CN108343382A - 适用于海上勘探船的钻探套管装置及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于海上勘探船的钻探套管装置及其施工方法。本发明的结构简单、实施方便且成本低廉。本发明的技术方案是：该装置具有套管主体和固定于海上勘探船上的驱动机构；其中套管主体包括由上而下依次相连的调节机构、套管组和套管头，调节机构具有内套管和同轴套于内套管上的外套管，内套管上端接有米字型连接件，外套管下端与所述套管组的上端同轴相连，外套管外侧面上布置两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅰ，套管组外侧面上具有两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅱ，套管主体外侧面上形成有两条由齿条Ⅰ、Ⅱ拼合而成的锯齿条；驱动机构具有两个分别与所述套管主体上的两条锯齿条啮合的驱动齿轮，驱动齿轮由动力机构驱动。

Description

适用于海上勘探船的钻探套管装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种适用于海上勘探船的钻探套管装置及其施工方法。适用于海洋勘察钻探技术领域。
背景技术
所有涉及建(构)筑物都在向海域方向发展，海域开发具备很大的潜力，隶属新能源建设的海上风电项目已经从海域的潮间带向近海推进，同时对海洋勘察的技术能力提出更高的要求和更大的挑战，海上钻探的业务量普遍增长，对此工程技术领域及施工技术方法的创新或有益改进具有重要的工程意义和经济价值。
现阶段海上钻探普遍采用勘探船上加配钻探平台，施工方法和工序较为繁琐，每道工序都需消耗多种设备成本、时间成本和人力成本。钻探施工之前，为防止海水冲刷和钻孔塌孔，先下套管扎进海底泥面，此举扰动表层地层，同时钻探施工周期较长，海水经历涨潮落潮的水位变化，套管与钻探平台出现脱离或顶进现象，导致施工受阻，常规做法是通过增加或截取套管来调整，费时费力，造成经济浪费，钻取的岩芯质量、钻孔进度和钻孔深度均不能保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、实施方便且成本低廉的适用于海上勘探船的钻探套管装置及其施工方法。
本发明所采用的技术方案是：一种适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：具有套管主体和固定于海上勘探船上的驱动机构；
其中套管主体包括由上而下依次相连的调节机构、套管组和套管头，所述调节机构具有内套管和同轴套于内套管上的外套管，内套管上端接有米字型连接件，外套管下端与所述套管组的上端同轴相连，外套管外侧面上布置两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅰ，套管组外侧面上具有两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅱ，套管主体外侧面上形成有两条由齿条Ⅰ、Ⅱ拼合而成的锯齿条；
所述驱动机构具有两个分别与所述套管主体上的两条锯齿条啮合的驱动齿轮，驱动齿轮由动力机构驱动。
所述内套管外壁的下端上制有一圈限位环，所述外套管内壁的下端上制有一圈与内套管上的限位环相适配的限位槽。
所述套管组由若干套管单元依次同轴相连组成，套管单元外侧面上制有用于拼合形成所述齿条Ⅱ的齿条段。
所述套管单元之间通过卡扣固定连接。
所述外套管通过卡扣与套管组上端连接。
所述外套管及套管单元均为截面为矩形的方形管。
所述套管头的上段为横截面与所述套管组相适配的方形段，套管头的下段为圆柱段，圆柱段体积小于方形段，方形段通过过渡段光滑过渡到圆柱段。
所述内套管的长度大于相应勘探点的涨潮落潮海水变化幅度。
一种适用于海上勘探船的钻探套管装置的施工方法，其特征在于：
S01、确定海上勘探点位置，确定勘探点位置水深，根据水深配备相应的套管单元数量；
S02、套管头与一根套管单元对接，并用卡扣固定，将套管头与套管单元的结合体通过海上勘探船上钻探平台钻孔位置放入，套管单元两侧齿条段与驱动机构的驱动齿轮啮合对接；
S03、将一根套管单元与驱动机构对应的套管单元对接，并用卡扣固定；
S04、启动驱动机构，驱动齿轮旋转带动预制连接的套管单元向海底延伸，运行一个套管单元长度距离后停止；
S05、重复步骤S03、S04，使得水深对应的套管单元全部接入，套管头接触泥面，套管组安装完成；
S06、调节机构的外套管下端与套管组对接，并用卡扣固定，启动驱动机构，使得套管主体整体向下，套管头压入海底泥面，驱动机构调为空挡，钻探套管施工作业完成。
本发明的有益效果是：
1、本发明中调节机构可根据海水经历潮涨潮落时的水位高差来调节外套管与内套管之间的连接长短，该调节机构的内套管长度大于涨潮落潮海水变化幅度，且当套管头压入海底泥面后驱动机构被调为空挡，驱动齿轮与动力机构脱离，驱动齿轮与外套管上的齿条Ⅰ啮合时该齿轮只是沿齿条Ⅰ转动，内套管在海水作用下沿外套管内的限位槽上下移动，从而解决了海上勘探船随海水经历潮涨潮落时套管与钻探平台之间出现的脱离或顶进现象。
2、本发明通过勘探点位置的水深程度来配备组成套管组的套管单元的数量，方便施工、提高了施工效率高，降低了经济损失。
3、本发明通过模拟土塞效应将套管头压入海底泥面，防止了钻探套管周围的土层塌入钻孔内，对地层无扰动，提高了勘察成果的准确性。
4、本发明通过动力机构驱动驱动齿轮旋转、并通过驱动齿轮与锯齿条的啮合带动套管单元、调节机构上下移动，进而方便了套管单元、调节机构及套管头的组装与拆卸。
5、本发明的调节机构、套管组和套管头均按标准化制作而成，选用轻型刚性材质，可大规模预制生产，便于拼接与拆装、节约了人工成本，并可回收重复利用。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图2为实施例中调节机构的结构示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为图2的B-B剖视图。
图5为调节机构内套管的结构示意图。
图6为调节机构外套管的结构示意图。
图7、图8为实施例中套管单元的结构示意图。
图9为图7的C-C剖视图。
图10为图8的D-D剖视图。
图11为实施例中套管头的结构示意图。
图12为图11的E-E剖视图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为一种适用于海上勘探船的钻探套管装置，具有套管主体和固定于海上勘探船上的驱动机构4。其中套管主体由轻型刚性材料制成，包括由上而下依次相连的调节机构1、套管组2和套管头3；驱动机构4具有两个由动力机构驱动的驱动齿轮4—1。
如图2～图6所示，调节机构1具有内套管1—1和同轴套于内套管1—1上的外套管1—2，内套管1—1上端接有米字型连接件1—3；内套管1—1为圆柱型，内套管的长度大于相应勘探点的涨潮落潮海水变化幅度。内套管1—1外壁的下端上制有一圈由内套管1—1底部500mm段向外扩径19.5mm厚度形成限位环1—1—1，外套管1—2顶部500mm段内径向内扩径19.5mm后该外套管内壁的下端上形成一圈限位槽1—2—1，限位槽1—2—1与内套管1—1上的限位环1—1—1相适配；外套管1—2外侧面上布置两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅰ1—2—2。
套管组2由若干套管单元2—1依次同轴相连组成，套管单元2—1之间通过一字型的卡扣5固定连接，套管组2外侧面上具有两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅱ2—2。如图7～图10所示，套管单元2—1外侧面上制有用于拼合形成齿条Ⅱ2—2的齿条段2—2—1，套管单元的预制长度有1m、2m，齿条段2—2—1的宽度为100mm、长度与套管单元2—1的预制长度一致。
如图11、图12所示，套管头3的上段为横截面与套管组2相适配的方形段3—1，套管头3的下段为圆柱段3—2，圆柱段3—2体积小于方形段3—1，方形段3—1通过过渡段3—3光滑过渡到圆柱段3—2；套管头3进入海底泥面后形成土塞效应。
本实施例中，外套管1—2及套管单元2—1均为截面为矩形的方形管。外套管1—2通过卡扣5与套管组2上端连接，即外套管1—2下端与套管组2的上端同轴相连后，套管主体外侧面上形成有两条由齿条Ⅰ、Ⅱ拼合而成的锯齿条，两条锯齿条分别能与驱动机构4的两个驱动齿轮4—1啮合；套管头3与套管组2下端的一根套管单元2—1对接，并用卡扣5固定。
本实施例的钻探套管装置的施工方法如下：
S01、确定海上勘探点位置，确定勘探点位置水深，根据水深配备相应的套管单元2—1数量；
S02、套管头3与一根套管单元2—1对接，并用卡扣5固定，将套管头3与套管单元2—1的结合体通过海上勘探船上钻探平台钻孔位置放入，套管单元2—1两侧齿条段2—2—1与驱动机构4的驱动齿轮4—1啮合对接；
S03、将一根套管单元2—1与驱动机构4对应的套管单元2—1对接，并用卡扣5固定；
S04、启动驱动机构4，驱动齿轮4—1旋转带动预制连接的套管单元2—1向海底延伸，运行一个套管单元2—1长度距离后停止；
S05、重复步骤S03、S04，使得水深对应的套管单元2—1全部接入，套管头3接触泥面，套管组2安装完成；
S06、调节机构1的外套管1—2下端与套管组2对接，并用卡扣5固定，启动驱动机构4，使得套管主体整体向下1m，套管头3压入海底泥面，驱动机构4调为空挡(此时动力机构与驱动齿轮4—1分离)，钻探套管施工作业完成。

Claims (9)

1.一种适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：具有套管主体和固定于海上勘探船上的驱动机构(4)；
其中套管主体包括由上而下依次相连的调节机构(1)、套管组(2)和套管头(3)，所述调节机构(1)具有内套管(1—1)和同轴套于内套管(1—1)上的外套管(1—2)，内套管(1—1)上端接有米字型连接件(1—3)，外套管(1—2)下端与所述套管组(2)的上端同轴相连，外套管(1—2)外侧面上布置两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅰ(1—2—2)，套管组(2)外侧面上具有两条通长且关于其轴线对称的齿条Ⅱ(2—2)，套管主体外侧面上形成有两条由齿条Ⅰ、Ⅱ(1—2—2、2—2)拼合而成的锯齿条；
所述驱动机构(4)具有两个分别与所述套管主体上的两条锯齿条啮合的驱动齿轮(4—1)，驱动齿轮(4—1)由动力机构驱动。
2.根据权利要求1所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述内套管(1—1)外壁的下端上制有一圈限位环(1—1—1)，所述外套管(1—2)内壁的下端上制有一圈与内套管(1—1)上的限位环(1—1—1)相适配的限位槽(1—2—1)。
3.根据权利要求1所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述套管组(2)由若干套管单元(2—1)依次同轴相连组成，套管单元(2—1)外侧面上制有用于拼合形成所述齿条Ⅱ(2—2)的齿条段(2—2—1)。
4.根据权利要求3所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述套管单元(2—1)之间通过卡扣(5)固定连接。
5.根据权利要求1或3所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述外套管(1—2)通过卡扣(5)与套管组(2)上端连接。
6.根据权利要求3所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述外套管(1—2)及套管单元(2—1)均为截面为矩形的方形管。
7.根据权利要求6所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述套管头(3)的上段为横截面与所述套管组(2)相适配的方形段(3—1)，套管头(3)的下段为圆柱段(3—2)，圆柱段(3—2)体积小于方形段(3—1)，方形段(3—1)通过过渡段(3-3)光滑过渡到圆柱段(3—2)。
8.根据权利要求1所述的适用于海上勘探船的钻探套管装置，其特征在于：所述内套管(1—1)的长度大于相应勘探点的涨潮落潮海水变化幅度。
9.一种权利要求1～8任意一项所述钻探套管装置的施工方法，其特征在于：
S01、确定海上勘探点位置，确定勘探点位置水深，根据水深配备相应的套管单元(2—1)数量；
S02、套管头(3)与一根套管单元(2—1)对接，并用卡扣(5)固定，将套管头(3)与套管单元(2—1)的结合体通过海上勘探船上钻探平台钻孔位置放入，套管单元(2—1)两侧齿条段(2—2—1)与驱动机构(4)的驱动齿轮(4—1)啮合对接；
S03、将一根套管单元(2—1)与驱动机构(4)对应的套管单元(2—1)对接，并用卡扣(5)固定；
S04、启动驱动机构(4)，驱动齿轮(4—1)旋转带动与之连接的套管单元(2—1)向海底延伸，运行一个套管单元(2—1)长度距离后停止；
S05、重复步骤S03、S04，使得水深对应的套管单元(2—1)全部接入，套管头(3)接触泥面，套管组(2)安装完成；
S06、调节机构(1)的外套管(1—2)下端与套管组(2)对接，并用卡扣(5)固定，启动驱动机构(4)，使得套管主体整体向下，套管头(3)压入海底泥面，驱动机构(4)调为空挡，钻探套管施工作业完成。
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