CN114198024B - 深水钻孔套管定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深水钻孔套管定位装置，包括套管、钻杆、钻孔结构、限位结构和驱动组件，套管一端设于船体，另一端垂直向下延伸；钻杆设于套管内侧，钻杆的上端通过钻杆锁接头提引器与船体连接；钻孔结构包括连接于钻杆下端的钻头；限位结构包括设于钻头上方的固定座和两个限位块，两个限位块设于钻杆外周壁的相对两侧，并与固定座滑动连接，以具有背向移动至套管外侧的支撑位置和相向移动至套管内的让位位置；驱动组件驱动限位块在支撑位置和让位位置之间切换。通过限位块在支撑位置对套管进行支撑，钻头先进入软弱覆盖层实现钻进功能，保证套管着床条件良好时，限位块从支撑位置到让位位置，套管下落着床，保证了后续钻孔工作的顺利展开。
Description
技术领域
本发明涉及水域工程勘察领域，尤其涉及一种深水钻孔套管定位装置。
背景技术
在地质勘察过程中，会遇到具有较大水深与软弱覆盖层的水上勘探钻孔，为了使钻孔工作顺利进行，常采取下入套管的方式以保护钻孔与钻孔定位。传统的套管下入方式是先下套管，后进行钻孔，因水下地面多为斜面，导致套管常出现折断或偏离原钻孔的现象，不但费时费力、效率低下，而且常出现套管无法着床的现象，无法保证后续钻孔工作的顺利开展。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种深水钻孔套管定位装置，旨在解决套管因水下地面倾斜无法着床的问题。
本发明的实施例提供一种深水钻孔套管定位装置，包括：
套管，所述套管一端设于船体，另一端垂直向下延伸设置；
钻杆，设于所述套管内侧，并与所述套管同轴心设置，所述钻杆的上端通过钻杆锁接头提引器与所述船体连接，以具有沿上下向活动的活动行程；
钻孔结构，包括钻头，所述钻头连接于所述钻杆的下端；
限位结构，包括固定座和两个限位块，所述固定座设于所述钻头的上方，两个所述限位块设于所述钻杆外周壁的相对两侧，并与所述固定座滑动连接，以具有背向移动至所述套管外侧的支撑位置和相向移动至所述套管内的让位位置；以及，
驱动组件，驱动两个所述限位块在所述支撑位置和所述让位位置之间切换。
可选地，所述限位结构还包括与两个所述限位块一一对应的两个第一弹簧和两个换向片，每一所述第一弹簧的两端分别与所述限位块和所述钻杆连接，每一所述换向片的一端与所述限位块铰接，另一端与所述钻杆固定连接；
所述固定座上设有一下方开口的活动腔体，所述钻头中心贯设有一通孔，所述开口与所述通孔相连通；
所述驱动组件包括：
顶杆，一端与所述钻杆的下端固定连接，另一端穿设于所述通孔向下延伸；
第二弹簧，套设于所述钻杆外周璧，所述第二弹簧的两端分别与所述顶杆的上端面和所述活动腔体的顶壁面相抵接，以使得所述顶杆具有伸出所述通孔和缩回所述活动腔体内的活动行程。
可选地，所述限位结构还包括套设于所述钻杆下端外壁的钻杆套和与两个所述限位块一一对应的两个第一弹簧和两个换向片，所述钻杆套的外侧壁自上至下逐渐向中心倾斜设置，每一所述第一弹簧的两端分别与所述限位块和所述钻杆套连接，每一所述换向片的一端与所述限位块固定连接，另一端与所述钻杆套相抵接；
所述固定座上设有一下方开口的活动腔体，所述钻头中心贯设有一通孔，所述开口与所述通孔相连通；
所述驱动组件包括：
顶杆，一端与所述钻杆的下端固定连接，另一端穿设于所述通孔向下延伸；
第二弹簧，套设于所述钻杆外周璧，所述第二弹簧的两端分别抵接在所述顶杆的上端面和所述活动腔体的顶壁面上，以使得所述顶杆具有伸出所述通孔和缩回所述活动腔体内的活动行程。
可选地，所述换向片为直杆或呈L型折弯杆。
可选地，所述顶杆的上端面直径大于所述通孔的直径。
可选地，所述钻杆和顶杆均贯设有沿上下向延伸的排浆孔，所述钻杆和所述顶杆上的排浆孔相连通。
可选地，还包括套管夹，所述套管通过所述套管夹与所述船体相结合。
可选地，还包括保险绳，所述保险绳的一端与所述套管夹连接，所述保险绳的另一端与所述套管的下端连接。
可选地，还包括定位绳，所述定位绳的一端与所述套管的中部连接，所述定位绳的另一端绕设于所述船体上的绞罐上。
可选地，所述绞罐位于船头，所述套管安装于船尾或船体中部。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的深水钻孔套管定位装置通过在钻杆下端，即钻杆底部安装钻孔结构，对于软弱覆盖层可以实现钻进功能，从而使得钻杆带动套管更容易进入基岩面，同时对于倾斜的水下地面，也可以通过钻孔结构钻孔将其钻平整后套管再着床，钻头安装在钻杆的下端，可以实现边下套管边钻孔的功能，使得套管顺利放置于基岩面上，保证钻孔稳定，隔绝砂砾卵石等不利异物进入钻孔。在钻头的上方设置固定座和两个限位块，限位块与固定座滑动连接，可以使得在支撑位置时，对套管进行支撑，将套管支撑于钻孔结构的上方，防止其下落着床后偏离原钻孔的位置，由钻孔结构先进行钻孔，保证套管着床条件良好时，再通过驱动组件驱动限位块从支撑位置到让位位置，此时套管下落着床，保证了后续钻孔工作的顺利展开。
附图说明
图1是本发明提供的深水钻孔套管定位装置的一实施例的示意图；
图2是图1中A部分的放大示意图。
图中：深水钻孔套管定位装置100、套管1、钻杆2、排浆孔21、钻头3、限位结构4、固定座41、活动腔体411、限位块42、第一弹簧43、换向片44、驱动组件5、顶杆51、第二弹簧52、套管夹6、保险绳7、定位绳8、船体200、钻杆锁接头提引器300、绞罐400。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图2，本发明提供的一种深水钻孔套管定位装置100，包括套管1、钻杆2、钻孔结构、限位结构4和驱动组件5，所述套管1一端设于船体200，另一端垂直向下延伸设置；钻杆2设于所述套管1内侧，并与所述套管1同轴心设置，所述钻杆2的上端通过钻杆锁接头提引器300与所述船体200连接，以具有沿上下向活动的活动行程；钻孔结构包括钻头3，所述钻头3连接于所述钻杆2的下端；限位结构4包括固定座41和两个限位块42，所述固定座41设于所述钻头3的上方，两个所述限位块42设于所述钻杆2外周壁的相对两侧，并与所述固定座41滑动连接，以具有背向移动至所述套管1外侧的支撑位置和相向移动至所述套管1内的让位位置；驱动组件5用于驱动两个所述限位块42在所述支撑位置和所述让位位置之间切换。
通过在钻杆2下端，即钻杆2底部安装钻孔结构，对于软弱覆盖层可以实现钻进功能，从而使得钻杆2带动套管1更容易进入基岩面，同时对于倾斜的水下地面，也可以通过钻孔结构钻孔将其钻平整后套管1再着床，钻头3安装在钻杆2的下端，可以实现边下套管1边钻孔的功能，使得套管1顺利放置于基岩面上，保证钻孔稳定，隔绝砂砾卵石等不利异物进入钻孔。在钻头3的上方设置固定座41和两个限位块42，限位块42与固定座41滑动连接，可以使得在支撑位置时，对套管1进行支撑，将套管1支撑于钻孔结构的上方，防止其下落着床后偏离原钻孔的位置，由钻孔结构先进行钻孔，保证套管1着床条件良好时，再通过驱动组件5驱动限位块42从支撑位置到让位位置，此时套管1下落着床，保证了后续钻孔工作的顺利展开。
此处，不仅仅限于两个限位块42，也可以是多个限位块42均布设于钻杆2的周向。
在本实施例中，参照图2所示，所述限位结构4还包括与两个所述限位块42一一对应的两个第一弹簧43和两个换向片44，每一所述第一弹簧43的两端分别与所述限位块42和所述钻杆2连接，每一所述换向片44的一端与所述限位块42铰接，另一端与所述钻杆2固定连接；所述固定座41上设有一下方开口的活动腔体411，所述钻头3中心贯设有一通孔，所述开口与所述通孔相连通；所述驱动组件5包括顶杆51和第二弹簧52，顶杆51一端与所述钻杆2的下端固定连接，另一端穿设于所述通孔向下延伸；第二弹簧52套设于所述钻杆2外周璧，所述第二弹簧52的两端分别与所述顶杆51的上端面和所述活动腔体411的顶壁面相抵接，以使得所述顶杆51具有伸出所述通孔和缩回所述活动腔体411内的活动行程。
在本实施例中，限位块42通过换向片44和第一弹簧43与钻杆2连接，通过换向片44与第一弹簧43的长度将限位块42顶出至套管1外，以至于限位块42处于支撑位置，对套管1进行支撑，此时，第一弹簧43处于拉伸状态；在钻头3穿过软弱覆盖层后，或钻头3钻孔后，达到套管1着床的条件时，顶杆51遇到基岩面向上活动，并带动钻杆2一起向上活动，从而钻杆2带动换向片44向上活动，从而第一弹簧43复位，带动限位块42由支撑位置到让位位置，此时套管1无支撑，在重力作用下下降至基岩面着床。其中，第二弹簧52用于顶杆51的复位。
进一步地，在另一实施例中(图中未画出)，所述限位结构4还包括套设于所述钻杆2下端外壁的钻杆套和与两个所述限位块42一一对应的两个第一弹簧43和两个换向片44，所述钻杆套的外侧壁自上至下逐渐向中心倾斜设置，每一所述第一弹簧43的两端分别与所述限位块42和所述钻杆套连接，每一所述换向片44的一端与所述限位块42固定连接，另一端与所述钻杆套相抵接；所述固定座41上设有一下方开口的活动腔体411，所述钻头3中心贯设有一通孔，所述开口与所述通孔相连通；所述驱动组件5包括顶杆51和第二弹簧52，顶杆51一端与所述钻杆2的下端固定连接，另一端穿设于所述通孔向下延伸；第二弹簧52套设于所述钻杆2外周璧，所述第二弹簧52的两端分别抵接在所述顶杆51的上端面和所述活动腔体411的顶壁面上，以使得所述顶杆51具有伸出所述通孔和缩回所述活动腔体内的活动行程。
在这一实施例中，由于钻杆套的外侧壁自上至下逐渐向中心倾斜设置，换向片44在钻杆套外壁的抵接下向外活动至套管1外至支撑位置对套管1进行支撑，此时，第一弹簧43处于拉伸状态；在钻头3穿过软弱覆盖层后，或钻头3钻孔后，达到套管1着床的条件时，顶杆51遇到基岩面向上活动，并带动钻杆2一起向上活动，从而钻杆2带动钻杆套向上活动，钻杆套下方的直径小于钻杆套上方的直径，第一弹簧43复位，换向片44始终与钻杆套外壁相抵触，由上至下逐渐向中心倾斜设置的钻杆套为换向片44让位，从而带动限位块42由支撑位置到让位位置，此时套管1无支撑，在重力作用下下降至基岩面着床。
进一步地，所述换向片44为直杆或呈L型折弯杆。在本实施例中，换向片44为L型折弯杆，与限位块42铰接后，在钻杆2上移过程中，L型折弯杆转动的效果更好。在另一实施例中，换向片44采用直杆即可。当然，两个实施例中，换向片44均可采用直杆或L型折弯杆。
进一步地，所述顶杆51的上端面直径大于所述通孔的直径。通过设置顶杆51的上端面直径大于通孔的直径，一方面可以保证顶杆51始终有一部分在活动腔体411内，在顶杆51下降过程中，可以对钻杆2起到限位作用，防止钻杆2过渡下降，在没有到达套管1着床位置时，向下拉动换向片44，从而使得限位块42提前到达让位位置；另一方面，便于第二弹簧52的安装，使得其能对顶杆51起到复位作用。
进一步地，所述钻杆2和顶杆51内均贯穿设有排浆孔21，排浆孔21的方向沿上下向延伸设置，所述钻杆2和所述顶杆51上的排浆孔21相连通。通过在钻杆2和顶杆51内设置排浆孔21，当套管1下入软覆盖层时钻头3钻孔时，钻孔时产生的泥浆可以从排浆孔21内排出。
进一步地，还包括套管夹6，所述套管1通过所述套管夹6与所述船体200相结合。通过现有的套管夹6将套管1与船体200相结合，安装方便，且省时省力，此处不过多赘述。
进一步地，还包括保险绳7，所述保险绳7的一端与所述套管夹6连接，所述保险绳7的另一端与所述套管1的下端连接。保险绳7一端与套管夹6连接，另一端与套管1下端或中部连接，保险绳7是沿套管1的延伸方向延伸的，可以使得套管1发生断裂时，保证部分套管1不发生丢失。
进一步地，还包括定位绳8，所述定位绳8的一端与所述套管1的中部连接，所述定位绳8的另一端绕设于所述船体200上的绞罐400上。定位绳8一端固定在套管1的中部，另一端绕设于船体200的绞罐400上，可以固定套管1的中心位置，使其受水流的冲击后不发生偏移。
进一步地，所述绞罐400位于船头，所述套管1安装于船尾或船体200中部。绞罐400位于船头，套管1安装于船尾或船体200中部，又或者绞罐400位于船尾，套管1安装于船头或船体200中部，此时定位绳8、套管1和船体200能形成一个稳定的三角形，从而保证套管1的稳定性，减小水流对套管1冲击的影响。
本发明的设计结构简单实用，零部件加工容易，其结构加工工艺简单易行，生产成本不会增加太多，装配简洁，与现有的普通钻杆2连接即可实现。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种深水钻孔套管定位装置，其特征在于，包括：
套管，所述套管一端设于船体，另一端垂直向下延伸设置；
钻杆，设于所述套管内侧，并与所述套管同轴心设置，所述钻杆的上端通过钻杆锁接头提引器与所述船体连接，以具有沿上下向活动的活动行程；
钻孔结构，包括钻头，所述钻头连接于所述钻杆的下端；
限位结构，包括固定座和两个限位块，所述固定座设于所述钻头的上方，两个所述限位块设于所述钻杆外周壁的相对两侧，并与所述固定座滑动连接，以具有背向移动至所述套管外侧的支撑位置和相向移动至所述套管内的让位位置；以及，
驱动组件，驱动两个所述限位块在所述支撑位置和所述让位位置之间切换；
其中，所述固定座上设有一下方开口的活动腔体，所述钻头中心贯设有一通孔，所述开口与所述通孔相连通；
所述驱动组件包括：
顶杆，一端与所述钻杆的下端固定连接，另一端穿设于所述通孔向下延伸；
第二弹簧，套设于所述钻杆外周璧，所述第二弹簧的两端分别与所述顶杆的上端面和所述活动腔体的顶壁面相抵接，以使得所述顶杆具有伸出所述通孔和缩回所述活动腔体内的活动行程；
所述限位结构还包括与两个所述限位块一一对应的两个第一弹簧和两个换向片，每一所述第一弹簧的两端分别与所述限位块和所述钻杆连接，每一所述换向片的一端与所述限位块铰接，另一端与所述钻杆固定连接。
2.如权利要求1所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，所述换向片为直杆或呈L型折弯杆。
3.如权利要求1所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，所述顶杆的上端面直径大于所述通孔的直径。
4.如权利要求1所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，所述钻杆和顶杆均贯设有沿上下向延伸的排浆孔，所述钻杆和所述顶杆上的排浆孔相连通。
5.如权利要求1所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，还包括套管夹，所述套管通过所述套管夹与所述船体相结合。
6.如权利要求5所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，还包括保险绳，所述保险绳的一端与所述套管夹连接，所述保险绳的另一端与所述套管的下端连接。
7.如权利要求1所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，还包括定位绳，所述定位绳的一端与所述套管的中部连接，所述定位绳的另一端绕设于所述船体上的绞罐上。
8.如权利要求7所述的深水钻孔套管定位装置，其特征在于，所述绞罐位于船头，所述套管安装于船尾或船体中部。
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- 2021-11-02 CN CN202111286976.6A patent/CN114198024B/zh active Active
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