CN108756766B - 一种油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，包括钻进动力头、钻进动力头滑轨架、推进油缸及钢丝绳倍程推进机构、岩心内管打捞头、打捞钢丝绳、打捞钢丝绳动定滑轮组和打捞绞车，钻进动力头滑轨架顶部设有定滑轮，推进油缸活塞杆顶部设有动滑轮，打捞绞车固定安装于海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上；连接岩心内管打捞头的打捞钢丝绳从钻进动力头顶部通孔穿出后，先绕过钻进动力头滑轨架顶部的定滑轮，再绕过推进油缸活塞杆顶部的动滑轮，再进入打捞绞车。本发明有效解决海底钻机钻进动力头与打捞绞车一体化集成设计导致位移和钻杆拧卸扣力度难以精确控制，以及普通分体设计打捞绞车需精确跟随钻进动力头运动的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻机取心装置，尤其是涉及一种油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置。
背景技术
海底钻机是开展海底资源勘探、海底工程地质勘察及海洋科学研究的重要钻探取样装备。随着海底钻机钻进深度的不断加大，为提高钻机的作业效率，海底钻机的取芯方式也从传统的提钻取芯方式发展成先进的绳索取芯方式。目前，海底钻机的绳索取心装置大部分采用钻进动力头与打捞绞车一体化集成的结构形式，以解决普通钻进动力头与打捞绞车分体设计安装时打捞绞车需精确跟随钻进动力头运动的问题。当海底钻机钻进深度不大时，所需打捞绞车的容绳量较小，对应的打捞绞车的外形尺寸和质量也比较小。但是，当海底钻机的钻进深度达到上百米甚至上千米后，由于所需容绳量的剧增，对应的打捞绞车的外形尺寸和质量将变得很大，如果继续采用钻进动力头与打捞绞车一体化集成的结构形式，将会引起如下问题：
（1）由于一体化集成式钻进动力头与打捞绞车的外形尺寸太大，需增大海底钻机钻进动力头滑轨架的高度，这将导致海底钻机整体高度和重量的增大，使得海底钻机对所搭载母船的A型架高度及承载能力、收放绞车及脐带缆的承载能力等提出更高要求，同时，还将加剧海底钻机在下放和回收过程中的难度。
（2）由于一体化集成式钻进动力头与打捞绞车的整体质量太大，其运动惯性力及其在钻进动力头滑轨架上运动过程中的摩擦阻力都将大大增加，导致钻进动力头位移和钻杆丝扣接卸过程中的拧卸扣力度难以精确控制，从而使钻杆（特别是钻进动力头上的主动钻杆）的使用寿命大大降低、钻杆丝扣接卸的难度上升可靠性降低、操作故障率增加、钻进动力头滑轨磨损增加寿命降低。
然而，若采用通常的海底钻机钻进动力头与打捞绞车分体设计方案，在海底钻机钻进及辅助操作过程中，由于钻进动力头在钻进动力头滑轨架上下移动而打捞绞车固定不动，钻进动力头与打捞绞车之间的打捞钢丝绳的长度将会随着钻进动力头的运动而不断变化，引起悬吊于钻进动力头内的岩心内管打捞头松弛掉落以及打捞钢丝绳发生跳绳事故，此时需对打捞绞车进行频繁正反转操作控制以确保钻进及辅助操作过程中岩心内管打捞头及打捞钢丝绳精确跟随钻进动力头运动。这不仅增加了控制系统的负担和设计难度，也降低了绳索取心系统的使用寿命（磨损大大增加），同时也降低了绳索取心系统的工作可靠性（很容易造成冲洗水密封故障和打捞钢丝绳拉断故障）。
为解决上述技术问题，急待研发一种钻进动力头与打捞绞车分体式设计安装技术方案，这种方案无需增加额外的高精度打捞绞车控制即可实现钻进及辅助操作过程中岩心内管打捞头及打捞钢丝绳精确跟随钻进动力头运动。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种易于精确控制钻进动力头位移和钻杆拧扣力度，无需增加额外高精度控制系统的钻进动力头与打捞绞车分体设计的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置。
本发明采用的技术方案是：一种油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，包括钻进动力头、钻进动力头滑轨架、推进油缸及钢丝绳倍程推进机构、岩心内管打捞头、打捞钢丝绳、打捞钢丝绳动定滑轮组和打捞绞车，推进油缸能够通过钢丝绳倍程推进机构带动钻进动力头上下运动；其特征在于：钻进动力头顶部开有与钻杆联通的通孔，钻进动力头滑轨架顶部设有定滑轮，推进油缸活塞杆顶部设有动滑轮，打捞绞车固定安装于海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上，岩心内管打捞头与打捞钢丝绳连接、悬吊于钻进动力头或与钻进动力头连接的钻杆内部；与岩心内管打捞头连接的打捞钢丝绳向上穿出钻进动力头顶部通孔后，先绕过钻进动力头滑轨架顶部的定滑轮，再绕过推进油缸活塞杆顶部的动滑轮，再进入打捞绞车。
上述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置中，所述打捞钢丝绳绕过推进油缸活塞杆顶部的动滑轮后，不是直接进入打捞绞车，而是通过固定安装在海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上的辅助定滑轮或定滑轮组进入打捞绞车。
上述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置中，用于打捞钢丝绳转向的固定安装于钻进动力头滑轨架或海底钻机机架上的定滑轮，及推进油缸活塞杆顶部的动滑轮，采用的是由多个滑轮组成的滑轮组。
上述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置中，钻进动力头滑轨架顶部的定滑轮或定滑轮组、推进油缸活塞杆顶部的动滑轮或动滑轮组以及海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上的辅助定滑轮或辅助定滑轮组上，安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。
上述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置中，所述打捞绞车前部设有打捞钢丝绳排缆装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明可有效解决海底钻机钻进动力头与打捞绞车一体化集成设计所引起的集成钻进动力头重量及尺寸过大、难以实现精确的位移和钻杆拧卸扣力度控制的问题。
（2）本发明可有效解决动力头与打捞绞车分体后，在钻进及辅助操作过程中打捞绞车需精确跟随钻进动力头运动的问题。
（3）本发明可有效降低海底钻机对母船及收放绞车等配套系统的性能要求，而且还降低了海底钻机下放和回收的难度。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图中：1-钻进动力头滑轨架，2-钢丝绳跳槽保护装置，3-定滑轮，4-打捞钢丝绳排缆装置，5-打捞绞车，6-动滑轮，7-钢丝绳倍程推进机构，8-推进油缸，81-推进油缸活塞杆，9-打捞钢丝绳，10-钻进动力头，101-通孔， 11-岩心内管打捞头，12-辅助定滑轮。
具体实施方案
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明包括钻进动力头10、钻进动力头滑轨架1、推进油缸8及钢丝绳倍程推进机构7、岩心内管打捞头11、打捞钢丝绳9、打捞钢丝绳动定滑轮组和打捞绞车5；钻进动力头滑轨架1的一侧设有竖直设置的滑轨，所述的钻进动力头10安装在滑轨上，能够沿着滑轨上下滑动。钻进动力头10顶部开有与钻杆联通的通孔101，打捞钢丝绳动定滑轮组包括设置在钻进动力头滑轨架1顶部的定滑轮3和安装在推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮6，打捞绞车5固定安装于海底钻机机架或钻进动力头滑轨架1上，打捞绞车5前部设有打捞钢丝绳排缆装置。岩心内管打捞头11与打捞钢丝绳9连接、悬吊于钻进动力头10或与钻进动力头10连接的钻杆内部；起始于岩心内管打捞头11的打捞钢丝绳9向上穿出钻进动力头10顶部通孔101后，先绕过钻进动力头滑轨架1顶部的定滑轮3，再绕过推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮6，再进入打捞绞车5，与打捞绞车5前部的打捞钢丝绳排缆装置连接。动滑轮6和定滑轮3均安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。
所述的钢丝绳倍程推进机构7包括两根上钢丝绳和两根下钢丝绳；所述的钻进动力头滑轨架1的前、后侧面的顶部分别设有一组定滑轮，每组定滑轮包括两个滑轮，两个滑轮上均安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。钻进动力头滑轨架1的前、后侧面的底部分别设有一组定滑轮，每组定滑轮包括两个滑轮，两个滑轮上均安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。所述的推进油缸活塞杆81顶部前、后侧面上分别设有两个滑轮，两个滑轮上下布置，且两个滑轮上均安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。所述的两根上钢丝绳中一根位于钻进动力头滑轨架1的前侧面，其一端与钻进动力头滑轨架1的顶部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆81顶部前侧面的上部的滑轮、钻进动力头滑轨架1的前侧面顶部的一组定滑轮与钻进动力头10连接。另一根上钢丝绳位于钻进动力头滑轨架1的后侧面，该上钢丝绳的一端一端与钻进动力头滑轨架1的顶部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆81顶部后侧面的上部的滑轮、钻进动力头滑轨架1的后侧面顶部的一组定滑轮与钻进动力头10连接。
所述的两根下钢丝绳中一根位于钻进动力头滑轨架1的前侧面，其一端与钻进动力头滑轨架1的底部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆81顶部前侧面的下部的滑轮、钻进动力头滑轨架1的前侧面底部的一组定滑轮与钻进动力头10连接。另一根下钢丝绳位于钻进动力头滑轨架1的后侧面，该上钢丝绳的一端一端与钻进动力头滑轨架1的底部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆81顶部后侧面的下部的滑轮、钻进动力头滑轨架1的后侧面底部的一组定滑轮与钻进动力头10连接。当推进油缸活塞杆81向上运动时，其运动距离为s时，由于进油缸活塞杆81顶部侧面的滑轮为动滑轮，因此上钢丝绳和下钢丝绳与钻进动力头10连接处的运动距离均为2s；也即钻进动力头10向下移动2s的距离。同理，推进油缸活塞杆81向下运动距离为s时，钻进动力头10向上移动2s的距离。
实施例2
如图2所示，与实施例1相似，其差别仅仅在于：打捞钢丝绳动定滑轮组不仅包括设置在钻进动力头滑轨架1顶部的定滑轮3和安装在推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮6；还包括设置在钻进动力头滑轨架1背向钻进动力头10侧面上的辅助定滑轮12，辅助定滑轮12还可以安装在海底钻机机架上。打捞钢丝绳9绕过推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮6后，不是直接与打捞绞车5连接，而是绕过固定安装在海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上的辅助定滑轮12或定滑轮组进入打捞绞车5，与打捞绞车5前部的打捞钢丝绳排缆装置连接。辅助定滑轮12或定滑轮组上安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。
上述实施例1和实施例2中，所述钻进动力头滑轨架1顶部的定滑轮3，或推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮6，不止有一个滑轮，而是采用多个滑轮组成的滑轮组。
上述实施例1和实施例2中，所述打捞钢丝绳动定滑轮组（包括钻进动力头滑轨架1顶部的定滑轮组，推进油缸活塞杆81顶部的动滑轮组和海底钻机机架或钻进动力头滑轨架1上的辅助定滑轮组）上，安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置2。
Claims (5)
1.一种油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，包括钻进动力头、钻进动力头滑轨架、推进油缸及钢丝绳倍程推进机构、岩心内管打捞头、打捞钢丝绳、打捞钢丝绳动定滑轮组和打捞绞车，推进油缸能够通过钢丝绳倍程推进机构带动钻进动力头上下运动；其特征在于：钻进动力头顶部开有与钻杆联通的通孔，钻进动力头滑轨架顶部设有定滑轮，推进油缸活塞杆顶部设有动滑轮，打捞绞车固定安装于海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上，岩心内管打捞头与打捞钢丝绳连接、悬吊于钻进动力头或与钻进动力头连接的钻杆内部；与岩心内管打捞头连接的打捞钢丝绳向上穿出钻进动力头顶部通孔后，先绕过钻进动力头滑轨架顶部的定滑轮，再绕过推进油缸活塞杆顶部的动滑轮，再进入打捞绞车，钢丝绳倍程推进机构包括两根上钢丝绳和两根下钢丝绳，钻进动力头滑轨架的前、后侧面的顶部和底部分别设有定滑轮，推进油缸活塞杆顶部前、后侧面上分别设有两个滑轮，两个滑轮上下布置，两根上钢丝绳中一根位于钻进动力头滑轨架的前侧面，其一端与钻进动力头滑轨架的顶部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆顶部前侧面的上部的滑轮、钻进动力头滑轨架的前侧面顶部的一组定滑轮与钻进动力头连接，另一根上钢丝绳位于钻进动力头滑轨架的后侧面，该上钢丝绳的一端与钻进动力头滑轨架的顶部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆顶部后侧面的上部的滑轮、钻进动力头滑轨架的后侧面顶部的一组定滑轮与钻进动力头连接，两根下钢丝绳中一根位于钻进动力头滑轨架的前侧面，其一端与钻进动力头滑轨架的底部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆顶部前侧面的下部的滑轮、钻进动力头滑轨架的前侧面底部的一组定滑轮与钻进动力头连接，另一根下钢丝绳位于钻进动力头滑轨架的后侧面，该下钢丝绳的一端与钻进动力头滑轨架的底部连接，另一端依次绕过推进油缸活塞杆顶部后侧面的下部的滑轮、钻进动力头滑轨架的后侧面底部的一组定滑轮与钻进动力头连接。
2.根据权利要求1所述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，其特征在于：打捞钢丝绳绕过推进油缸活塞杆顶部的动滑轮后，不是直接进入打捞绞车，而是通过固定安装在海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上的辅助定滑轮进入打捞绞车。
3.根据权利要求1或2所述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，其特征在于：用于打捞钢丝绳转向的固定安装于钻进动力头滑轨架或海底钻机机架上的定滑轮，及推进油缸活塞杆顶部的动滑轮，采用的是由多个滑轮组成的滑轮组。
4.根据权利要求3所述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，其特征在于：钻进动力头滑轨架顶部的定滑轮或定滑轮组、推进油缸活塞杆顶部的动滑轮或动滑轮组以及海底钻机机架或钻进动力头滑轨架上的辅助定滑轮或辅助定滑轮组上，安装有防止打捞钢丝绳跳槽的保护装置。
5.根据权利要求1或2所述的油缸倍程推进式海底钻机绳索取心装置，其特征在于：打捞绞车前部设有打捞钢丝绳排缆装置。
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