CN113776877A - 一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法，包括取样座，通过其顶部固定的所述连接头与船体海底释放器连接，所述取样座外侧的顶部圆周固定有增加重力的配重块，且取样座内嵌入式安装有控制器和液压缸；钻探座，固定于所述液压缸的输出端，所述钻探座位于活动槽内，所述钻探座内嵌入式安装有电机；平衡组件，所述平衡组件包括主杆、支撑杆和支撑块，所述主杆轴连接于取样座外侧的底部，所述主杆与取样座之间、支撑杆与支撑块之间均固定有用于提供弹性力的第二弹簧。该深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法，可以保持整体平衡取样，同时可以实现内外无干扰取样，提高取样效率。

Description

一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法

技术领域

本发明涉及钻探取样技术领域，具体为一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法。

背景技术

石油是人们不可或缺的不可再生资源，随着陆地石油的开发，存储量日益减少，在深海中进行石油的开发具有重要的战略意义，在石油开发之前，需要采用钻探取样装置进行取样分析，寻找石油存储位置，公开号为（CN111535745A）中涉及到一种双螺旋式深海地层自主钻探机器人，包括钻进机构、密封壳体、螺旋导排屑机构、推进机构及尾部控制舱...钻杆前端通过钻铤和钻头相连，钻头中间开孔，实现稳定钻探，但该双螺旋式深海地层自主钻探机器人在使用时存在以下问题：

由于海洋地面存在崎岖不平的情况，在进行着陆时，该双螺旋式深海地层自主钻探机器人，不方便保持自身稳定，在遇到倾斜或者崎岖地面时，容易发生倾倒，影响钻探的正常进行，同时海底存在大量动植物以及暗流，该双螺旋式深海地层自主钻探机器人，不方便进行无干扰钻探取样，存在于地面的动植物和暗流，容易影响样品的完整取样，同时暗流也容易将钻探的样品冲走。

针对上述问题，急需在原有钻探取样装置的基础上进行创新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法，以解决上述背景技术提出现有的钻探取样装置，不方便保持自身稳定，同时不方便进行无干扰钻探取样的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法，包括：

取样座，通过其顶部固定的所述连接头与船体海底释放器连接，所述取样座外侧的顶部圆周固定有增加重力的配重块，且取样座内嵌入式安装有控制器和液压缸；

钻探座，固定于所述液压缸的输出端，所述钻探座位于活动槽内，且活动槽开设于取样座的底部，并且钻探座的外侧固定有齿块，所述钻探座内嵌入式安装有电机，且电机的输出端贯穿钻探座的底部连接有钻探头；

平衡组件，所述平衡组件包括主杆、支撑杆和支撑块，所述主杆轴连接于取样座外侧的底部，且主杆的一端的底部轴连接有支撑杆，并且支撑杆的底部轴连接有支撑块，所述主杆与取样座之间、支撑杆与支撑块之间均固定有用于提供弹性力的第二弹簧，且主杆与支撑杆之间固定有弹性伸缩杆。

优选的，所述取样座底部的内部等角度嵌入式轴连接有齿轮，且齿轮的一侧固定有呈“L”字形结构设计的取样爪，并且取样爪的一端贯穿取样座位于钻探座的外侧，通过多个齿轮带动取样爪转动，可以对样品进行抓取。

优选的，所述齿块垂直等间距分布与钻探座的外侧，且齿块与齿轮之间呈位置对应的相互啮合结构，钻探座的上下活动，可以筒齿块带动齿轮转动。

优选的，所述主杆、支撑杆和支撑块关于取样座的中垂线等角度成组设置，且主杆和支撑杆之间、支撑杆和支撑块之间分别通过弹性伸缩杆和第二弹簧构成弹性转动结构，并且主杆通过其上的第二弹簧与取样座之间弹性转动连接，通过多组主杆、支撑杆和支撑块的弹性转动，可以根据地面的坡度和崎岖度自适应调整，保证取样座稳定放置。

优选的，所述支撑杆的内壁上通过加强筋固定连接有刮条，且刮条呈向下倾斜的弧形“L”字形结构设计，支撑杆的活动，带动刮条活动，通过刮条将取样座正下方地面粘附的植物刮除。

优选的，所述支撑杆的边侧通过第一弹簧连接有弧形结构的挡板，且挡板上开设有透水孔，并且挡板上固定有导流板，挡板可以对水流进行削弱和引导。

优选的，所述导流板和透水孔在挡板上交错分布，且导流板呈横向倾斜的弧形结构设计，并且透水孔的内侧直径大于外侧直径，通过透水孔对水流速度进行削弱，避免暗流冲击，同时通过导流板对水流进行引导。

优选的，所述支撑块的底部等间距固定有抓地条，且抓地条呈内宽外窄结构设计，通过支撑块底部的抓地条，可以插入海底地面，增加整体稳定性。

本发明提供的另一种技术方案是提供一种深海石油钻探用无干扰取样装置的取样方法，包括如下步骤：

S1：首先由船体通过海底释放器与连接头相连接，将取样座投放至目标海底区域；

S2：取样座底部的支撑块与海底接触，通过第二弹簧在支撑杆上转动，同时支撑杆通过弹性伸缩杆在主杆上弹性转动，主杆通过第二弹簧在取样座上弹性转动，根据海底面坡度，多组主杆、支撑杆和支撑块自适应调整位置，保持取样座稳定；

S3：支撑杆在转动中，首先带动与地面接触的刮条跟随向外侧活动，通过刮条将地面上粘附的水生植物刮除，避免影响取样，同时支撑杆通过第一弹簧带动挡板向外侧活动，通过挡板上的透水孔和导流板对外部水流以及生物进行遮挡；

S4：启动液压缸，带动钻探座向下活动，使得钻探头接近地面，并通过电机带动其转动实现钻探，然后逆向带动钻探座向上活动，通过钻探座外侧齿块带动齿轮转动，由齿轮带动取样爪向内合拢，对样品进行抓取。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法；

1.通过成组设置在取样座外侧的主杆、支撑杆和支撑块，其由上至下两两之间的弹性转动，配合取样座上配重块提供的压力，使得在不平整的海底地面上时，主杆、支撑杆和支撑块之间的配合转动，可以自适应调整各个主杆、支撑杆和支撑块之间的位置，使得取样座整体稳定放置在海底地面，为钻探取样提供稳定的环境；

2.垂直等间距设置在钻探座外侧的齿块，其与齿轮啮合，当液压缸带动钻探座下移并通过电机驱动钻探头进行钻探工作时，齿轮带动取样爪向外侧转动，不影响钻探工作，同时钻探完毕后，钻探座上移，此时齿轮带动取样爪向内转动，通过多个弧形结构的取样爪将样品抓取住，完成取样操作；

3.通过设置在支撑杆内侧的刮条，其位于取样爪的下方，初始状态下的刮条与地面先接触，随着取样座整体的稳定放置，支撑杆向外侧活动带动刮条的活动，可以通过刮条将地面上粘附的植物刮除，避免在通过取样爪对表层样品进行抓取时，附着的植物遮挡样品；

4.通过设置在支撑杆外侧的挡板，其通过第一弹簧与支撑杆连接，使得支撑杆在向外侧活动时，挡板得以跟随活动，配合多个弧形结构的挡板，在取样座外部形成一个保护圈层，配合挡板上外窄内宽的透水孔，以及弧形倾斜分布的导流板，可以对外部暗流和动植物进行引导和遮挡，避免影响内部取样。

附图说明

图1为本发明正剖结构示意图；

图2为本发明俯视剖面结构示意图；

图3为本发明支撑块立体结构示意图；

图4为本发明抓地条立体结构示意图；

图5为本发明钻探座俯视剖面结构示意图；

图6为本发明刮条立体结构示意图；

图7为本发明挡板侧面结构示意图。

图中：1、取样座；11、连接头；12、配重块；13、控制器；14、液压缸；2、钻探座；21、活动槽；22、电机；23、齿块；24、钻探头；25、齿轮；26、取样爪；3、平衡组件；31、主杆；32、支撑杆；321、刮条；322、加强筋；323、第一弹簧；324、挡板；325、透水孔；326、导流板；33、支撑块；331、抓地条；34、第二弹簧；35、弹性伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种深海石油钻探用无干扰取样装置，包括取样座1、连接头11、配重块12、控制器13、液压缸14、钻探座2、活动槽21、电机22、齿块23、钻探头24、齿轮25、取样爪26、平衡组件3、主杆31、支撑杆32、刮条321、加强筋322、第一弹簧323、挡板324、透水孔325、导流板326、支撑块33、抓地条331、第二弹簧34和弹性伸缩杆35:

取样座1，通过其顶部固定的连接头11与船体海底释放器连接，取样座1外侧的顶部圆周固定有增加重力的配重块12，且取样座1内嵌入式安装有控制器13和液压缸14；

钻探座2，固定于液压缸14的输出端，钻探座2位于活动槽21内，且活动槽21开设于取样座1的底部，并且钻探座2的外侧固定有齿块23，钻探座2内嵌入式安装有电机22，且电机22的输出端贯穿钻探座2的底部连接有钻探头24；

平衡组件3，平衡组件3包括主杆31、支撑杆32和支撑块33，主杆31轴连接于取样座1外侧的底部，且主杆31的一端的底部轴连接有支撑杆32，并且支撑杆32的底部轴连接有支撑块33，主杆31与取样座1之间、支撑杆32与支撑块33之间均固定有用于提供弹性力的第二弹簧34，且主杆31与支撑杆32之间固定有弹性伸缩杆35。

取样座1底部的内部等角度嵌入式轴连接有齿轮25，且齿轮25的一侧固定有呈“L”字形结构设计的取样爪26，并且取样爪26的一端贯穿取样座1位于钻探座2的外侧，齿块23垂直等间距分布与钻探座2的外侧，且齿块23与齿轮25之间呈位置对应的相互啮合结构，如图1和图5中，取样座1放置在海底地面上后，启动液压缸14，液压缸14带动钻探座2在活动槽21内向下活动，此时钻探座2外侧的齿块23与齿轮25啮合接触，通过齿轮25带动取样爪26展开，再通过电机22驱动钻探头24转动，对地面进行钻探工作，然后驱动钻探座2上移，此时齿轮25带动取样爪26向内合拢，将样品抓取，完成取样工作；

主杆31、支撑杆32和支撑块33关于取样座1的中垂线等角度成组设置，且主杆31和支撑杆32之间、支撑杆32和支撑块33之间分别通过弹性伸缩杆35和第二弹簧34构成弹性转动结构，并且主杆31通过其上的第二弹簧34与取样座1之间弹性转动连接，支撑块33的底部等间距固定有抓地条331，且抓地条331呈内宽外窄结构设计，如图1-4中，在通过取样座1上的连接头11将其放置在海底地面上时，支撑块33首先与地面接触，并通过第二弹簧34在支撑杆32上弹性转动，其底部的抓地条331插入地面，配合配重块12给取样座1提供的重力，支撑块33通过弹性伸缩杆35在主杆31上弹性转动，主杆31通过第二弹簧34在取样座1上弹性转动，可以根据地面的平整情况，成组设置的主杆31、支撑杆32和支撑块33自适应调整位置，保持取样座1的稳定放置；

支撑杆32的内壁上通过加强筋322固定连接有刮条321，且刮条321呈向下倾斜的弧形“L”字形结构设计，如图1和图6中，当取样座1置于地面时，刮条321首先与地面接触，支撑杆32的活动，带动刮条321的活动，可以通过刮条321将钻探头24和取样爪26底部地面上附着的植物刮除，避免影响取样；

支撑杆32的边侧通过第一弹簧323连接有弧形结构的挡板324，且挡板324上开设有透水孔325，并且挡板324上固定有导流板326，导流板326和透水孔325在挡板324上交错分布，且导流板326呈横向倾斜的弧形结构设计，并且透水孔325的内侧直径大于外侧直径，如图1-2和图7中，通过支撑杆32外侧的挡板324在取样座1外侧形成一个保护圈层，在第一弹簧323的作用下，支撑杆32可以带动挡板324活动，并通过挡板324上的透水孔325和导流板326对海底水流和微生物等进行遮挡和引导，避免对内部进行冲击，影响取样，实现无干扰取样操作。

本发明提供的另一种技术方案是提供一种深海石油钻探用无干扰取样装置的取样方法，包括如下步骤：

S1：首先由船体通过海底释放器与连接头11相连接，将取样座1投放至目标海底区域；

S2：取样座1底部的支撑块33与海底接触，通过第二弹簧34在支撑杆32上转动，同时支撑杆32通过弹性伸缩杆35在主杆31上弹性转动，主杆31通过第二弹簧34在取样座1上弹性转动，根据海底面坡度，多组主杆31、支撑杆32和支撑块33自适应调整位置，保持取样座1稳定；

S3：支撑杆32在转动中，首先带动与地面接触的刮条321跟随向外侧活动，通过刮条321将地面上粘附的水生植物刮除，避免影响取样，同时支撑杆32通过第一弹簧323带动挡板324向外侧活动，通过挡板324上的透水孔325和导流板326对外部水流以及生物进行遮挡；

S4：启动液压缸14，带动钻探座2向下活动，使得钻探头24接近地面，并通过电机22带动其转动实现钻探，然后逆向带动钻探座2向上活动，通过钻探座2外侧齿块23带动齿轮25转动，由齿轮25带动取样爪26向内合拢，对样品进行抓取。

工作原理：在使用该深海石油钻探用无干扰取样装置及其取样方法时，如图1-7中，首先将取样座1置于海底地面，主杆31、支撑杆32和支撑块33之间的两两弹性转动，可以根据地面平整度自适应调整位置，对取样座1进行稳定支撑，再由控制器13控制液压缸14和电机22的运行，钻探座2下移时，通过电机22带动钻探头24转动进行钻探，钻探座2上移时，齿块23带动齿轮25和取样爪26向内转动合拢，进行取样工作；

接着，取样座1置于海底地面时，支撑杆32带动刮条321移动，将钻探头24和取样爪26下方的植物刮除，避免干扰取样，同时支撑杆32带动挡板324活动，通过挡板324透水孔325和导流板326对海底水流和微生物等进行遮挡和引导，实现无干扰取样。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：包括：

取样座，通过其顶部固定的所述连接头与船体海底释放器连接，所述取样座外侧的顶部圆周固定有增加重力的配重块，且取样座内嵌入式安装有控制器和液压缸；

钻探座，固定于所述液压缸的输出端，所述钻探座位于活动槽内，且活动槽开设于取样座的底部，并且钻探座的外侧固定有齿块，所述钻探座内嵌入式安装有电机，且电机的输出端贯穿钻探座的底部连接有钻探头；

平衡组件，所述平衡组件包括主杆、支撑杆和支撑块，所述主杆轴连接于取样座外侧的底部，且主杆的一端的底部轴连接有支撑杆，并且支撑杆的底部轴连接有支撑块，所述主杆与取样座之间、支撑杆与支撑块之间均固定有用于提供弹性力的第二弹簧，且主杆与支撑杆之间固定有弹性伸缩杆。

2.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述取样座底部的内部等角度嵌入式轴连接有齿轮，且齿轮的一侧固定有呈“L”字形结构设计的取样爪，并且取样爪的一端贯穿取样座位于钻探座的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述齿块垂直等间距分布与钻探座的外侧，且齿块与齿轮之间呈位置对应的相互啮合结构。

4.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述主杆、支撑杆和支撑块关于取样座的中垂线等角度成组设置，且主杆和支撑杆之间、支撑杆和支撑块之间分别通过弹性伸缩杆和第二弹簧构成弹性转动结构，并且主杆通过其上的第二弹簧与取样座之间弹性转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述支撑杆的内壁上通过加强筋固定连接有刮条，且刮条呈向下倾斜的弧形“L”字形结构设计。

6.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述支撑杆的边侧通过第一弹簧连接有弧形结构的挡板，且挡板上开设有透水孔，并且挡板上固定有导流板。

7.根据权利要求6所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述导流板和透水孔在挡板上交错分布，且导流板呈横向倾斜的弧形结构设计，并且透水孔的内侧直径大于外侧直径。

8.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置，其特征在于：所述支撑块的底部等间距固定有抓地条，且抓地条呈内宽外窄结构设计。

9.根据权利要求1所述的一种深海石油钻探用无干扰取样装置的取样方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：首先由船体通过海底释放器与连接头相连接，将取样座投放至目标海底区域；

S2：取样座底部的支撑块与海底接触，通过第二弹簧在支撑杆上转动，同时支撑杆通过弹性伸缩杆在主杆上弹性转动，主杆通过第二弹簧在取样座上弹性转动，根据海底面坡度，多组主杆、支撑杆和支撑块自适应调整位置，保持取样座稳定；

S3：支撑杆在转动中，首先带动与地面接触的刮条跟随向外侧活动，通过刮条将地面上粘附的水生植物刮除，避免影响取样，同时支撑杆通过第一弹簧带动挡板向外侧活动，通过挡板上的透水孔和导流板对外部水流以及生物进行遮挡；

S4：启动液压缸，带动钻探座向下活动，使得钻探头接近地面，并通过电机带动其转动实现钻探，然后逆向带动钻探座向上活动，通过钻探座外侧齿块带动齿轮转动，由齿轮带动取样爪向内合拢，对样品进行抓取。

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