CN103015896A - 用于在水体的基床上钻孔的水下钻探装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在湖、海或河流的基床上形成孔的水下钻探装置和方法，具有：服务平台，可以将其放下以用于定位在湖、海或河流的基床上；导管，安装其以使得它可以旋转、轴向移动并且固定在服务平台上；带有钻头的钻杆，其布置在导管中且可以经由钻探驱动器而驱动；和导管驱动器，其布置在服务平台上，用于将导管插入到湖、海或河流的基床中。为了减少在插入导管时导管的外壳表面与湖、海或河流的基床的泥土材料之间所产生的摩擦，导管具有滑动支承构件。

Description

用于在水体的基床上钻孔的水下钻探装置和方法

技术领域

本发明涉及用于在水体或水域的基床(bed)中形成孔的水下钻探装置和方法。

背景技术

例如，可以使用这样一种钻探装置来产生用于海上风力工厂的基础或用于潮汐能发电厂的水下涡轮。

GB 2469190A公开了一种钻探方法，其中首先将服务平台放置在如湖、海或河流之类水体的基床上。带有接纳漏斗元件的导管布置在服务平台上。将钻具引入到导管中，然后放下到湖、海或河流的基床上以执行钻探。

从EP 23 22 724 A1中已知另外一种方法。在此水下钻探装置中，多个套筒状导管布置在服务平台上，其中已经布置了一种管状基础元件。管状基础元件经由放置就位的钻探驱动器而拧紧，在已经创建钻孔之后所述钻探驱动器从基础元件松开/释放。

在这些已知的钻探装置中，在服务平台上布置导管。由此限制了引导长度。

发明内容

本发明的目的是指示出用于在水体的基床中形成孔的水下钻探装置和方法，其中可以位置特别精确地并且可靠地形成孔。

一方面，通过一种具有权利要求1特征的水下钻探装置而实现该目的。另一方面，通过具有权利要求9特征的方法而实现该目的。在各个从属权利要求中指出本发明的优选实施例。

根据本发明的水下钻探装置，包括：服务平台，可以将其放下以用于定位在水体的基床上；导管，其安装在服务平台上，从而使得它可以旋转和被轴向移动以及调节；带有钻头的钻杆，其布置在导管内、且可以经由钻探驱动器驱动；和导管驱动器，其布置在服务平台上，用于将导管引入如湖、海或河流之类水体的基床中，其中导管包括滑动支承构件，用于减少导管插入期间在导管的外壳表面与湖、海或河流的基床的泥土材料之间产生的摩擦。

本发明的核心思想在于将导管至少部分地引入到湖、海或河流的基床内。为此，提供它自己的导管驱动器，利用其则可以旋转所述导管和/或将其压下到湖、海或河流的基床中。通过垂直振动或撞击运动，也可以发生插入。因而随后引导所述导管进入湖、海或河流的基床上是可能的，从而更长以及更好地引导钻具。由此滑动支承构件具有使导管的准确插入更容易的功能。特别地，在导管的旋入期间，因而，避免了由于导管的外壳表面与湖、海或河流的基床之间的摩擦而导致的服务平台相对于导管旋转的风险。因而减少了服务平台的直立脚上的扭矩支承必须消耗的力。另外，改进了服务平台与水体的基床的锚定。优选地，钻探驱动器布置在钻探管的内部，以及可以轴向移位和固定。

根据本发明的实施例，提供滑动支承构件，包括：至少一个馈送构件，用于馈送一种减少摩擦的流体到导管的外壳表面的区域中。馈送构件具有将所使用的减少摩擦的流体直接输送到介于导管的外壳表面与湖、海或河流的基床的泥土之间的所需要区域中的功能。例如，馈送构件可以配置为一种沿导管延伸的管状线系统。为了减少摩擦，可以使用合适的流体，例如含油液体、气体或还有例如斑脱土这样的非牛顿液体。

此外，优选地，馈送构件包括了布置在导管内的至少一个供应线，以及包括了在导管的壁内的至少一个出口开口。在此装置中，通过导管的壁保护了供应线。供应线由此可以在导管的内部空间中延伸，或者也可以被合并到导管的凹槽中。所述至少一个供应线连接到一个或多个出口开口，经由其可以将流体径向排放到外壳表面的区域中。出口开口可以延伸到导管的整个区域，但是出口开口优选地基本上布置在导管的下部区域中。

出口开口也可以形成为喷嘴或类似物，以便在压力下排出减少摩擦的流体。出口开口不必直接连接到供应线，而是作为替代也可以经由通道(passage channel)而连接到供应线，所述通道通过导管在径向上向外部延伸。

优选地提供连接到所述至少一个供应线的流体容器。例如流体容器可以在服务平台上或导管的上部区域中提供，或定位成与供应船上的服务平台远离。流体容器也可以包括多个分离的腔，其填充了根据需要引入到供应线内的不同流体。

根据本发明的优选实施例，提供至少一个泵，利用其可以将流体从流体容器输送到出口开口。通过所述至少一个泵，可以产生所需要的压力，利用其可以将流体从出口开口排出。位移泵或流量泵可以作为泵使用。

根据本发明，在导管的下边缘的区域中具有切削构件是有利的。切削构件具有便利导管插入水的基床中的功能。切削构件优选地配置为一种带有多个切削齿的环形齿轮，其利用导管的左或右旋转而切入地面。

根据本发明提供用于流体的至少一个出口开口，其布置在紧邻着切削构件的附近区域中。由此在导管的下边缘处直接排放流体，由此最优地利用摩擦减少效果/效应。出口开口可以横向布置在导管上以及径向指向外，或者也可以布置在切削齿之上或也可布置在切削齿之间、在下端处。

根据本发明的另一实施例，滑动支承构件包括了布置在导管外侧上的耐摩涂层。例如，外侧可以具备聚四氟乙烯涂层，由此减少了在地面材料与导管的旋转外侧之间所产生的摩擦。也可以使用其他涂层，诸如减少摩擦的金属合金或碳纤维增强塑料。因而，当导管没有用于此的必需的另一构件时，获得了释放/解放(unleash)它的减少摩擦效果的被动(passive)的滑动支承。

特别地，此被动的滑动支承可以与减少摩擦的流体的添加相结合，以便获得高的减少摩擦的效果。

通过用于在水体的基床上钻孔的方法，特别是利用一种水下钻探装置，也实现了开始时提及的目的，其中将带有导管的服务平台放下并且定位于水体的基床上，其中带有钻头的钻杆被布置在导管中以及受轴向引导，其中借助于钻探驱动器来旋转驱动了钻杆，导管插入水体的基床中，以及借助于布置在导管上的滑动支承而减少了当导管导入时在导管的外壳表面与水体的基床的泥土材料之间所产生的摩擦。优选地，导管通过导管驱动器旋转和/或轴向压下到水的基床中。

通过由平行于导管纵向延伸的导管驱动器所触发的振动，可以支承所述导管的插入。导管旋转方向优选地适合于切削构件的功能模式，以及可以经由引导驱动器而被顺时针或逆时针旋转。

根据本发明，滑动支承构件包括馈送构件，利用其将流体插入介于导管的外壳表面与周围泥土材料之间的区域中，以便减少磨擦。优选地使用斑脱土作为流体，由此其在钻探过程之后变硬，且因而可以用作所产生的钻孔的支承液体，由此这有助于安装随后的桩基础。

附图说明

以下通过使用在附图中示意地示出的优选示例性实施例更详细地解释了本发明，其中：

图1示出根据本发明的水下钻探装置的侧视图；

图2是滑动支承的导管的详细视图；

图3是本发明的滑动支承的放大视图。

具体实施方式

图1中示出了用于在水体的基床上形成孔的根据本发明的水下钻探装置的主要结构。服务平台30包括基础主体20，在其上固定多个支承杆22，在该支承杆22上布置了用于定位在如湖、海或河流之类水体的基床上的支承脚24。为了形成孔，将服务平台30放下到湖、海或河流的基床上，且随后利用支承脚24而放置在湖、海或河流的基床上。支承脚24或直立脚被设计成可调节的，以便补偿湖、海或河流的基床上的不平，由此可以将服务平台30放到所需的钻探位置。

在基础主体20的中间存在着凹槽32，在其中插入导管。将导管40安装成相对于基础主体20是旋转的并且轴向可移动的。为了相对于服务平台30旋转所述导管40，在基础主体的下部区域中布置了一种引导驱动器36。引导驱动器36包括一种可以借助于水平/卧式缸38而旋转的液压可夹持夹头37。另外，也可以利用竖直/立式缸39向导管40施加垂直力。

在导管的上部区域中，布置了馈送漏斗47，其便利了插入和随后的钻具44的插入，该钻具44经由电缆绞车从供应船(未示出)中放下。钻具44包括了圆柱形钻杆45，在其下端上布置了钻头50。经由供应通道51发生了向钻具44供应能量、冲洗液体或还有例如混凝土这样的可硬化的物质，利用所述供应通道51则所述钻具44连接至供应船。服务平台30也经由电缆组件(未示出)连接到供应船，以及由此被供应能量。

图2示出带有所引入的钻具44的导管40的详细视图。在钻具44的下端处，布置了用于处理石头或岩石材料的钻头50。在钻头50的上方，存在着固定到钻杆45上的负载板89，并且其通过他们的重量而增加了钻头50上的负载。

钻杆沿布置在导管40的内壳表面上的为此设置的导管轨道58、在导管40内轴向移动。

服务平台30一放下到湖、海或河流的基床上的所需位置、以及经由支承脚24而被放入稳定的位置，然后就马上将导管40插入湖、海或河流的基床中。

钻探驱动器43以轴向可移位和可固定的方式在导管40内安装以及受引导。钻探驱动器43包括了向钻杆45传递扭矩的液压驱动器。首先，导管40钻入水体的基床达到第一深度，而同时带有钻杆50的钻探驱动器43被固定在导管40中的其上部位置，如图1所示。随后，钻头50钻到孔洞的完钻深度，然后钻探驱动器43向下移动，而同时固定所述导管40。如图2所示，带有钻头50的钻杆45向下延伸超出钻探管40。

借助于引导驱动器36将导管40设置成相对于服务平台30的基础主体20旋转，其中布置在导管40的下边缘上的切削构件82旋入地面中。通过供应斑脱土的滑动支承构件60，减少了已经进入地面中的导管部分的外壳表面与地面材料之间所产生的摩擦。

在图3中放大地再次示出图2中的滑动支承构件60的区域。在下导管部分72中，导管40的直径减少，由此产生实质上矩形的缺口73。在缺口73的区域中，导管40包括向下定向的壁开口74，在其上布置了馈送构件65的出口开口75。出口开口75布置成紧邻在切削构件82的上方附近。出口开口75连接到馈送构件65，由此借助于泵78经由供应线70从流体容器68输送斑脱土。供应线70布置在导管40的壁65的内侧上。

斑脱土由此充当滑动构件，以便减少外壳表面54区域中的摩擦。由于减少了摩擦力，则作用在布置于基础主体20上的支承脚24上的用于导管40的扭矩支承的力减少。由此可以将导管40更深地插入湖、海或河流的基床中，而没有由于扭矩支承引起的整个服务平台的共同旋转。

由于深深插入的导管40，可以实现服务平台30与湖、海或河流的基床的稳定地锚定，由此便利了位置精确的钻探。

Claims (11)

1.用于在水体的基床上形成孔的水下钻探装置，具有

服务平台，可以将其放下以用于定位在该水体的基床上，

导管，安装其从而使得它可以旋转和轴向移动并且固定在该服务平台上，

带有钻头的钻杆，其布置在该导管内，以及可以经由钻探驱动器驱动，和

导管驱动器，其布置在该服务平台上以用于将该导管插入该水体的基床内，

其中该导管包括滑动支承构件，用于减少在插入该导管期间在该导管的外壳表面与该水体的基床的泥土材料之间所产生的摩擦。

2.根据权利要求1所述的水下钻探装置，

其中

该滑动支承构件包括至少一个馈送构件，用于馈送减少摩擦的流体到该导管的外壳表面的区域中。

3.根据权利要求2所述的水下钻探装置，

其中

该馈送构件包括至少一个供应线，其布置在该导管内，以及包括位于该导管的壁上的至少一个出口开口。

4.根据权利要求3所述的水下钻探装置，

其中

提供连接到该至少一个供应线的流体容器。

5.根据权利要求4所述的水下钻探装置，

其中

提供至少一个泵，利用其可以将流体从该流体容器输送到该出口开口。

6.根据权利要求1所述的水下钻探装置，

其中

该导管包括位于它的下边缘的区域中的切削构件。

7.根据权利要求1所述的水下钻探装置，

其中

在紧邻该切削构件的附近布置用于流体的至少一个出口开口。

8.根据权利要求1所述的水下钻探装置，

其中

该滑动支承构件包括布置在该导管的外侧上的抗摩擦涂层。

9.用于在水体的基床上形成孔的方法，特别是利用根据权利要求1所述的水下钻探装置，其中利用导管放下服务平台，然后将其定位在该水体的基床上，

其中

在该导管中布置以及轴向引导带有钻头的钻杆，其中该钻杆借助于钻探驱动器而可旋转地驱动，

该导管插入该水体的基床中，以及

借助于布置在该导管上的滑动支承构件，在插入该导管时，减少了在该导管的外壳表面与该水体的基床的泥土材料之间所产生的摩擦。

10.根据权利要求9所述的用于形成孔的方法，

其中

借助于该引导驱动器将该导管旋转和/或轴向压下到该水体的基床内。

11.根据权利要求8所述的用于形成孔的方法，

其中

该滑动支承构件包括馈送构件，利用其将流体插入介于该导管的外壳表面与周围泥土材料之间的区域中，以便减少该摩擦。

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