CN110578486A - 钻探取芯装置及其方法、海上浮动平台 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种钻探取芯装置及其方法、海上浮动平台。该海上浮动平台包括该钻探取芯装置。该钻探取芯装置包括钻台、井架、游车、悬挂在所述游车上的顶驱、用于提升和下放所述游车和所述顶驱的升降绞车、连接在所述顶驱上的钻杆以及取芯绞车，所述游车和所述顶驱均具有能够容纳取芯桶通过的中心通孔，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔同心设置，所述取芯绞车的钢缆从上到下依次穿过所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔，且所述钢缆带有打捞设备的末端深入所述钻杆的底端，以连接取芯桶。本发明的钻探取芯装置及其方法、海上浮动平台节省了大量的人力和人工成本，提高了作业能力和效率。

Description

钻探取芯装置及其方法、海上浮动平台

技术领域

本发明涉及船舶和海洋工程领域，特别涉及一种钻探取芯装置及其方法、海上浮动平台。

背景技术

目前深海科学研究领域已经成为主要发达国家的竞技场，拥有深海科学勘探能力是实现深海科学研究突破的核心和基础。此外，海洋地质和矿产资源信息是维护海洋权益和支撑国际规则制定的重要基础数据。海底地质钻探取芯是获取海洋地质和矿产资源信息最直接最有效的方式，

当前海底地质钻探取芯方式有提钻取芯和绳索取芯。提钻取芯是指通过提升钻杆回收取芯桶，即将钻杆整体向上提升，当钻杆的底端上升至最高处时，位于钻杆底端的取芯桶也回到水面作业平台上。绳索取芯指通过绳索将海底钻杆内的取芯桶拉到水面作业平台上。由于绳索取芯是通过提升绳索来提升取芯桶而不需要提升钻杆，因此绳索取芯较提钻取芯作业的效率显著提高，同时还降低作业平台能耗及人力成本，具备良好的经济性。

在绳索取芯方式中，顶驱与钻杆需脱扣后才能向钻杆内下放取芯钢缆，并且回收取芯桶时，取芯桶也在顶驱与钻杆脱扣的状态下通过绳索从钻杆的中心通孔内向上提升，直至提出钻杆。当需多次取芯作业时，则需反复将顶驱与钻杆脱钩再连接，耗费大量的人力和人工成本，作业能力和效率低。

发明内容

为了解决相关技术中通过顶驱和钻杆脱扣方式回收取芯桶存在人力和人工成本高、作业能力和效率低的问题，本发明提供了一种钻探取芯装置。

本发明另提供一种具有上钻探取芯装置的海上浮动平台。

本发明又提供一种钻探取芯方法。

本发明提供一种钻探取芯装置，包括钻台、井架、游车、悬挂在所述游车上的顶驱、用于提升和下放所述游车和所述顶驱的升降绞车、连接在所述顶驱上的钻杆以及取芯绞车，所述游车和所述顶驱均具有能够容纳取芯桶通过的中心通孔，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔同心设置，所述取芯绞车的钢缆从上到下依次穿过所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔，且所述钢缆带有打捞设备的末端深入所述钻杆的底端，以连接取芯桶。

进一步，所述游车的中心通孔从所述游车的顶部贯穿到所述游车的底部，所述顶驱的中心通孔从所述顶驱的顶部贯穿到所述顶驱的底部，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔的直径相同，所述直径大于或等于104mm。

进一步，所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔上下对齐，且所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔的中心轴位于同一直线。

进一步，所述取芯绞车安装在所述井架上或所述钻台上。

进一步，所述钻探取芯装置还包括靠近所述井架顶部设置的导向滑轮，所述导向滑轮用于将所述取芯绞车的钢缆引向所述游车和所述顶驱的中心通孔。

进一步，所述升降绞车包括主动升降补偿系统，所述主动升降补偿系统包括驱动电机和用于检测海上浮动平台相对运动的传感器以及与所述驱动电机、所述传感器电连接的控制单元，所述控制单元根据所述传感器的检测结果控制所述驱动电机下放或提升所述升降绞车的钢缆，以补偿海平面上升或下降时所述钻杆随海上浮动平台上浮或下降的高度，保持恒定钻压。

进一步，所述降绞车设置在所述钻台上，所述升降绞车的钢缆从所述钻台处向上延伸至设置在所述井架的顶部其中一侧的第一滑轮组上，并通过所述第一滑轮组向下延伸而连接所述游车，经过所述游车后向上延伸并缠绕至天车，然后延伸至设置所述井架的顶部另一侧的第二滑轮组上，经过所述第二滑轮组后向下延伸至所述钻台的死绳锚上，并固定在所述钻台的死绳锚上；

所述升降绞车通过下放或回收钢缆带动所述游车和所述顶驱沿所述井架的高度方向上下移动。

进一步，所述顶驱在位于所述顶驱的中心通孔的顶部设置有密封阀组，所述密封阀组设置有供所述取芯绞车的钢缆穿过的开孔，所述密封阀组用于密封所述顶驱的中心通孔的顶部，确保所述顶驱内保持预定的钻井液循环压力。。

进一步，所述钻探取芯装置还包括设置在所述钻台上的转盘，所述转盘具有中心开孔用于供所述钻杆穿过，所述转盘及其附件用于悬挂所述钻杆。

本发明提供一种海上浮动平台，包括上述的钻探取芯装置。

本发明又一种钻探取芯方法，包括：

钢缆穿引过程：将取芯绞车的钢缆依次穿过位于井架顶部的导向滑轮、游车的中心通孔、顶驱的中心通孔和钻杆的中心通孔，并深入所述钻杆的底端；

取芯桶打捞过程：使深入所述钻杆底端的钢缆上的打捞设备打捞取芯桶；

取芯桶回收过程：打捞到所述取芯桶后，使所述取芯绞车回收钢缆并提升所述取芯桶；

其中，在所述取芯绞车回收钢缆并提升所述取芯桶的过程中时，当取芯桶出现卡滞时，所述顶驱直接驱动所述钻杆旋转或提升所述钻杆，所述钻杆带动所述取芯桶旋转或提升，解除所述取芯桶的卡滞。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种钻探取芯装置，该钻探取芯装置包括钻台、井架、游车、悬挂在所述游车上的顶驱、用于提升和下放所述游车和所述顶驱的升降绞车、连接在所述顶驱上的钻杆以及取芯绞车，所述游车和所述顶驱均具有能够容纳取芯桶通过的中心通孔，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔同心设置，所述取芯绞车的钢缆从上到下依次穿过所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔，且所述钢缆带有打捞设备的的末端深入所述钻杆的底端，以连接取芯桶。本发明的钻探取芯装置通过在游车和顶驱上设置能够容纳取芯桶的中心通孔，使得钢缆在回收取芯桶时，取芯桶能够从钻杆的中心通孔中直接进入游车和顶驱的中心通孔，进一步向上提升回收，而不需将顶驱和钻杆脱钩后在进行回收，避免了顶驱和钻杆脱钩的繁重操作，特别是在多次取芯作业中，节省了大量的人力和人工成本，提高了作业效率。

本发明的海上浮动平台采用上述的钻探取芯装置节省了大量的人力和人工成本，提高了作业能力和效率。

本发明的钻探取芯方法包括钢缆穿引过程、取芯桶打捞过程和取芯桶回收过程过程，取芯桶可直接通过顶驱的中心通孔和游车的中心通孔进行回收，而不必将顶驱和钻杆脱钩，降低了人力和人工成本，提高了作业效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明钻探取芯装置侧面示意图。

图2是本发明钻探取芯装置正面示意图。

图3是游车和顶驱的结构示意图。

图4是钻探取芯方法的流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明提供一种海上浮动平台，该海上浮动平台包括机舱区、生活区和钻井区等多个区，不同区具有不同的功能。本发明重点保护的是海上浮动平台的钻探取芯装置，该钻探取芯装置可位于所述海上浮动平台的钻井区。

具体的，结合图1和图2所示，该钻探取芯装置10包括钻台11、井架12、游车13、顶驱14、取芯绞车15、钻杆16和用于提升和下放游车13和顶驱14的升降绞车17。

钻台11用于承载井架12，其通常设置在海上浮动平台月池的正上方。

井架12设置在钻台11上，井架12主要由工字钢横梁、角钢斜撑及桁梁等组成。

升降绞车17设置在钻台11上，升降绞车17的钢缆171从钻台11处向上延伸至设置在井架12的顶部其中一侧的第一滑轮组172上，并通过第一滑轮组172向下延伸以连接游车13，经过游车13后向上延伸并缠绕至天车174，然后延伸至至设置井架12的顶部另一侧的第二滑轮组172上，经过第二滑轮组172后向下延伸至钻台11的死绳锚175，并将钢缆171的末端固定在钻台11的死绳锚175上。升降绞车17通过下放或回收钢缆171带动游车13和顶驱14沿井架的高度方向上下移动。

该升降绞车17包括主动升降补偿系统(未图示)，主动升降补偿系统包括驱动电机和用于检测海上浮动平台相对运动的传感器以及与驱动电机、传感器电连接的控制单元，该控制单元根据传感器的检测结果控制驱动电机下放或提升述升降绞车17的钢缆171，以补偿海平面上升或下降时钻杆16随海上浮动平台上浮或下降的高度，保持恒定钻压。例如，若传感器检测到海平面高度上升了，即承载钻探取芯装置的海上浮动平台上升了，控制单元根据传感器的检测结果控制驱动电机下放钢缆171，使钻杆16下降，避免由于海平面上升，而导致钻杆16被抬升；又例如，若传感器检测到海平面高度下降了，即承载钻探取芯装置的海上浮动平台高度下降了，控制单元根据传感器的检测结果控制驱动电机拉升钢缆171，使钻杆16上升，避免由于海平面下降，而导致钻杆16被下压。由此，补偿海平面上升或下降时钻杆16随海上浮动平台上浮或下降的高度。

结合图3所示，游车13具有一挂钩131，该挂钩131用于悬挂顶驱14。顶驱14和游车13分别具有能够容纳取芯桶通过的中心通孔141和中心通孔132。游车13的中心通孔132从游车的顶部贯穿到游车13的底部，顶驱14的中心通孔从顶驱14的顶部贯穿到顶驱14的底部，中心通孔141和中心通孔132相对齐且同心设置。在一具体实施例中，中心通孔141直径和中心通孔132的直径大小相同，该直径大于或等于104mm。

游车13的中心通孔和顶驱14的中心通孔的中心轴均与钻杆16的中心通孔的中心轴位于同一直线，即三者同心设置。

此外，顶驱14在位于其中心通孔的顶部设置有密封阀组，该密封阀组设置有供取芯绞车15的钢缆151穿过的开孔。该密封阀组用于顶驱14的中心通孔的顶部，确保顶驱内保持预定的钻井液循环压力。在一具体实施例中，该预定的钻井液循环压力大致为500psi。该密封阀组用于防止井下二次生产物堵塞井下钻具组合，再次取芯作业时无法建立钻井液循环。

取芯绞车15大致设置在井架12的中间位置，取芯绞车15设置在井架12上，减少占地空间，有利于船体的紧凑性布局。取芯绞车15的钢缆151从该取芯绞车15处向上延伸至靠近井架12顶部设置的导向滑轮152处，钢缆151绕过该导向滑轮152后，该导向滑轮152帮助钢缆151引向游车13和顶驱14，使得钢缆151从上到下依次穿过游车13的中心通孔132、顶驱14的中心通孔141和钻杆16的中心通孔，最终使得钢缆151的末端到达钻杆16的底端，以打捞取芯桶。取芯桶的作用主要是获取岩石样本，以了解海底层地质情况。取芯桶连接在钻杆接近钻头的底端，取芯切割头切割进入地层后，可用取芯桶连续取芯(取岩石样本)。

取芯绞车15可为双滚筒电驱绞车，两个滚筒的容绳量可为一致。

在另一实施例中，取芯绞车15也可设置在钻台11上。

钢缆15深入钻杆16的末端设置有打捞取芯桶的打捞设备(未图示)，通过该打捞设备使取芯绞车15的钢缆151与取芯桶连接。钢缆15与取芯桶连接后，取芯绞车15回收钢缆151，装有海底层岩石采样品的取芯桶在钢缆151的拉动下，依次通过钻杆16的中心通孔、顶驱14的中心通孔和游车13的中心通孔，最后下放到钻台10上。由于在游车13和顶驱14上设置能够容纳取芯桶的中心通孔，使得钢缆151在回收取芯桶时，取芯桶能够从钻杆16的中心通孔中直接进入游车13和顶驱14的中心通孔，进一步向上提升回收，而不需将顶驱和钻杆脱钩后再进行下放钢缆151回收取芯桶，避免了顶驱和钻杆脱扣和上扣的繁重操作，特别是在多次取芯作业中，节省了大量的人力和人工成本，提高了作业效率。

在取芯绞车15通过钢缆151提升取芯桶的过程中，若产生取芯桶卡滞，顶驱14直接驱动钻杆16旋转或提升钻杆16，钻杆16带动取芯桶旋转或提升，使取芯桶转过一个角度，绕过卡位，解除取芯桶的卡滞。与传统需要顶驱和钻杆脱扣后，利用备钳才能驱动钻杆旋转的方式相比，本发明不需要将顶驱和钻杆脱扣，一直保持顶驱和钻杆处于连接的状态，直接旋转钻杆即可。如此，节省了大量的人力和人力成本，提高了作业效率。

钻探取芯装置10还包括设置在钻台11上的转盘19。该转盘19具有中心开孔，钻杆16通过该中心开孔伸入至海底。当钻杆16不工作时，悬挂在转盘19及其附件上。

钻杆16的底端安装有钻头，在进行钻井作业时，顶驱14驱动钻杆16旋转，使钻头进行钻井作业。

本发明另提供一种海上浮动平台，该海上浮动平台包括上述的钻探取芯装置。

本发明另提供一种钻探取芯方法，结合图4所示，具体包括：

步骤S1，钢缆穿引过程：将取芯绞车的钢缆依次穿过位于井架顶部的导向滑轮、游车的中心通孔、顶驱的中心通孔和钻杆的中心通孔，并深入钻杆的底端穿出。

钢缆由取芯绞车处延伸至顶部的导向滑轮后，向下依次穿过游车、顶驱和钻杆，最终深入钻杆的底端。游车的中心通孔、顶驱的中心通孔和钻杆的中心通孔三者在井架的高度方向上对齐，且游车的中心通孔、顶驱的中心通孔和钻杆的中心通孔的中心轴位于同一直线，即三者同心设置。

导向滑轮设置在井架的合适位置，用于引导钢缆的穿引作业。在穿引作业过程中，合理控制钢缆下放速度，避免钢缆被弯曲卡住。

步骤S2，取芯桶打捞过程：使深入钻杆底端的钢缆上的打捞设备打捞取芯桶。

步骤S3，取芯桶回收过程：打捞到所述取芯桶后，使所述取芯绞车回收钢缆并提升所述取芯桶，所述取芯桶依次通过所述钻杆的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述游车的中心通孔向上回收。

在回收钢缆时，以注意回收速度，防止速度过快取芯桶被卡住。

若在取芯绞车回收钢缆以提升取芯桶的过程中时，当取芯桶出现卡滞时，顶驱直接驱动钻杆旋转或提升钻杆，钻杆带动取芯桶旋转或提升，使取芯桶转过一定的角度，绕过卡位，藉此，解除取芯桶的卡滞。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种钻探取芯装置，其特征在于，包括钻台、井架、游车、悬挂在所述游车上的顶驱、用于提升和下放所述游车和所述顶驱的升降绞车、连接在所述顶驱上的钻杆以及取芯绞车，所述游车和所述顶驱均具有能够容纳取芯桶通过的中心通孔，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔同心设置，所述取芯绞车的钢缆从上到下依次穿过所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔，且所述钢缆带有打捞设备的末端深入所述钻杆的底端，以连接取芯桶。

2.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述游车的中心通孔从所述游车的顶部贯穿到所述游车的底部，所述顶驱的中心通孔从所述顶驱的顶部贯穿到所述顶驱的底部，所述游车的中心通孔和所述顶驱的中心通孔的直径相同，所述直径大于或等于104mm。

3.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔上下对齐，且所述游车的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述钻杆的中心通孔的中心轴位于同一直线。

4.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述取芯绞车安装在所述井架上或所述钻台上。

5.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述钻探取芯装置还包括靠近所述井架顶部设置的导向滑轮，所述导向滑轮用于将所述取芯绞车的钢缆引向所述游车和所述顶驱的中心通孔。

6.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述升降绞车包括主动升降补偿系统，所述主动升降补偿系统包括驱动电机、用于检测海上浮动平台相对运动的传感器以及与所述驱动电机、所述传感器电连接的控制单元，所述控制单元根据所述传感器的检测结果控制所述驱动电机下放或提升所述升降绞车的钢缆，以补偿海平面上升或下降时所述钻杆随海上浮动平台上浮或下降的高度，保持恒定钻压。

7.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述升降绞车设置在所述钻台上，所述升降绞车的钢缆从所述钻台处向上延伸至设置在所述井架的顶部其中一侧的第一滑轮组上，并通过所述第一滑轮组向下延伸而连接所述游车，经过所述游车后向上延伸并缠绕至天车，然后延伸至设置所述井架的顶部另一侧的第二滑轮组上，经过所述第二滑轮组后向下延伸至所述钻台的死绳锚上，并固定在所述钻台的死绳锚上；

所述升降绞车通过下放或回收钢缆带动所述游车和所述顶驱沿所述井架的高度方向上下移动。

8.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述顶驱在位于所述顶驱的中心通孔的顶部设置有密封阀组，所述密封阀组设置有供所述取芯绞车的钢缆穿过的开孔，所述密封阀组用于所述顶驱的中心通孔的顶部，确保所述顶驱内保持预定的钻井液循环压力。

9.根据权利要求1所述的钻探取芯装置，其特征在于，所述钻探取芯装置还包括设置在所述钻台上的转盘，所述转盘具有中心开孔用于供所述钻杆穿过，所述转盘及其附件用于悬挂所述钻杆。

10.一种海上浮动平台，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的钻探取芯装置。

11.一种钻探取芯方法，其特征在于，包括：

钢缆穿引过程：将取芯绞车的钢缆依次穿过位于井架顶部的导向滑轮、游车的中心通孔、顶驱的中心通孔和钻杆的中心通孔，并深入所述钻杆的底端；

取芯桶打捞过程：使深入所述钻杆底端的钢缆上的打捞设备打捞取芯桶；

取芯桶回收过程：打捞到所述取芯桶后，使所述取芯绞车回收钢缆并提升所述取芯桶，所述取芯桶依次通过所述钻杆的中心通孔、所述顶驱的中心通孔和所述游车的中心通孔向上回收；

其中，在所述取芯绞车回收钢缆并提升所述取芯桶的过程中时，当取芯桶出现卡滞时，所述顶驱直接驱动所述钻杆旋转或提升所述钻杆，所述钻杆带动所述取芯桶旋转或提升，解除所述取芯桶的卡滞。