CN108868612B - 一种海底深孔钻机及其应用方法 - Google Patents

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    • E21B19/143—Racks, ramps, troughs or bins, for holding the lengths of rod singly or connected; Handling between storage place and borehole specially adapted for underwater drilling

Abstract

本发明公开了一种海底深孔钻机及其应用方法，钻机包括相互独立的机架和储管架，机架上安装有底行履带、机械臂、钻进系统和声学系统，储管架用于存放钻杆和/或钻具，机架、底行履带、机械臂、钻进系统和声学系统形成钻机本体。储管架和钻机本体先后下放至海底，钻机本体通过声学系统搜寻储管架位置后底行履带行走至储管架附近，作业过程中机械臂将储管架上的钻杆和/或钻具移运至钻进系统，钻进系统将钻杆和/或钻具连接好后进行钻孔取样工作，同时将收回的钻杆和/或钻具移运至储管架。储管架和钻机本体分别下放至海底，两者的重量和体积都有较大的减小，支持母船的收放机构可支持储管架上放置较多的钻杆和/或钻具，实现大深度深孔的钻探。

Description

一种海底深孔钻机及其应用方法
技术领域
本发明属于海洋矿产资源勘探领域，具体为一种海底深孔钻机及其应用方法。
背景技术
海底钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察的重要技术装备。为了满足不断探索深海资源科学考察的需求，海底岩芯取样钻机钻孔深度越来越深。与海面钻机不同,海底钻机的下放和回收依赖于支持母船的收放机构。
目前的海底钻机为整体式结构，它们的重量和体积都较大，而其重量和体积被收放机构的光电缆承载能力和A型架允许通过空间的限制,成为约束海底钻机向大深度发展的瓶颈。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种可解决大孔深钻机下放时受支持母船收放机构承载能力和A型架允许通过空间限制难题的分体式海底深孔钻机，实现大深度深孔的钻探。
本发明提供的这种海底深孔钻机，包括相互独立的机架和储管架，机架上安装有底行履带、机械臂和钻进系统，储管架用于存放钻杆和/或钻具，机架、底行履带、机械臂和钻进系统形成钻机本体；储管架和钻机本体先后单独下放至海底，钻机本体通过声学系统搜寻储管架位置后通过底行履带行走至储管架附近，作业过程中通过机械臂将储管架上的钻杆和/或钻具移运至钻进系统，钻进系统将钻杆和/或钻具连接好后进行钻孔取样工作，作业过程中通过机械臂将收回的钻杆和/或钻具移运至储管架。
上述技术方案的一种实施方式中，所述机架包括框架体和连接于其下端的底座，所述框架体的前侧为开口结构，所述底行履带有两套，对称连接于底座的左右两侧。
上述技术方案的一种实施方式中，所述机械臂为可前后屈伸、上下俯仰和可360度旋转的多自由度机械臂。
上述技术方案的一种实施方式中，所述机械臂安装于机架底座的前部，其底部有可旋转的安装座，其末端为钻杆夹持机械爪。
上述技术方案的一种实施方式中，所述储管架包括底板、顶框和将两者连为一体的立杆，底板的上侧连接有多孔板。
上述技术方案的一种实施方式中，所述多孔板上均布圆孔，各钻杆分别插入圆孔中，下端通过所述底板支承限位。
上述技术方案的一种实施方式中，所述顶框中心位置处连接有吊环。
本海底深孔钻机存放钻杆和/钻具的储管架和安装有钻进系统、机械臂和底行履带的钻机本体相互独立，所以储管架和钻机本体的重量和体积相较于现有技术的整体式结构都有较大的减小，储管架和钻机本体分别通过支持母船的收放机构和A型架下放至海底，在海底钻机本体与储管架对位后通过机械臂搬运钻杆和/或钻具。储管架单独下放至海底，所以支持母船的收放机构可支持储管架上放置较多的钻杆和/或钻具，从而实现大深度深孔的钻探。
本发明还提供了一种上述海底深孔钻机的应用方法，包括以下步骤：
(1)通过支持母船侧壁吊用钢缆下放所述储管架；
(2)通过支持母船船尾A型架用铠装光电复合缆下放所述钻机本体；
(3)操作钻机本体往储管架偏移方向行驶,通过声学系统搜寻储管架，搜寻过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当放缆；
(4)钻机本体搜寻到储管架后,调整钻机本体至适合抓取钻杆和/或钻具的方位；
(5)开始钻进作业，作业过程中控制机械臂将需要使用的钻杆和/或钻具搬运至钻进系统，并将收回的钻杆/钻具搬运至管架的相应空位；
(6)钻进作业结束后,控制钻机本体驶离储管架适当距离,驶离过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当收缆；
(7)通过支持母船侧壁吊收回储管架；
(8)通过支持母船船尾A型架收回钻机本体。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1中储管架的放大示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种海底深孔钻机，包括相互独立的钻机本体和储管架。
钻机本体包括机架1、钻进系统2、机械臂3、底行履带4、声学系统5。
机架1包括框架体11和其下端的底座12，框架体11的前侧为开口侧。机械臂3安装于底座12上、声学系统5安装于框架11上部。
钻进系统2采用与目前整体式钻机的相同结构，安装于过框架体11重心的竖直线上。
机械臂3为可前后屈伸、上下俯仰和可360度旋转的多自由度机械臂。机械臂3安装于机架1底座12的前部，其底部为可旋转的安装座31，其末端为夹持式机械爪32。
框架体11的前侧设计为开口侧以方便机械臂移运钻杆和/钻具。
底行履带4有两组，对称安装于机架1底座12的左右两侧。
结合图1、图2可以看出，本实施例的储管架7包括矩形底板71、矩形顶框72、立杆73和矩形多孔板74。四根立杆73分别连接于矩形底板71和矩形顶框72的四个角部，矩形多孔板74连接于矩形底板71的上侧。矩形多孔板74上布置有多排孔径略大于钻杆/钻具8直径的圆孔，各钻杆/钻具8分别插入圆孔中通过矩形底板71支承限位。矩形顶框72的中间位置处固定有吊环721。矩形多孔板74相当于钻杆/钻具的扶正盘。
本分体式海底深孔钻机的作业流程为：
(1)将钻杆和/或钻具置于储管架上的各圆孔内，通过支持母船侧壁吊用钢缆下放储管架；
(2)通过支持母船船尾A型架用铠装光电复合缆下放钻机本体；
(3)操作钻机本体往储管架偏移方向行驶,通过声学系统搜寻储管架，搜寻过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当放缆，确保钻机本体在搜寻过程中铠装光电复合缆不会给钻机本体造成过大侧向力；
(4)钻机本体搜寻到储管架后,调整钻机本体至适合抓取钻杆和/或钻具的方位；
(5)开始钻进作业，作业过程中控制钻机本体的机械臂将需要使用的钻杆和/或钻具搬运至钻进系统，并将收回的钻杆和/或钻具搬运至储管架的相应空位；
(6)钻进作业结束后,操作钻机本体驶离储管架适当距离,驶离过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当收缆,以免复合缆过长而发生卷曲缠绕；
(7)通过支持母船侧壁吊收回储管架；
(8)通过支持母船船尾A型架收回钻机本体。
本钻机本体上还安装有测控系统6和动力系统9，钻机钻进过程中通过测控系统进行监测和控制。动力系统为钻进系统、底行履带及机械臂提供动力。本发明的测控系统和动力系统参照目前整体式海底钻机的测控系统和动力系统进行适当改进即可。

Claims (6)

1.一种海底深孔钻机，包括钻进系统，其特征在于：它还包括相互独立的机架和储管架，机架上安装有底行履带、机械臂和所述钻进系统，储管架用于存放钻杆和/或钻具，机架、底行履带、机械臂和钻进系统形成钻机本体；储管架和钻机本体先后单独下放至海底，钻机本体通过声学系统搜寻储管架位置后通过底行履带行走至储管架附近，作业过程中通过机械臂将储管架上的钻杆和/或钻具移运至钻进系统，钻进系统将钻杆和/或钻具连接好后进行取样钻孔工作，作业过程中通过机械臂将收回的钻杆和/或钻具移运至储管架；所述机架包括框架体和连接于其下端的底座，所述框架体的前侧为开口结构，所述底行履带有两套，对称连接于底座的左右两侧；所述储管架包括底板、顶框和将两者连为一体的立杆，底板的上侧连接有多孔板。
2.如权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于：所述机械臂为可前后屈伸、上下俯仰和可360度旋转的多自由度机械臂。
3.如权利要求2所述的海底深孔钻机，其特征在于：所述机械臂安装于机架底座的前部，机械臂的底部为可旋转的安装座，末端为夹持式机械爪。
4.如权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于：所述多孔板上均布圆孔，各钻杆分别插入圆孔中，下端通过所述底板支承限位。
5.如权利要求1所述的海底深孔钻机，其特征在于：所述顶框中心位置处连接有吊环。
6.一种权利要求1所述的海底深孔钻机的应用方法，包括以下步骤：
（1）通过支持母船侧壁吊用钢缆下放所述储管架；
（2）通过支持母船船尾A型架用铠装光电复合缆下放所述钻机本体；
（3）操作钻机本体往储管架偏移方向行驶,通过声学系统搜寻储管架，搜寻过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当放缆；
（4）钻机本体搜寻到储管架后,调整钻机本体至适合抓取钻杆和/或钻具的方位；
（5）开始钻进作业，作业过程中控制机械臂将需要使用的钻杆和/或钻具搬运至钻进系统，并将收回的钻杆/钻具搬运至管架的相应空位；
（6）钻进作业结束后,控制钻机本体驶离储管架适当距离,驶离过程中根据铠装光电复合缆的张力变化适当收缆；
（7）通过支持母船侧壁吊收回储管架；
（8）通过支持母船船尾A型架收回钻机本体。
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