助机械手17；装配机械手18抬升至一定高度，辅助机械手17伸缩至装配机械手18正下方，装配机械手18将含样内衬管10下放至钻管9，钻管9将含样内衬管10套在内部,此时钻管9作为保压管使用；辅助机械手17将装有含样内衬管10的钻管9运送至保压盖存储机构21，置于上下保压盖存储仓之间，其轴线与保压盖中心线重合，上下保压盖存储仓分别推出一个保压盖,装配机械手18对钻管9两头进行压盖封装并保压。

3)装配完毕，回收主机械手15将保压完毕的钻管9重新存放于钻管存储仓7内适当位置。

4)循环执行上述步骤若干次，直至全部钻管9装配完毕，并回收至钻管及内衬管存储机构1。

Claims (2)

1.一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置，包括设置在深海钻机上的钻管及内衬管存储机构(1)、主机械手(6)和含样内衬管保压装配机构(2)，所述主机械手(6)和含样内衬管保压装配机构(2)一起完成含样内衬管的保压装配过程；

所述钻管及内衬管存储机构(1)包括钻管存储仓(7)、内衬管存储仓(8)、钻管控制夹(11)、内衬管控制夹(12)、斜坡槽(13)、若干钻管(9)与内衬管(10)；两个钻管存储仓(7)和三个内衬管存储仓(8)并排设置，其中两个钻管存储仓(7)内装钻管(9)，钻管存储仓(7)内最底部的钻管(9)预先安装上钻头和内衬管(10)；三个内衬管存储仓(8)中有两个内衬管存储仓(8)装内衬管(10)，第三个内衬管存储仓(8)置空；钻管存储仓(7)和内衬管存储仓(8)的底部分别安装有钻管控制夹(11)和内衬管控制夹(12)，通过控制机构按指令自动放下一个钻管(9)或内衬管(10)；其中斜坡槽(13)利用钻管(9)及内衬管(10)的自重，使钻管(9)及内衬管(10)从左到右运动，至运送主机械手(14),其中在斜坡槽(13)最右端有一弯道,促使运动的钻管(9)或内衬管(10)停住,待运送主机械手(14)抓取；

所述主机械手(6)包括运送主机械手(14)、回收主机械手(15)及连接件(16)，两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能，运送主机械手(14)位于钻管及内衬管存储机构(1)的底部，且通过升降、旋转和伸缩后可从斜坡槽(13)抓取钻管(9)或内衬管(10)；回收主机械手(15)位于钻管及内衬管存储机构(1)的顶部，且通过升降、旋转和伸缩后抓取含样内衬管(10)或装配好的含样保压钻管(9)；

所述含样内衬管保压装配机构(2)包括辅助机械手(17)、装配机械手(18)、保压盖(19)、旋盖机构(20)、保压盖存储机构(21)，和主机械手(6)一同完成内衬管的保压装配过程；辅助机械手(17)、装配机械手(18)两个机械手均可实现升降、旋转、伸缩功能；辅助机械手(17)位于深孔钻进平台(5)的同心圆周上，且通过升降、旋转和伸缩后可从运送主机械手(14)抓取钻管(9)；装配机械手(18)也位于深孔钻进平台(5)的同心圆周上，且通过旋转、伸缩可将保压盖(19)套装在辅助机械手(17)抓取的钻管(9)处；旋盖机构(20)安装于装配机械手(18)内，通过旋转一定角度可拧紧保压盖(19)；保压盖存储机构(21)位于装配机械手(18)初始位置附近，分为完全对齐的上下两个保压盖存储仓，可存储一定数量的保压盖(19)，中间留出一定距离的空间，可放入一段钻管(9)；

以上所有机构运动所需的能量均由钻机液压动力系统(3)提供。

2.如权利要求1所述的一种与深海钻机配套的自动接杆保压取样装置，其使用方法包括下钻及回收和保压装配两个部分，具体步骤如下：

下钻及回收过程：

1)开始钻孔前，钻管(9)和内衬管(10)依次排列并分别存储于钻管存储仓(7)和内衬管存储仓(8)内；

2)开始钻孔，钻管控制夹(11)打开,使一根钻管(9)顺利落入斜坡槽(13),钻管(9)在重力作用下运动至斜坡槽(13)最右边弯道处，运送主机械手(14)抓取钻管(9)，此时钻管(9)的两端由两个运送主机械手(14)同时抓取并抬升至适当高度，左侧的运送主机械手(14)移动至钻管(9)的中心位置固定，另一运送主机械手(14)松开，仅由一个运送主机械手(14)将钻管(9)旋转至竖直状态，并运送至深孔钻进平台(5)并由动力头下钻，下钻完毕由绳索取回含样内衬管(10)，并通过回收主机械手(15)抓取至预先置空的内衬管存储仓(8)顶部放下,含样内衬管(10)在重力作用下落入内衬管存储仓(8)底部；

3)一次钻管(9)下钻及含样内衬管(10)回收完毕，进行下一次下钻及回收过程，按“内衬管(10)—钻管(9)”顺序下钻，并回收含样内衬管(10)，循环若干次直至全部钻管(9)下钻完毕，全部含样内衬管(10)回收完毕；

保压装配过程：

1)装配前，全部内衬管(10)存储于内衬管存储仓(8)内，全部钻管(9)位于钻机平面以下；

2)装配开始：内衬管控制夹(12)打开，含样内衬管(10)在重力作用下运动至斜坡槽(13)最右端弯道处，运送主机械手(14)抓取含样内衬管(10)传递给装配机械手(18)，抓取过程与钻管(9)类似；动力头回收顶部钻管(9)，由运送主机械手(14)抓取该钻管(9)传递给辅助机械手(17)；装配机械手(18)抬升至一定高度，辅助机械手(17)伸缩至装配机械手(18)正下方，装配机械手(18)将含样内衬管(10)下放至钻管(9)，钻管(9)将含样内衬管(10)套在内部,此时钻管(9)作为保压管使用；辅助机械手(17)将装有含样内衬管(10)的钻管(9)移送至保压盖存储机构(21)，置于上下保压盖存储仓之间，其轴线与保压盖中心线重合，上下保压盖存储仓分别推出一个保压盖,辅助机械手(17)固定钻管(9)，装配机械手(18)对钻管(9)两头进行压盖封装并保压；

3)装配完毕，回收主机械手(15)将保压完毕的钻管(9)重新存放于钻管存储仓(7)内适当位置；

4)循环执行上述步骤若干次，直至全部钻管(9)装配完毕，并回收至钻管及内衬管存储机构(1)。