CN109826579B - 一种海底钻机绳索取芯打捞系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底钻机绳索取芯打捞系统及方法，它包括绞车、打捞绳、动力头框架和打捞器；打捞器包括外套、塞盖、芯轴、弹簧和打捞钩，外套的两端均为开口，塞盖装配于外套顶端开口内，芯轴的中部设有轴肩、底端设有能够卡入打捞钩内的锥头，芯轴的顶端穿过塞盖伸至外套上，弹簧套于芯轴外、位于塞盖与轴肩之间，打捞钩装配于外壳的底端；动力框架上设有通孔，通孔孔径介于芯轴外径与塞盖外径之间，绞车装配于动力头框架上，打捞绳的顶端与绞车相连、底端穿过通孔后与芯轴的顶端相连。岩芯管捞取、提升和释放只需通过控制绞车处于不同的状态即可，而无需进行额外的人工干预，便于进行遥控操作，能够很好地适应海底取芯。

Description

一种海底钻机绳索取芯打捞系统及方法

技术领域

本发明属于钻机绳索取芯领域，特别是涉及一种海底钻机绳索取芯打捞系统及方法。

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。相对于提钻取芯，绳索取芯回收岩芯只需要绞车提升绳索附加长度所需的少量时间，无需频繁起下钻，因而可以提高取芯的效率，且钻孔深度越深，其节约时间的优势越明显。绳索打捞系统是绳索取芯的核心机构。海底钻机由于其工作的海底环境的特殊性，只能通过光电缆远程操控的方式实施作业，目前陆地上成熟的绳索打捞系统由于其结构不够紧凑且需要人工手动操作等问题，无法应用于海底钻机。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种结构紧凑且便于遥控操作的海底钻机绳索取芯打捞系统及方法。

本发明提供的这种海底钻机绳索取芯打捞系统，它包括绞车、打捞绳、动力头框架和打捞器；打捞器包括外套、塞盖、芯轴、弹簧和打捞钩，外套的两端均为开口，塞盖装配于外套顶端开口内，芯轴的中部设有轴肩、底端设有能够卡入打捞钩内的锥头，芯轴的顶端穿过塞盖伸至外套上，弹簧套于芯轴外、位于塞盖与轴肩之间，打捞钩装配于外壳的底端；动力框架上设有通孔，通孔孔径介于芯轴外径与塞盖外径之间，绞车装配于动力头框架上，打捞绳的顶端与绞车相连、底端穿过通孔后与芯轴的顶端相连。

在一个具体实施方式中，使所述外套为圆柱型整体套，包括小径段、圆锥段和大径段，圆锥段和大径段上设有一对对称布置的开口，大径段的外壁上设有一对同轴布置的定位孔，两定位孔的中心轴与开口垂直；所述塞盖可拆卸连接于小径段的顶端。

作为优选，使所述打捞钩包括定位销和一对钩体；钩体的中部设有安装孔，钩体的两端设有关于安装孔对称布置的钩头，一对钩体通过安装孔装配于定位销上呈X型布置，钩体与定位销之间设有复位弹簧，同侧的两钩头分别围成上卡口和下卡口；打捞钩通过定位销穿过所述定位孔装配于所述外套下。

作为优选，使所述锥头从上往下依次为小径头、锥面、大径头和导向头，小径头的直径小于卡口的口径，大径头的直径大于卡口的口径。

为了提高连接稳定性，使所述芯轴为整体件，其顶部外壁设有用于连接打捞绳的中心孔。

在一个具体实施方式中，使所述动力头框架包括顶板，所述通孔位于顶板的中心位置处。

相配套的，使所述绞车包括卷筒、离合器、动力机构和导向机构；离合器设置于动力机构与卷筒之间，导向机构设置于卷筒下；打捞绳绕于卷筒外、一端与卷筒相连、另一端通过导向机构后与所述芯轴相连。

本发明还提供了一种海底钻机绳索取芯打捞方法，该方法利用上述打捞系统为工具进行，包括以下步骤：

步骤一、捞取岩芯管，控制绞车中的电磁离合器断开，使打捞器自由下落，锥头伸入打捞钩内，使打捞钩勾住岩芯管顶端的矛头；

步骤二、提升岩芯管，控制绞车中的电磁离合器吸合,同时绞车收绳，通过打捞绳提升打捞器和岩芯管，直至打捞器顶端与动力头框架接触；

步骤三、释放岩芯管，控制绞车继续收绳，动力头框架限制外套的轴向自由度，芯轴继续上行压缩弹簧，锥头上行挤开打捞钩，矛头自打捞钩内脱离。

本发明将绞车装配于动力头框架上，打捞绳的顶端与绞车相连、底端穿过通过后与芯轴的顶端相连，整个结构紧凑。在投入使用时先控制绞车中的电磁离合器断开，使打捞器自由下落捞取岩芯管，此时锥头伸入打捞钩内，打捞钩勾住岩芯管顶端的矛头；然后控制绞车收绳提升岩芯管，直至打捞器顶端与动力头框架接触；控制绞车继续收绳，此时动力头框架限制外套的轴向自由度，芯轴继续上行压缩弹簧，锥头上行挤开打捞钩，矛头自打捞钩内脱离，释放岩芯管；岩芯管捞取、提升和释放只需通过控制绞车处于不同的状态即可，而无需进行额外的人工干预，便于进行遥控操作，能够很好的适用于海底取芯。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的轴测示意图。

图2为本实施例中打捞器的剖视放大示意图。(打捞器捞取岩芯管状态)

图3为打捞器的外套的轴测放大示意图。

图4为本优选实施例打捞器释放岩芯管时状态示意图。

图示序号：

1—绞车，11—卷筒，12—导向机构，13—离合器，14—动力机构；

2—打捞绳；

3—动力头框架；

4—打捞器，

41—外套、411—开口、412—定位孔，

42—塞盖，

43—芯轴、431—锥头、A—小径头、B—锥面、C—大径头、D—导向头，

44—弹簧，

45—打捞钩、451—定位销、452—钩体、453—扭簧；

5—岩芯管，51—矛头。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的这种海底钻机绳索取芯打捞系统，它包括绞车1、打捞绳2、动力头框架3和打捞器4。

绞车1包括卷筒11、导向机构12、离合器13和动力机构14；离合器13为电磁离合器，动力机构14选用为减速水下电机或液压马达，电磁离合器设置于动力机构14与卷筒11之间，用于控制动力机构14输出的力矩是否传递至卷筒上，当电磁离合器吸合时动力机构输入动力带动卷筒转动，当动力机构不工作时，则由电磁离合器保持卷筒处于锁止状态，导向机构12设置于卷筒的下方，打捞绳2的顶端与卷筒相连、底端穿过导向机构、动力头框架后与打捞器4相连。

动力框架3包括顶板，顶板的中心设有通孔，通孔的孔径介于芯轴外径与塞盖外径之间。

如图2所示，打捞器4包括外套41、塞盖42、芯轴43、弹簧44和打捞钩45。如图3所示，外套41为圆柱型整体套，包括小径段、圆锥段和大径段，圆锥段和大径段上设有一对对称布置的开口411，大径段的外壁上设有同轴布置的定位孔412，两定位孔的中心轴与开口垂直。塞盖42可拆卸连接于小径段的顶端。芯轴43为整体件，其中部设有轴肩将之分隔为上部的小径段和下部的大径段，小径段的外壁设有环形凹槽，以便与打捞绳2相连；大径段的底端有锥头431，锥头431从上往下依次为小径头A、锥面B、大径头C和导向头D，小径头的直径小于卡口的口径，大径头的直径大于卡口的口径。弹簧44套于小径头外，一端与大径头的端面接触，另一端与塞盖接触以实现芯轴的复位。如图2所示，打捞钩45包括定位销451、钩体452和扭簧453；钩体的中部设有安装孔，钩体的两端设有关于安装孔对称布置的钩头，一对钩体通过安装孔装配于定位销上呈X型布置，钩体与定位销之间设有扭簧用作复位，同侧的两钩头分别围成上卡口和下卡口；打捞钩置于外套的开口内，使定位销装配于定位孔中。

本实施例投入使用后，在捞取岩芯管状态下，如图2所示，打捞器外套轴向顶端无约束，打捞器为自由悬挂状态，打捞绳的张力主要来自打捞器及岩芯管5的重力，该张力无法克服芯轴复位弹簧44的初始复位力，芯轴在芯轴复位弹簧作用下处于最下方位置，此时锥头完全进入打捞钩内，打捞钩钩体与芯轴锥头的接触位置为其小径头A处，在打捞钩复位弹簧的作用下处于收紧状态，捞住岩芯管上部的矛头51。

释放岩芯管状态下，如图4所示，此时打捞器外套上端接触动力头框架，其向上的行程受到动力头框架的约束，此时动力机构继续工作，收拢打捞绳，打捞绳的张力增加，直至其张力克服芯轴复位弹簧44的初始复位力，拉动打捞器芯轴相对外套上行，上行过程中芯轴锥头的锥面B推动打捞钩的钩体打开，同时芯轴上行过程中持续压缩复位弹簧，弹簧复位力持续增大，直至其复位力与打捞绳的张力平衡，此时打捞器芯轴已上行至其最上方位置，芯轴锥头的大径头C与钩体接触，迫使打捞钩钩体持续处于打开状态，使岩芯管上部的矛头与打捞钩钩体脱开，得以释放岩芯管。

岩芯管与打捞钩钩体脱开后，释放打捞绳的张力，芯轴在芯轴复位弹簧复位力下相对外套下行，导向头D的设置便于锥头进入打捞钩内，芯轴的锥头下行至小径头A与打捞钩钩体接触，钩体在扭簧的作用下收紧。

本发明提供的利用上述打捞系统为工具进行的打捞方法，包括以下步骤：

步骤一、捞取岩芯管，控制绞车中的电磁离合器断开，使卷筒与动力机构脱离，打捞器自由下落，锥头运动至其小径头进入打捞钩内，使打捞钩勾住岩芯管顶端的矛头；

步骤二、提升岩芯管，控制电磁离合器吸合，动力机构通过离合器带动卷筒转动，卷筒转动收拢打捞绳，通过打捞绳提升打捞器和岩芯管，直至打捞器进入动力头框架内，打捞器的顶端与动力头框架顶板接触；

步骤三、释放岩芯管，控制绞车继续收绳，动力头框架限制打捞器外套的轴向自由度，而芯轴能够从顶板通孔中穿过继续上行，并压缩弹簧，此时锥头上行，其锥面挤开打捞钩，直至大径头与钩体接触，使打捞钩处于张开状态，此时矛头自打捞钩内脱离。

本实施例在投入使用后只需通过控制电磁离合器的断开、吸合，并控制动力机构是否工作，即控制绞车处于不同的工作状态即可完成岩芯管的捞取、提升和释放，而无需进行额外的人工干预，便于进行遥控操作，能够很好的适用于海底取芯。

Claims (4)

1.一种海底钻机绳索取芯打捞方法，其特征在于：该方法采用的打捞系统包括绞车、打捞绳、动力头框架和打捞器；

打捞器包括外套、塞盖、芯轴、弹簧和打捞钩，外套的两端均为开口，塞盖装配于外套顶端开口内，芯轴的中部设有轴肩、底端设有能够卡入打捞钩内的锥头，芯轴的顶端穿过塞盖伸至外套上，弹簧套于芯轴外、位于塞盖与轴肩之间，打捞钩装配于外壳的底端；

动力头框架上设有通孔，通孔孔径介于芯轴外径与塞盖外径之间，绞车装配于动力头框架上，打捞绳的顶端与绞车相连、底端穿过通孔后与芯轴的顶端相连；

所述外套为圆柱型整体套，包括小径段、圆锥段和大径段，圆锥段和大径段上设有一对对称布置的开口，大径段的外壁上设有一对同轴布置的定位孔，两定位孔的中心轴与开口垂直；所述塞盖可拆卸连接于小径段的顶端；

所述打捞钩包括定位销和一对钩体；钩体的中部设有安装孔，钩体的两端设有关于安装孔对称布置的钩头，一对钩体通过安装孔装配于定位销上呈 X 型布置，钩体与定位销之间设有复位弹簧，同侧的两钩头分别围成上卡口和下卡口；打捞钩通过定位销穿过所述定位孔装配于所述外套下；

所述锥头从上往下依次为小径头、锥面、大径头和导向头，小径头的直径小于卡口的口径，大径头的直径大于卡口的口径；

打捞步骤如下：

步骤一、捞取岩芯管，控制绞车中的电磁离合器断开，使打捞器自由下落，锥头伸入打捞钩内，使打捞钩勾住岩芯管顶端的矛头；

步骤二、提升岩芯管，控制绞车中的电磁离合器吸合，同时绞车收绳,通过打捞绳提升打捞器和岩芯管，直至打捞器顶端与动力头框架接触；

步骤三、释放岩芯管，控制绞车继续收绳，动力头框架限制外套的轴向自由度，芯轴继续上行压缩弹簧，锥头上行挤开打捞钩，矛头自打捞钩内脱离。

2.如权利要求 1 所述的海底钻机绳索取芯打捞方法，其特征在于：所述芯轴为整体件，其顶部外壁设有用于连接打捞绳的中心孔。

3.如权利要求 1 所述的海底钻机绳索取芯打捞方法，其特征在于：所述动力头框架包括顶板，所述通孔位于顶板的中心位置处。

4.如权利要求 3 所述的海底钻机绳索取芯打捞方法，其特征在于：所述绞车包括卷筒、离合器、动力机构和导向机构；离合器设置于动力机构与卷筒之间，导向机构设置于卷筒下；打捞绳绕于卷筒外、一端与卷筒相连、另一端通过导向机构后与所述芯轴相连。