CN114000828A - 一种海底多头连续取样钻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海底多头连续取样钻机，涉及钻探设备技术领域，解决了钻机进行作业时，取样效率低的技术问题。该钻机包括钻机，钻机上具有动力钻进机构、钻具运移机构和钻具存储机构，动力钻进机构包括有两个以上，其包括立轴和用以与钻杆连接的动力头，其中，立轴竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，立轴与动力头传动连接能带动动力头转动，且动力头能上下移动给进；钻具存储机构用于存储钻杆和岩心管，钻具运移机构用于抓取岩心管和钻杆并将岩心管和钻杆在钻具存储机构与动力钻进机构之间运移。能够实现单次海底作业进行多点位取样，提高了单次作业取样数量，提高作业效率。该钻机的结构紧凑，便于运输与甲板下放。

Description

一种海底多头连续取样钻机

技术领域

本发明涉及钻探设备技术领域，尤其是涉及一种海底多头连续取样钻机。

背景技术

海底地壳中蕴藏着极其丰富的矿产资源，包括石油、天然气水合物、多金属结核、富钴结壳等，开发海底资源可以有效缓解全球资源匮乏的情况，海底取样装备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所必备的技术装备。根据取样深度要求不同，开发了多种海底取样设备。其中，海底取心钻机是一种钻探系统完全工作于海底的钻探设备，于浅层取样设备相比具有取样深度深，样品采取率高、数量多，自动化、智能化程°高等优点；而与需要依托钻探船或钻井平台海洋钻机相比，海底钻机在水下工作时与承载船只需要一条具有承载能力的脐带缆即可实现远程的能量供应和通讯控制，拥有钻探成本低、效率高，样品扰动小、易保压，设备体积小、易操作和船舶适应性强等优点。目前，海底取心钻机已成为海底资源勘探、海洋地质调查和海洋科学考察不可或缺的重要技术装备，得到了世界各海洋强国的重视和应用，许多科研成果已经应用于实际的海洋调查项目，取得了可观的经济效益和社会效益，也突显了海底钻机的科学价值。

根据钻探深度、功能以及设计理念的不同，海底钻机主要分为四代，目前取样作业以第三代钻机为主，这代钻机采用绳索取心方法，其钻探深度已达200m，配备有物探设备以及各种测试仪，增加了保压系统。取芯效率、质量，钻机的功能多样性、智能化都有了较大提升。

绳索取心方法是在在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需要将钻杆提升到孔外，而是以钻杆内孔为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于钻杆内部的岩心管中的岩心提升到孔位的取心钻进方法。由于不需要将钻杆提升到孔外，极大的减少了起下钻具的时间。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现今的海底钻机只有一个动力头，单次海底作业时，只能对一个点位进行取样，取样数量少、效率低。且钻机携带钻具数量少，内部空间利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底多头连续取样钻机，以解决现有技术中存在的现有钻机进行作业时，取样效率低的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的海底多头连续取样钻机，包括钻机，所述钻机上具有动力钻进机构、钻具运移机构和钻具存储机构，其中：

所述动力钻进机构包括有两个以上，其包括立轴和用以与钻杆连接的动力头，其中，所述立轴竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，所述立轴与所述动力头传动连接能带动所述动力头转动，且所述动力头能上下移动给进；

所述钻具存储机构用于存储钻杆和岩心管，所述钻具运移机构用于抓取所述岩心管和所述钻杆并将所述岩心管和所述钻杆在所述钻具存储机构与所述动力钻进机构之间运移。

优选的，所述钻具存储机构包括有两个以上分别用于存储所述岩心管和所述钻杆的钻库，所有所述钻库间隔布置；

所有所述动力钻进机构围绕在所述钻库和所述钻具运移机构外，且每个所述动力钻进机构分别位于相邻两所述钻库之间的位置；

所述钻具运移机构位于相邻两所述钻库之间，且其用于抓取所述钻杆和所述岩心管的部分能在所述钻库和所述动力钻进机构之间移动。

优选的，所述动力钻进机构还包括有机架和回转系统，所述回转系统包括有驱动装置、传动轴和变速箱，其中：

所述立轴转动连接于所述机架上，所述机架的下部设置有用于夹持所述钻杆的卡盘；所述驱动装置位于所述钻机顶部，所述传动轴水平布置，且所述驱动装置的输出轴与所有所述传动轴传动连接，每根所述传动轴的另一端分别与对应所述立轴的顶端传动连接，所述驱动装置转动能带动所有所述立轴以自身轴线为中心转动；

所述变速箱位于所述立轴上，所述变速箱内存在有主动轮，所述主动轮固定套设在所述立轴外，所述动力头包括有竖直布置的螺纹连接部，所述螺纹连接部的上端固定有从动轮，所述主动轮与所述从动轮啮合传动以使所述螺纹连接部在所述立轴的带动下转动；所述螺纹连接部的下部设置有用以与所述钻杆螺纹连接的外螺纹端。

优选的，所述动力钻进机构还包括有给进系统，所述给进系统包括有长给进油缸、短给进油缸、上滑座和下滑座，其中：

所述上滑座和所述下滑座均滑动连接于所述机架上，且两者在竖直方向上间隔布置，所述变速箱和所述动力头均连接于所述下滑座上；

所述长给进油缸竖直布置，且其伸缩端与所述上滑座铰接；所述短给进油缸的固定端铰接于所述下滑座上，且其伸缩端与所述上滑座铰接。

优选的，所述钻库包括有中心轴、转盘和固定盘，其中：

所述中心轴竖直布置于所述钻机的底座上，存在两个所述转盘分别转动连接于所述中心轴的上、下两端，所述转盘能以所述中心轴的轴线为转轴转动；

所述固定盘水平布置并固定在两所述转盘之间，所述固定盘上设置有用于卡固所述钻杆和/或所述岩心管的卡槽。

优选的，所述钻具存储机构还包括有用于带动所述转盘转动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括支架、第一油缸和第二油缸，其中：

所述支架固定在所述钻机的底座上，所述第一油缸水平布置，其伸缩端与所述支架铰接，其固定端上设置有穿孔；

所述第二油缸通过连接板与所述中心轴连接，所述第二油缸竖直布置，且其伸缩端朝下设置并连接有插销部，所述插销部穿过所述第一油缸端部的所述穿孔并能在所述穿孔内上下移动；所述插销部向下移动时能与所述转盘连接，所述第一油缸伸缩时能推动与所述插销部相连接的所述转盘转动，且当所述插销部向上移动时能与所述转盘分离。

优选的，所述转盘上分布有插孔，所有所述插孔围绕所述转盘的中心间隔布置有一周，所述插销部向下移动时能伸入至对应所述插孔内，并与所述转盘连接。

优选的，所述钻具运移机构包括转动油缸、抓手传动杆和机械抓手，其中：

所述抓手传动杆竖直布置，所述转动油缸的驱动端通过水平连接件与所述抓手传动杆的上端固定连接，所述机械抓手在所述抓手传动杆上设置有一个或两个以上；所述转动油缸能带动所述抓手传动杆在所述钻具存储机构与所述动力头之间摆动，且所述抓手能摆动至与所述动力头位于同一竖直线的位置，以连接所述钻杆和所述动力头。

优选的，所述钻机的顶部还设置有取心机构，且每个所述动力钻进机构上均连接一个所述取心机构，所述取心机构包括绞车和捞矛头，其中：所述绞车上缠绕有绳索，所述绞车用于回收或释放所述绳索，所述捞矛头固定在所述绳索的自由端，且所述捞矛头位于所述动力头的正上方。

优选的，所述钻机上还设置有调平机构，所述调平机构包括调平支架和位于所述调平支架上的支撑脚、调平油缸、收放油缸以及角度调节油缸，其中：

所述调平支架至少设置有两个，且每个所述调平支架竖直固定在所述动力钻进机构的边侧；

所述调平油缸设置于所述调平支架的底端，且其伸缩端连接有立板，所述立板滑动连接于所述调平支架上，且所述立板与所述支撑脚一端的上表面铰接；

所述调平支架上形成有滑轨，所述滑轨位于所述调平油缸的上方，所述滑轨的相对侧壁上设置有沿竖直方向延伸的滑孔；

所述收放油缸的伸缩端铰接于所述滑轨的顶部，其固定端通过连接杆与所述角度调节油缸的伸缩端铰接，所述连接杆水平延伸，且其两端延伸至对应所述滑孔内；所述角度调节油缸的固定端与所述支撑脚另一端的上表面铰接。

本发明提供的海底多头连续取样钻机，与现有技术相比，具有如下有益效果：动力钻进机构具有两个以上，能够实现单次海底作业进行多点位取样，提高了单次作业取样数量，提高作业效率。同时，钻具存储机构能够存储多根钻杆和岩心管，充分利用了钻机内部空间，并利用钻具运移机构能够实现钻杆和岩心管的在钻机内部的运移，能够将使用后的岩心管转移暂存在钻具存储机构中，同时将新的岩心管放入岩心管内，将新的钻杆不断转移至动力头处，提高了作业效率。该钻机的结构紧凑，便于运输与甲板下放。钻机单次作业岩芯采取量较多，实现多点位、大深度深孔的钻进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明海底多头连续取样钻机的整体结构示意图；

图2是本发明的多头取样钻机去除外部结构后的示意图；

图3是本发明的多头取样钻机的动力钻进机构的结构示意图；

图4是图3中A处的局部放大图；

图5是本发明的多头取样钻机的钻具运移机构和钻具存储机构的结构示意图；

图6是图5中B处的局部放大图；

图7是本发明的多头取样钻机的调平机构的第一视角的结构示意图；

图8是本发明的多头取样钻机的调平机构的第二视角的结构示意图；

图9为机械抓手一种具体实施方式的结构示意图。

图中100、钻机；101、顶壳；102、底座；103、液压箱；104、油箱电机；200、钻杆；300、岩心管；

1、动力钻进机构；11、立轴；12、动力头；121、螺纹连接部；122、外螺纹端；120、从动轮；13、机架；141、液压马达；142、传动轴；143、变速箱；1431、主动轮；1432、中间轮；144、离合器；15、给进系统；151、长给进油缸；152、短给进油缸；153、上滑座；154、下滑座；16、卡盘；

2、钻具运移机构；21、转动油缸；22、抓手传动杆；23、机械抓手；231、抓手油缸；232、抓手座；233、爪部；

3、钻具存储机构；31、钻库；311、中心轴；312、转盘；313、固定盘；314、插孔；32、旋转驱动机构；321、第一油缸；322、第二油缸；323、支架；324、插销部；33、连接板；

4、取心机构；41、绞车；42、捞矛头；43、绳索；

5、调平机构；50、调平支架；51、支撑脚；52、调平油缸；53、收放油缸；54、角度调节油缸；55、立板；56、滑轨；561、滑孔；57、连接杆；

6、下放回收结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种海底多头连续取样钻机，能够实现单次海底作业进行多点位取样，提高了单次作业取样数量，提高作业效率。

下面结合图1-图8对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

现有技术中的绳索取心方法是在在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需要将钻杆提升到孔外，而是以钻杆内孔为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于钻杆内部的岩心管中的岩心提升到孔位的取心钻进方法。由于不需要将钻杆提升到孔外，极大的减少了起下钻具的时间。

实施例一

如图1-图8所示，本实施例利用绳索取心方法，提供了一种海底多头连续取样钻机，包括钻机100，钻机100上具有动力钻进机构1、钻具运移机构2和钻具存储机构3，其中：动力钻进机构1包括有两个以上，其包括立轴11和用以与钻杆200连接的动力头12，上述动力头12用以与钻杆200连接，其中，立轴11竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，立轴11与动力头12传动连接能带动动力头12转动，且动力头12能上下移动给进；钻具存储机构3用于存储钻杆和岩心管，钻具运移机构2用于抓取岩心管300和钻杆200并将岩心管300和钻杆200在钻具存储机构3与动力钻进机构1之间运移。

参见图1，钻机100上设置有下放回收结构6，其位于钻机顶端，与钻机钻机100连接，主要用于将收放时的力均匀传递给钻机主体，其为本领域内的成熟技术，在此不做赘述。钻机顶壳101用于连接下放回收结构6以及各个钻机100，钻机底座102连接中心柱以及钻具存储机构3，保证钻机整体结构性。

参见图2，液压箱103以及油箱电机104组成了钻机的液压系统，通过与作业船连接的缆线提供电力，使得电能通过液压系统转化为机械能，为钻机提供动力。

本实施例的海底多头连续取样钻机，动力钻进机构1具有两个以上，能够实现单次海底作业进行多点位取样，提高了单次作业取样数量，提高作业效率。同时，钻具存储机构3能够存储多根钻杆200和岩心管300，充分利用了钻机内部空间，并利用钻具运移机构2能够实现钻杆200和岩心管300在钻机内部的运移，能够将使用后的岩心管300转移暂存在钻具存储机构3中，同时将新的岩心管放入钻杆内，将新的钻杆200不断转移至动力头12与正在使用的钻杆连接处，提高了作业效率。该钻机的结构紧凑，便于运输与甲板下放。钻机单次作业岩芯采取量较多，实现多点位、大深度深孔的钻进。

动力钻进机构1用于提供钻杆向下给进的动力；钻具运移机构2用于将钻杆200内使用后的岩心杆300上转移至钻具存储机构3中、将钻具存储机构3中新的岩心管转移至向下钻进的钻杆内、转移新钻杆至动力头12处。钻具存储机构3用于存储钻杆和岩心管。

作为可选地实施方式，参见图3所示，钻机100的顶部还设置有取心机构4，且每个动力钻进机构1上均连接一个取心机构4，取心机构4包括绞车41和捞矛头42，其中：绞车41上缠绕有绳索43，绞车41用于回收或释放绳索43，捞矛头42固定在绳索43的自由端，且捞矛头42位于动力头12的正上方。

上述绞车41为本领域内的成熟技术，主要利用转动的辊筒释放和回收绳索43，从而将捞矛头42提升和下降，在此对其结构不做赘述。捞矛头42同样为本领域内的成熟技术，当捞矛头42伸入至岩心管内时，捞矛头42能够与岩心管内的结构锁定从而与岩心管连接将岩心管拉起或下放，作为本领域内技术人员熟知的现有技术，在此对其结构不做赘述。

应当理解的是，当岩心岩心管内充满岩芯后，取心机构4中的捞矛头42下放，捞矛头42与钻杆内使用后的岩心管锁定后，将岩心管提升，之后利用钻具运移机构2将使用后的岩心管存放至钻具存储机构3中，且钻具运移机构2取出一新的岩心管300转移至动力钻进机构1处，捞矛头42将该新的岩心管释放至钻孔底部的钻杆200内部，继续取样。

其中，钻具存储机构3中存储钻杆的目的是：随着钻探的伸入，钻杆需要不断延长，使用钻具运移机构2能够不断取用新的钻杆，从而实现与动力头12连接的钻杆组件的不断延长。(钻杆的首尾端能够相互套接，作为本领域的成熟技术，在此不做赘述)。与岩心管不同的是，在上述过程中，钻具存储机构3中的钻杆是不断消耗的，随着钻探的不断进行，钻具存储机构3中的钻杆越来越少。

作为可选地实施方式，参见图1、图2和图5所示，钻具存储机构3包括有两个以上分别用于存储岩心管300和钻杆200的钻库31，所有钻库31间隔布置；所有动力钻进机构1围绕在钻库31和钻具运移机构2外，且每个动力钻进机构1分别位于相邻两钻库31之间的位置；该布置结构，能够使得每个动力钻进机构1能够同时接收分别来自两个相邻钻库31内的钻杆200和岩心管300。

参见图2，钻具运移机构2位于相邻两钻库31之间，且其用于抓取钻杆和岩心管的部分能在钻库31和动力钻进机构1之间移动。上述结构能够使得每个钻具运移机构2能够对相邻两钻库31内钻杆和岩心管的运移。

参见图2和图3所示，本实施例的动力钻进机构1还包括有机架13和回转系统，回转机构用于带动动力头12在水平面内转动，回转系统包括有驱动装置、传动轴142和变速箱143，其中：立轴11转动连接于机架13上，机架13的下部设置有用于夹持钻杆的卡盘16；驱动装置位于钻机100顶部，传动轴142水平布置，且驱动装置的输出轴与所有传动轴142传动连接，每根传动轴142的另一端分别与对应立轴11的顶端传动连接，驱动装置转动能带动所有立轴11以自身轴线为中心转动。

其中，参见图3所示，本实施例的钻机100包括有四个钻库31和四个动力钻进机构1，传动轴142有四根，每根传动轴142的端部与立轴11的顶端通过两个锥齿轮啮合实现传动连接(或采用其它常见传动结构)；传动轴142与立轴11之间还可设置离合器144，用于切断传动轴142和立轴11之间的动力传输，离合器144为常见结构，在此不做赘述。

驱动装置为液压马达141，液压马达141的输出端设置有锥形的输出齿轮，每个传动杆的端部可设置一个与输出齿轮啮合的从动锥齿轮，从而实现液压马达141与传动轴142之间的传动连接。

参见图3所示，图3中省略了其中一个变速箱143的箱体，以便于看到内部结构，变速箱143位于立轴11上，变速箱143内存在有主动轮1431、中间轮1432，主动轮1431固定套设在立轴11外，动力头12包括有竖直布置的螺纹连接部121，螺纹连接部121的上端固定有从动轮120，主动轮1431与从动轮120之间通过中间轮1432啮合传动，以使螺纹连接部121在立轴11的带动下转动。参见图4，螺纹连接部121的下部设置有用以与钻杆螺纹连接的外螺纹端122。

上述结构的回转系统，参见图2-图4所示，液压马达141转动时，能够带动四根传动轴142(或者其他数量)转动，传动轴142将动力传递至立轴11，立轴11以自身轴线为轴心转动；参见图4，立轴11通过变速箱143中的主动轮1431、中间轮1432带动动力头12的螺纹连接部121转动，从而实现动力头12的回转。当动力头12的外螺纹端122与钻杆连接后，能够实现钻杆的回转，为钻进提供回转动力。

为了保证钻杆能够在动力头12的带动下进行钻探工作，本实施例的动力钻进机构1还包括有给进系统15，给进系统15用于带动动力头12和连接在动力头12上的钻杆上下移动。参见图3和图4所示，给进系统15包括有长给进油缸151、短给进油缸152、上滑座153和下滑座154，其中：上滑座153和下滑座154均滑动连接于机架13上，且两者在竖直方向上间隔布置，变速箱143和动力头12均连接于下滑座154上；长给进油缸151竖直布置，且其伸缩端与上滑座153铰接；短给进油缸152的固定端铰接于下滑座154上，且其伸缩端与上滑座153铰接。

参见图3和图4所示，短给进油缸152伸展和收缩时，能够推动和拉动下滑座154及位于下滑座154上的变速箱143和动力头12上下移动；长给进油缸151伸展和收缩时，能推动和拉动上滑座153沿机架13上下运动，上滑座153移动时同时带动短给进油缸152、下滑座154和动力头12上下移动，为钻进提供给进压力。

上述长给进油缸151和短给进油缸152的配合结构，能够在有限的竖直空间内延长动力头的可移动距离。如，当长给进油缸151完全，不能继续带动动力头下降时，短给进油缸152伸出，能够使得动力头运动至长给进油缸151伸缩端以下的位置，从而延长动力头的可移动距离。

上述给进系统15和回转系统能够实现动力头12在上下方向上的给进和水平面内的旋转，分别为钻进提供回转动力和给进压力，当动力头12与钻杆连接后，能够进行钻孔作业。

螺纹连接部121转动时，转动的外螺纹端122能够与其正下方的钻杆螺纹连接，(现有技术中的钻杆通常与动力头12之间采用螺纹连接的方式，在此不做赘述)。

其中，应当理解的是，当动力头12的螺纹连接部121与钻杆螺纹连接时，不但需要螺纹连接部121能够进行旋转，同样需要螺纹连接部121能够在竖直方向上移动，才能实现螺纹连接部121与钻杆完成连接。螺纹连接部121的旋转动力通过上述回转系统实现，其竖直方向的移动可通过上述给进系统15实现。

实施例二

本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，参见图2和图5所示，本实施例的钻库31包括有中心轴311、转盘312和固定盘313，其中：中心轴311竖直布置于钻机100的底座102上，存在两个转盘312分别转动连接于中心轴311的上、下两端，转盘312能以中心轴311的轴线为转轴转动；参见图5所示，钻杆、岩心管的底端承托在下端的转盘312上。固定盘313水平布置并固定在两转盘312之间，固定盘313上设置有用于卡固钻杆和/或岩心管的卡槽。

参见图5所示，一个动力钻进机构1的两侧设置有两个钻库31，其中一个钻库31可用于存储钻杆200，另一个钻库31可用于存储岩心管300，钻杆200和岩心管300能卡固在固定盘313的卡槽内。钻具运移机构2将钻库31内的钻杆转移至动力头12的正下方，方便动力头12与新钻杆的螺纹连接，新一根钻杆的下端同时与下方的钻杆插接；且钻具运移机构2将钻库31内的岩心管转移至捞矛头42的正下方，方便捞矛头42将岩心管下放至底部钻杆的内腔中。当靠近钻具运移机构2的卡槽内的钻杆、岩心管被取用完后，中心轴311与转盘312以中心轴311的轴线为转轴同步转动，将存储有钻杆、岩心管的卡槽转动至靠近钻具运移机构2的位置处，能够方便取用。

其中，应当理解的是，钻杆是不断被消耗的，其中一个钻库31内的钻杆逐渐减少，当使用后的岩心管被打捞起后，钻具运移机构2可将使用后的岩心管转移至原来用于存储钻杆的钻库31中。

为了能够实现中心轴311和转盘312的同步旋转，以便于钻具运移机构2能够抓取钻库31上的不同钻杆200和岩心管300，参见图5和图6所示，钻具存储机构3还包括有用于带动转盘312转动的旋转驱动机构32，旋转驱动机构32包括支架323、第一油缸321和第二油缸322，其中：支架323固定在钻机100的底座102上，第一油缸321水平布置，其伸缩端与支架323铰接，其固定端上设置有穿孔。

第二油缸322通过连接板33与中心轴311连接，第二油缸322竖直布置，且其伸缩端朝下设置并连接有插销部324，插销部324可以采用插销，插销部324穿过第一油缸321端部的穿孔，并能在第二油缸322的带动下在穿孔内上下移动；插销部324向下移动时能与转盘312连接，第一油缸321伸缩时能推动与插销部324相连接的转盘312转动，且当插销部324向上移动时能与转盘312分离，当两者分离时，第一油缸321无法带动转盘转动。

上述插销部324与转盘312连接时能够保证转盘312的顺利转动；其中，第二油缸322的作用是带动插销部324与转盘312锁定和分离；第一油缸321的作用是带动第二油缸322、中心轴311和转盘312以中心轴311的轴线为轴心转动。

作为可选地实施方式，转盘312上分布有插孔314，所有插孔314围绕转盘312的中心间隔布置有一周，插销部324向下移动时能伸入至对应插孔314内。

参见图5和图6所示，第二油缸322收缩，插销部324与插孔314分离，使中心轴311能够在第一油缸321的作用下顺利转动。第二油缸322伸展使插销部324向下移动并插入对应的插孔314中，插销部324与转盘312连接，此时，第一油缸321的伸缩端伸展和收缩时，由于支架323固定，第一油缸321能够带动第二油缸322、转盘312以中心轴311为轴心转动，从而将转盘312的卡固有钻杆200或岩心管300的位置朝向钻具运移机构2。

当钻库31的卡固有钻杆200或岩心管300的位置朝向钻具运移机构2时，无需再转动转盘312，此时第二油缸322收缩，插销部324脱离对应插孔314，插销部324与转盘312分离，第一油缸321无法再带动转盘312转动，此时转盘321固定，便于钻具运移机构2转移岩心管和钻杆。

参见图5所示，本实施例中的具体结构能够实现转盘312进行360°转动，

第二油缸322伸展使插销部324向下移动并插入对应的插孔314中，插销部324与转盘312连接，第一油缸321的伸缩端收缩并带动转盘转动；插销部324向上运动脱离插孔314后，第一油缸321可以回复原长，插销部324插入插孔314内后，第一油缸321的收缩端又可以收缩并带动转盘转动。由此，便可以实现转盘360°转动。

但是由于每个钻库31均位于两个旋转驱动机构32之间，因此，两个旋转驱动机构32配合能够实现对转盘312上不同位置的钻杆和岩心管取用。

本实施例的钻具存储机构3能够实现钻杆、岩心管的暂时存储，同时利用其上的旋转驱动机构32实现钻库31上中心轴311和转盘312的转动，能够使钻库31的固定有钻杆200和岩心管300的位置始终朝向钻具运移机构2。

实施例三

本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，本实施例中提供了一种钻具运移机构2的具体实施方式，参见图5所示，钻具运移机构2包括转动油缸21、抓手传动杆22和机械抓手23，其中：抓手传动杆22竖直布置，转动油缸21的驱动端通过水平连接件与抓手传动杆22的上端固定连接，机械抓手23在抓手传动杆22上设置有一个或两个以上；转动油缸21能带动抓手传动杆22在钻具存储机构3与动力头12之间摆动，且抓手能摆动至与动力头12位于同一竖直线的位置，以连接钻杆和动力头12。

参见图5所示，转动油缸21转动，带动抓手传动杆22转动，从而实现机械抓手23的移动，机械抓手23能够在抓手传动杆22的带动下抓取钻库31内的钻杆和岩心管，且能够将钻杆和岩心管移动至与动力头12位于同一竖直线的位置，同时能够抓取捞矛头42取出的岩心管并将该岩心管转移至钻库31内存储。

其中，当需要实现钻杆与钻杆的连接时，动力头12将正在使用的钻杆组件下方，同时保证卡盘16始终固定钻杆，机械抓手23在抓手传动杆22的带动下移动至动力头12的正下方，这样，动力头12转动和向下给进能够实现动力头12与新的钻杆的连接，同时新的钻杆的下端能够插入至正在使用的钻杆组件(钻杆组件的是多根相互连接的钻杆)中，从而实现了钻杆的延长，以便于继续钻探工作。

转动油缸21通过抓手传动杆22控制机械抓手23的旋转角度，使得机械抓手23能运移钻杆以及岩心管，卡盘16固定在立轴11的底座102上，用于接卸钻杆。

其中，机械抓手23可采用现有技术中的常规结构，本实施例中提供了一种机械抓手23的具体实施方式，参见图9所示，机械抓手23包括抓手油缸231、抓手座232和至少两个爪部233，抓手油缸231的伸缩端与所有爪部233的第一端均铰接，且所有爪部233均与抓手座232铰接，当抓手油缸231伸出时，推动两个爪部233相互分离，当抓手油缸231收缩时推动两个爪部233相互靠近。

立轴11下部设置的卡盘16也可采用上述与机械抓手23相同的结构。

实施例四

本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，本实施例的钻机100上还设置有调平机构5，参见图1、图2、图7和图8所示，调平机构5包括调平支架50和位于调平支架50上的支撑脚51、调平油缸52、收放油缸53以及角度调节油缸54，其中：调平支架50至少设置有两个，且每个调平支架50竖直固定在动力钻进机构1的边侧；参见图7所示，调平油缸52设置于调平支架50的底端，且其伸缩端连接有立板55，立板55滑动连接于调平支架50上，且立板55与支撑脚51一端的上表面铰接；当时调平油缸52伸缩时能够带动立板55在调平支架50的竖直方向上往复移动。

参见图7和图8所示，调平支架50上形成有滑轨56，滑轨56位于调平油缸52的上方，滑轨56的相对侧壁上设置有沿竖直方向延伸的滑孔561；参见图8所示，收放油缸53的伸缩端铰接于滑轨56的顶部，其固定端通过连接杆57与角度调节油缸54的伸缩端铰接，连接杆57水平延伸，且其两端延伸至对应滑孔561内；角度调节油缸54的固定端与支撑脚51另一端的上表面铰接。参见图7和图8，收放油缸53和角度调整油缸伸缩可以改变支撑脚51与水平方向的夹角，完成调平工作以及支撑脚51的收放。

上述调平机构5，钻机直接坐落在海床，通过调平油缸52、收放油缸53、角度调整油缸调整支撑脚51的收放以及姿态，保证钻机垂直于水平面进行钻探。

本发明的海底多头连续取样钻机，具体工作过程是：

1.钻机通过与下放回收结构6连接的缆绳下放至海底，在临近海床面时，调平机构5中的收放油缸53与角度调整油缸前进，使支撑脚51打开，并调整至与海床面平行，之后根据传感器测量所得数据，分别调整调平油缸52，保证钻杆垂直于海床面。

2.运移钻杆：转动油缸21带动抓手传动杆22，将机械抓手23调整至需要使用的钻杆面前，机械手抓取所需钻杆后，转动油缸21驱动使机械抓手23所持钻杆转动至与动力头12位于同一竖直线。

3.钻杆连接与给进：卡盘16夹紧钻杆200，同时液压马达141启动，动力通过传动轴142分别传递至四个立轴11，变速箱143调整转速，动力头12开始旋转，短给进油缸152开始前进，动力头12与钻杆螺纹连接，卡盘16松开，取芯钻探开始，短给进油缸152与长给进油缸151前进提供给进动力。

4.取芯作业：在一根钻杆完全给进后，取芯系统开始工作，绞车41下放捞矛头42打捞岩心管，机械抓手23抓取岩心管后，转动油缸21驱动使机械抓手23转到岩心管存储位置。

放入岩心管后，第一油缸321和第二油缸322配合运动使钻库31旋转一定角度，机械抓手23抓取未使用岩心管300，转动油缸21驱动使机械抓手23所持岩心管300转动至与动力头12呈一条竖直直线上，捞矛头42卡住岩心管300后下放岩心管至孔底，重复动作2，连接新钻杆200继续进行钻探作业。

本发明的海底多头连续取样钻机：传动轴142与立轴11的配合结构保证了在四个动力头12给进深度不同时、取芯作业时以及接卸钻杆时的钻机正常作业；变速箱143能改变钻进钻速以及方向以适应不同条件；本实施例中的四个机械爪手都分别能从钻库31中取出钻杆和岩心管，完成钻杆和岩心管的运移工作；整个钻机动力由液压系统提供，控制简单方便，使用安全可靠。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种海底多头连续取样钻机，其特征在于，包括钻机，所述钻机上具有动力钻进机构、钻具运移机构和钻具存储机构，其中：

所述动力钻进机构包括有两个以上，其包括立轴和用以与钻杆连接的动力头，其中，所述立轴竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，所述立轴与所述动力头传动连接能带动所述动力头转动，且所述动力头能上下移动给进；

所述钻具存储机构用于存储钻杆和岩心管，所述钻具运移机构用于抓取所述岩心管和所述钻杆并将所述岩心管和所述钻杆在所述钻具存储机构与所述动力钻进机构之间运移。

2.根据权利要求1所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻具存储机构包括有两个以上分别用于存储所述岩心管和所述钻杆的钻库，所有所述钻库间隔布置；

所有所述动力钻进机构围绕在所述钻库和所述钻具运移机构外，且每个所述动力钻进机构分别位于相邻两所述钻库之间的位置；

所述钻具运移机构位于相邻两所述钻库之间，且其用于抓取所述钻杆和所述岩心管的部分能在所述钻库和所述动力钻进机构之间移动。

3.根据权利要求1所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述动力钻进机构还包括有机架和回转系统，所述回转系统包括有驱动装置、传动轴和变速箱，其中：

所述立轴转动连接于所述机架上，所述机架的下部设置有用于夹持所述钻杆的卡盘；所述驱动装置位于所述钻机顶部，所述传动轴水平布置，且所述驱动装置的输出轴与所有所述传动轴传动连接，每根所述传动轴的另一端分别与对应所述立轴的顶端传动连接，所述驱动装置转动能带动所有所述立轴以自身轴线为中心转动；

所述变速箱位于所述立轴上，所述变速箱内存在有主动轮，所述主动轮固定套设在所述立轴外，所述动力头包括有竖直布置的螺纹连接部，所述螺纹连接部的上端固定有从动轮，所述主动轮与所述从动轮啮合传动以使所述螺纹连接部在所述立轴的带动下转动；所述螺纹连接部的下部设置有用以与所述钻杆螺纹连接的外螺纹端。

4.根据权利要求3所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述动力钻进机构还包括有给进系统，所述给进系统包括有长给进油缸、短给进油缸、上滑座和下滑座，其中：

所述上滑座和所述下滑座均滑动连接于所述机架上，且两者在竖直方向上间隔布置，所述变速箱和所述动力头均连接于所述下滑座上；

所述长给进油缸竖直布置，且其伸缩端与所述上滑座铰接；所述短给进油缸的固定端铰接于所述下滑座上，且其伸缩端与所述上滑座铰接。

5.根据权利要求2所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻库包括有中心轴、转盘和固定盘，其中：

所述中心轴竖直布置于所述钻机的底座上，存在两个所述转盘分别转动连接于所述中心轴的上、下两端，所述转盘能以所述中心轴的轴线为转轴转动；

所述固定盘水平布置并固定在两所述转盘之间，所述固定盘上设置有用于卡固所述钻杆和/或所述岩心管的卡槽。

6.根据权利要求5所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻具存储机构还包括有用于带动所述转盘转动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括支架、第一油缸和第二油缸，其中：

所述支架固定在所述钻机的底座上，所述第一油缸水平布置，其伸缩端与所述支架铰接，其固定端上设置有穿孔；

所述第二油缸通过连接板与所述中心轴连接，所述第二油缸竖直布置，且其伸缩端朝下设置并连接有插销部，所述插销部穿过所述第一油缸端部的所述穿孔并能在所述穿孔内上下移动；所述插销部向下移动时能与所述转盘连接，所述第一油缸伸缩时能推动与所述插销部相连接的所述转盘转动，且当所述插销部向上移动时能与所述转盘分离。

7.根据权利要求6所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述转盘上分布有插孔，所有所述插孔围绕所述转盘的中心间隔布置有一周，所述插销部向下移动时能伸入至对应所述插孔内，并与所述转盘连接。

8.根据权利要求1所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻具运移机构包括转动油缸、抓手传动杆和机械抓手，其中：

所述抓手传动杆竖直布置，所述转动油缸的驱动端通过水平连接件与所述抓手传动杆的上端固定连接，所述机械抓手在所述抓手传动杆上设置有一个或两个以上；所述转动油缸能带动所述抓手传动杆在所述钻具存储机构与所述动力头之间摆动，且所述抓手能摆动至与所述动力头位于同一竖直线的位置，以连接所述钻杆和所述动力头。

9.根据权利要求1所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻机的顶部还设置有取心机构，且每个所述动力钻进机构上均连接一个所述取心机构，所述取心机构包括绞车和捞矛头，其中：所述绞车上缠绕有绳索，所述绞车用于回收或释放所述绳索，所述捞矛头固定在所述绳索的自由端，且所述捞矛头位于所述动力头的正上方。

10.根据权利要求1所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻机上还设置有调平机构，所述调平机构包括调平支架和位于所述调平支架上的支撑脚、调平油缸、收放油缸以及角度调节油缸，其中：

所述调平支架至少设置有两个，且每个所述调平支架竖直固定在所述动力钻进机构的边侧；

所述调平油缸设置于所述调平支架的底端，且其伸缩端连接有立板，所述立板滑动连接于所述调平支架上，且所述立板与所述支撑脚一端的上表面铰接；

所述调平支架上形成有滑轨，所述滑轨位于所述调平油缸的上方，所述滑轨的相对侧壁上设置有沿竖直方向延伸的滑孔；

所述收放油缸的伸缩端铰接于所述滑轨的顶部，其固定端通过连接杆与所述角度调节油缸的伸缩端铰接，所述连接杆水平延伸，且其两端延伸至对应所述滑孔内；所述角度调节油缸的固定端与所述支撑脚另一端的上表面铰接。

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