CN115852929A - 井下式静力触探成套施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下式静力触探成套施工装置，包括：钻塔；套管贯入单元，其包括：套管、海底钳；套管动力机构；静探贯入单元，其包括：静探组件、静探组件动力机构、电缆线。本发明的套管直径大、套管管壁厚，一是增加对探杆的保护，二是静探组件和压力管可伸入套管内；本发明采用水压作为动力贯入探杆，一是柔性的压力管可伸入套管内部，二是采用水压贯入探杆，探杆的贯入力大，杜绝了传统施工设备容易产生的液压油污染海洋的问题。

Description

井下式静力触探成套施工装置

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种井下式静力触探成套施工装置。

背景技术

海上风电场施工需要详细了解工程区海底各土层的土质特征，求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等。静力触探是海底土力学调查的重要手段，具有快速、准确的优点。

静力触探是指利用压力装置将有触探头的探杆压入试验土层，通过量测系统测土的贯入阻力，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。目前国内探杆贯入方式有油缸式，挤压轮式，在申请号为“CN2019114101829，一种海上静力触探方法及装置”专利中，公开一种用夹持机构夹紧探杆，液压缸带动夹持机构上下往复运动来贯入探杆的贯入方式，这是油缸式。在申请号为“CN2022114003705，四轮挤压驱动贯入装置及贯入方法”的专利中，采用四个挤压轮夹紧探杆，液压马达驱动四个挤压轮转动来贯入探杆的贯入方式，这是挤压轮式。油缸或挤压轮贯入探杆，一是探杆贯入到深处后，探杆贯入力不足，易发生探杆弯曲、折断的问题，二是油缸或挤压轮均需要用到液压油缸，存在液压油污染海洋的问题。

当对深海域的工程区海底进行静力触探实验时，采用先下套管，再在套管内下探杆的方式进行施工，套管对探杆起到保护作用。由于套管直径小、力学性能差，套管对探杆保护有限，以及采用油缸或挤压轮施加贯入力的方式，施工船上的油缸直接驱动探杆、或夹持机构夹紧探杆，油缸驱动夹持机构、或挤压轮直接挤压探杆，探杆需从施工船上一直连接到海床深处，因此要竖向连接几十节探杆，探杆总长度达几十米到上百米，探杆数量太多，探杆总长度过长带来的问题，一是探杆容易弯曲，存在数据采集误差大、数据采集困难的问题，二是施工工期太长。并且液压油缸产生的液压油容易污染海洋。

发明内容

本发明提供一种井下式静力触探成套施工装置，其使用的探杆数量少、长度短，适合深海静力触探，施工周期短，对海洋环境无污染。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种井下式静力触探成套施工装置，包括：

钻塔，其固定在甲板上，所述钻塔的底部设有具有预留孔的井口板；

套管贯入单元，其包括：

套管，其为穿过所述预留孔的贯通管，所述套管的顶部管口处设置连接螺纹；

海底钳，其设置于所述井口板的下方，所述海底钳包括两个套管夹紧块以夹紧或松开所述套管；

套管动力机构，其包括液压马达动力箱和导轨部件，所述液压马达动力箱的输出轴与套管管口螺纹连接；一对导轨部件于所述钻塔的内部、井口板上方设置于套管两侧，所述导轨部件包括竖直设置的导轨，所述液压马达动力箱设有与导轨配合的滑轮，使得所述液压马达动力箱驱动所述套管向下贯入或者向上提升；

静探贯入单元，其包括：

静探组件，其包括自上而下依次设置的贯入杆、探杆和多功能高精度探头，所述贯入杆可活动地沿轴向伸入所述套管，所述探杆的上部密封伸入所述贯入杆的内腔中且与所述贯入杆滑动连接，所述探杆的顶部设置活塞以将所述贯入杆的内腔分隔为密封、体积可变的注水空间，所述探杆的底部连接多功能高精度探头；

静探组件动力机构，其包括水压动力箱和压力管，所述压力管与贯入杆管口螺纹连接，所述压力管的一端与所述水压动力箱连通，另一端密封伸入所述贯入杆，使得所述压力管连通所述贯入杆的注水空间，所述压力管向所述注水空间注水以形成水压推动所述活塞，所述活塞推动所述探杆、多功能高精度探头向海底土层贯入；

电缆线，其与压力管平行布置组合成脐带缆，电缆线输入端与所述多功能高精度探头连接，其输出端依次穿过所述探杆、活塞，最后从贯入杆的顶部管口伸出。

优选的是，所述套管贯入单元还包括拧管机，所述拧管机设置于所述井口板，所述拧管机设置有套管的进出孔，所述进出孔与所述预留孔同轴设置。

优选的是，所述套管包括多节子套管，多节子套管依次竖向连接。

优选的是，所述探杆包括2～4节子探杆，子探杆依次竖向连接，一节子探杆长1～1.2米，所述贯入杆长1～1.2米。

优选的是，所述导轨部件设置在底座上，所述底座设置于所述井口板上，所述底座的底部设置有油缸、水平滑动导轨以使所述导轨部件在所述井口板上滑动，导轨竖直向上设置于所述底座上，导轨的内侧设置导轨面，所述滑轮设置于所述液压马达动力箱的外侧，所述滑轮沿所述导轨面上下往复运动，带动所述液压马达动力箱沿导轨面上下往复移动，所述导轨部件还包括倾斜设置在所述底座与导轨之间的斜撑。

优选的是，所述探杆和多功能高精度探头之间通过螺纹连接。

优选的是，所述水压动力箱的内部设有静探组件卷扬。

优选的是，所述贯入杆外壁设有沿径向伸缩的伸缩键销组件，所述伸缩键销组件包括键销帽以及设置键销帽与贯入杆之间的弹簧，所述套管内壁设有与所述键销帽相适应的键槽，以实现所述贯入杆与所述套管相对固定或者活动。

本发明进一步要求保护一种井下式静力触探成套施工贯入方法，应用所述的井下式静力触探成套施工装置，包括贯入步骤：

第一步：套管穿过预留孔，液压马达动力箱的输出轴与套管顶部管口螺接，液压马达动力箱沿两条导轨上下往复移动，驱动所述套管向海床下钻入，套管钻入到位后，海底钳夹紧套管；

第二步：液压马达动力箱与套管分离，静探组件、电缆线和压力管伸入套管内，静探组件下放至套管底部到位后，贯入杆与套管固定，水压动力箱向压力管注水，压力管向注水空间注入压力水，水压推动活塞，活塞推动探杆、多功能高精度探头向海底土层贯入，多功能高精度探头通过电缆线传输贯入土层的各种阻力数据。

优选的是，所述的井下式静力触探成套施工贯入方法还包括起拔步骤：

第一步：水压动力箱停止供水压，解除贯入杆与套管的固定，将静探组件、压力管、电缆线吊装至甲板；

第二步：海底钳松开套管，套管卷扬机带动套管上升，直到套管起拔完成。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明的套管直径大、套管管壁厚，一是增加对探杆的保护，二是静探组件和压力管可伸入套管内；本发明采用水压作为动力贯入探杆，一是柔性的压力管可伸入套管内部，压力管到达施工面附近，因此仅需2～4节探杆，探杆总长度不超过5米即可快速的到达施工面，相较传统施工，需要使用几十米到上百米探杆进行施工要求，本发明缩短了生产工期，提高了生产效率，节约了施工成本。二是采用压力管贯入探杆，压力管伸入到距离施工地面很近的位置，贯入力大，传统贯入方式由于贯入油缸、挤压轮在施工船上，探杆到达海床深处后贯入力不足，探杆在贯入力不足的情况下容易弯曲、折断，与油缸或挤压轮传统贯入方式相比，压力管贯入探杆降低了探杆的弯曲、折断情况，采集土层贯入阻力数据更简单、容易，且杜绝了传统施工设备容易产生的液压油污染海洋的问题。

第二、本发明的套管直径大、套管管壁厚，套管的上端被施工船固定，套管的下部被海底钳夹持，套管及套管内的探杆不会因洋流的冲刷而弯曲、折断，可在洋流流速大的复杂环境中施工，适合深海海域、风浪大、洋流急的施工环境。

第三、本发明采用多功能高精度探头，在施工中随着探杆的贯入，多功能高精度探头及时的将土层贯入阻力数据传入到电脑进行分析及储存，与传统数据采集方法相比，数据采集快，做到了边施工边完成数据分析、储存和数据输出。

第四、本发明的电缆线的输入端连接多功能高精度探头，输出端穿过探杆，再从套管穿出，为保护电缆线，采用在探杆的上端连接贯入杆的方式，避免探杆与压力管直接接触而损坏电缆线。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的钻塔和套管贯入单元的主视图；

图2为本发明所述的竖直设置的导轨和斜撑的侧视图；

图3为本发明所述的导轨部件的放大图；

图4为本发明所述的海底钳夹紧套管的结构示意图；

图5为本发明所述的静探贯入单元的结构示意图；

图6为本发明所述的静探组件的的结构示意图；

图7为本发明所述的静探组件与水压动力箱结构示意图。

如图所示：100、钻塔；110、脐带缆自滑轮；200、井口板；210、预留孔； 310、套管；320、海底钳；330、套管动力机构；331、液压马达动力箱；332、导轨部件；3311、滑轮；3321、底座；3322、导轨；3323、斜撑；400、静探贯入单元；410、静探组件；411、贯入杆；412、探杆；413、多功能高精度探头；414、注水空间；4111、活塞；420、静探组件动力机构；421、水压动力箱；422、压力管；430、电缆线；500、拧管机；600、套管卷扬机；700、海底钳卷扬机；800、液压马达卷扬机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并不是指示或暗示所指的装置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。

如图1-7所示，本发明提供一种井下式静力触探成套施工装置，包括：

钻塔100，其固定在甲板上，所述钻塔100的底部设有具有预留孔210的井口板200；

套管贯入单元，其包括：

套管310，其为穿过所述预留孔210的贯通管，所述套管310的顶部管口处设置连接螺纹；

海底钳320，其设置于所述井口板200的下方，所述海底钳320包括两个套管夹紧块以夹紧或松开所述套管310；

套管动力机构330，其包括液压马达动力箱331和导轨部件332，所述液压马达动力箱331的输出轴与套管310管口螺纹连接；一对导轨部件332于所述钻塔100的内部、井口板200上方设置于套管两侧，所述导轨部件332包括导轨3322，所述液压马达动力箱331设有与导轨3322配合的滑轮3311，使得所述液压马达动力箱331驱动所述套管310向下贯入或者向上提升；

静探贯入单元400，其包括：

静探组件410，其包括自上而下依次设置的贯入杆411、探杆412和多功能高精度探头413，所述贯入杆411可活动地沿轴向伸入所述套管310，所述探杆412的上部密封伸入所述贯入杆411的内腔中且与所述贯入杆411滑动连接，所述探杆412的顶部设置活塞4111以将所述贯入杆411的内腔分隔为密封、体积可变的注水空间414，所述探杆412的底部连接多功能高精度探头413；

静探组件动力机构420，其包括水压动力箱421和压力管422，所述压力管422与贯入杆411管口螺纹连接，所述压力管422的一端与所述水压动力箱421连通，另一端密封伸入所述贯入杆411，使得所述压力管422连通所述贯入杆411的注水空间，所述压力管422向所述注水空间414注水以形成水压推动所述活塞4111，所述活塞4111推动所述探杆412、多功能高精度探头413向海底土层贯入；

电缆线430，其与压力管422平行布置组合成脐带缆，电缆线输入端与所述多功能高精度探头413连接，其输出端依次穿过所述探杆412、活塞4111，最后从贯入杆411的顶部管口伸出，然后同压力管422一起悬挂在脐带缆自滑轮110上。

在上述技术方案中，井下式静力触探成套施工装置放置在施工船的甲板上，钻塔100固定在甲板上，钻塔100为具有一定高度和跨度的金属桁架，钻塔100的顶部设置有脐带缆自滑轮110，用于悬挂压力管422、电缆线430组成的脐带缆，钻塔100的内部有一定的操作空间，钻塔100内部操作空间的底部、甲板上固定井口板200，井口板200上设置有上下贯通的预留孔210，预留孔210用于套管310穿过，其中井口板200还用于放置导轨部件332。

甲板上设置有套管卷扬机600、液压马达卷扬机800、海底钳卷扬机700，分别用于提升或下放套管310、液压马达动力箱331、海底钳320。套管卷扬机600、海底钳卷扬机700、液压马达卷扬机800在提升或下放套管310、海底钳320、液压马达动力箱331的操作过程中，各个卷扬机的钢丝绳均需悬吊在钻塔顶端的滑轮上，以控制各种卷扬机钢丝绳的释放或回收，从而实现提升或下放的操作。

套管贯入单元包括套管310、海底钳320和套管动力机构330。套管动力机构330包括液压马达动力箱331和导轨部件332。液压马达动力箱331是套管310钻入海底的动力部件，液压马达动力箱331下方的输出轴与套管310的顶部管口螺接，套管310的顶部管口处设有与输出轴配合的连接螺纹，液压马达动力箱331的上部由液压马达卷扬机800悬吊，液压马达动力箱331沿导轨部件332的竖向上下移动，依靠液压马达动力箱331自身重力下压套管310，套管310下端装有钻头，液压马达动力箱331产生旋转动力，驱动套管310向海底钻入。

其中液压马达动力箱331与导轨部件332的连接关系为：导轨部件332设置在井口板200上，导轨部件332是竖向的支撑结构，导轨部件332的底部设有底座3321，底座3321可在井口板200上滑动，导轨部件332的竖向设有两条导轨3322，液压马达动力箱331上设置有滑轮3311，滑轮3311沿两条导轨3322上下移动，从而使液压马达动力箱331可沿导轨部件332的竖向上下移动，液压马达动力箱331依靠自身重力下压套管310并使套管310旋转向海床下贯入。

其中液压马达动力箱331下方的输出轴与套管310的顶部管口处是螺纹连接，套管310的顶部管口处的连接螺纹为内螺纹，输出轴有外螺纹，使液压马达动力箱331与套管310连接。

海底钳320由海底钳卷扬机700下放至海床面，当套管310贯入到位后，海底钳320的两个套管夹紧块夹紧套管310位于海床面上的部分，对套管310的下部进行固定；当需要起拔套管310时，海底钳320的两个套管夹紧块松开套管310。

静探贯入单元400包括静探组件410、静探组件动力机构420和电缆线430。静探组件410伸入套管310内部，在套管310的保护下向海床下贯入，静探组件动力机构420是静探组件410贯入的动力，静探组件410获取土层贯入阻力数据，再由电缆线430传输数据。

静探组件410包括由上至下依次连接的贯入杆411、探杆412和多功能高精度探头413，在进行静力触探前，组装好静探组件410。组装静探组件410时，探杆412自贯入杆411的底部伸入贯入杆411，探杆412的顶部低于贯入杆411的顶部，贯入杆411的顶部与探杆412的顶部之间预留一定贯入杆长度，此部分贯入杆411用于伸入压力管422、以及形成注水空间414。探杆412的顶部、贯入杆411内部设置活塞4111，贯入杆411的底部与探杆412为滑动连接，使探杆412的上部密封于贯入杆411，探杆412形成活塞4111的推杆，活塞4111可以推动探杆412在贯入杆411内移动，贯入杆内的空气在活塞的压力下排除。

静探组件动力机构420包括水压动力箱421和压力管422，压力管422的上端与水压动力箱421连通，压力管422的末端伸入贯入杆411，压力管422的外壁有外螺纹，贯入杆411的顶部管口有内螺纹，使压力管422与贯入杆411连接。压力管422与贯入杆411的顶部之间设置密封圈，使压力管422与贯入杆411密封，压力管422的末端与活塞4111之间形成密封的注水空间414，水压动力箱421向压力管422提供水压，压力管422向注水空间414内注入压力水，水压推动活塞4111，活塞4111推动探杆412、多功能高精度探头413向海床下贯入。其中下放静探组件410前，完成静探组件410的组装、完成压力管422与贯入杆411的连接。下放静探组件410时，静探组件410、压力管422、电缆线430一同下放到套管310里，提升静探组件410时，静探组件410、压力管422、电缆线430一同提升。

电缆线430起到数据传输作用，电缆线430的输入端与多功能高精度探头413连接，电缆线430的输出端依次从探杆412的内部、活塞4111、贯入杆411穿出。电缆线430随静探组件410伸入套管310内，电缆线430的输出端依次穿过探杆412内部、活塞4111、贯入杆411，再从套管310伸出，电缆线430不与压力管422直接接触，避免电缆线430损坏。其中电缆线430从活塞4111、贯入杆411伸出的部位密封。

操作时，先贯入套管310，套管310在套管卷扬机600的悬吊下下放至海底，下放套管310过程中，套管310穿过预留孔210，当套管310的底部下放至海床面，停止套管310的下放，然后用液压马达动力箱331进行套管310的贯入。液压马达动力箱331的输出轴与套管310的顶部管口处螺纹连接，液压马达动力箱331的上部被液压马达卷扬机800悬吊，液压马达动力箱331沿导轨部件332的竖向由上至下移动，依靠液压马达动力箱331自身重力下压套管310，同时液压马达动力箱331的输出轴带动套管310旋转，套管310向海床下贯入。套管310贯入到位后，海底钳320夹紧套管310位于海床底面上的部分，这样套管310的下部被海底钳320夹紧，套管310的上部由套管卷扬机600悬吊，由于施工船作业时已被多个船锚固定住，所以施工船是固定的，因此套管310的上部是固定的，套管310的上部、下部被固定后，进行静探组件410的贯入操作。

将组装好的静探组件410在静探组件卷扬的悬吊下伸入套管310内，此时压力管422已伸入贯入杆411内并与贯入杆411连接，压力管422、电缆线430随静探组件410下放至套管310内部。静探组件410到达套管310底部后，贯入杆411固定在套管310内，水压动力箱421向压力管422提供水压，压力管422向注水空间414注入压力水，水压推动活塞4111向下，活塞4111推动探杆412、多功能高精度探头413向下，多功能高精度探头413和探杆412在水压的作用下伸出套管310。

在另一种技术方案中，如图4所示，所述套管贯入单元还包括拧管机500，所述拧管机500设置于所述井口板200上，所述拧管机500设置有套管310的进出孔，所述进出孔与所述预留孔210同轴设置。套管310由上至下依次伸入进出孔、预留孔210。贯入套管310时，上下相邻的两节套管由液压马达动力箱331、拧管机500产生相反的扭矩拧紧，起拔套管310时，上下相邻的两节套管由液压马达动力箱331、拧管机500产生相反的扭矩拧开。其中套管310的顶部和套管310的下部设置有配合的螺纹，上下相邻的两节套管310通过螺纹拧紧，套管310顶部管口与液压马达动力箱331输出轴的连接。拆卸也由液压马达动力箱331、拧管机500拧紧或拆开。

在另一种技术方案中，所述套管310包括多节子套管，多节子套管依次竖向连接。多节子套管从施工船上一直连接到海床下，直到贯入至海床下的预定位置。上下相邻的两节子套管由液压马达动力箱331、拧管机500拧紧，起拔子套管时，上下相邻的两节子套管由液压马达动力箱331、拧管机500拧开。

在另一种技术方案中，所述探杆412包括2～4节子探杆，子探杆依次竖向连接，一节子探杆长1～1.2米，所述贯入杆411长1～1.2米。2～4节子探杆依次竖向连接，上下相邻的两节子探杆通过螺纹连接，一节子探杆长1～1.2米，探杆412总长度不超过5米，贯入杆411长1～1.2米，整个静探组件410的长度仅为几米，与现有技术中探杆总长度达几十米到上百米相比，探杆412数量少，长度短，不容易出现弯曲、折断情况，在静探施工中缩短了生产工期，提高了生产效率。

在另一种技术方案中，如图2-3所示，所述导轨部件332设置在底座3321上，所述底座3321设置于所述井口板200上，所述底座3321的底部设置有油缸、水平滑动导轨以使所述导轨部件332在所述井口板200上滑动，导轨3322竖直向上设置于所述底座3321上，导轨3322的内侧设置导轨面，所述滑轮3311设置于所述液压马达动力箱331的外侧，所述滑轮3311沿所述导轨面上下往复运动，带动所述液压马达动力箱331沿导轨面上下往复移动，所述导轨部件332还包括倾斜设置在所述底座3321与导轨3322之间的斜撑3323。

导轨部件332的底部设置有可滑动的底座，以使导轨部件332在井口板200上滑动，完成套管310贯入后，导轨部件332带动液压马达动力箱331离开井口板200中心。其中两条导轨3322均为工字钢，工字钢的内侧截面设置导轨面，滑轮3311设置于液压马达动力箱331的外侧，滑轮3311沿导轨面上下往复运动，带动液压马达动力箱331沿导轨部件332上下往复移动。两条斜撑3323分别设置于两条导轨3322和底座3321之间，起到加固两条导轨3322的作用。

在另一种技术方案中，所述探杆412和多功能高精度探头413之间通过螺纹连接。探杆412和多功能高精度探头413之间为可拆卸的螺纹连接关系。

在另一种技术方案中，所述水压动力箱421的内部设有静探组件卷扬。静探组件卷扬用来悬吊静探组件410。

在另一个技术方案中，所述贯入杆411外壁设有沿径向伸缩的伸缩键销组件，所述伸缩键销组件包括键销帽以及设置键销帽与贯入杆之间的弹簧，所述套管310内壁设有与所述键销帽相适应的键槽，以实现所述贯入杆411与所述套管310相对固定或者活动。作为贯入杆411与套管310可活动设置的一种优选方案，便于水下贯入。贯入杆411向下贯入的过程包括：贯入杆411依靠自重在套管310向下贯入，贯入杆411外壁上键销帽处于被压缩状态，当贯入至与套管310上的键槽位置对应时，贯入杆411外壁上的键销帽弹出，与键槽适配固定。当回收静探组件410时，水压动力箱421停止供水压，贯入杆411在脐带缆提升的作用下，解除贯入杆411与套管310的固定，静探组件卷扬将静探组件410吊装至甲板，压力管422和电缆线430随静探组件410一起被吊装至甲板。作为优选，所述键销帽沿提升方向倾斜向下设置，方便电缆线430的提升。

井下式静力触探成套施工贯入方法，应用所述的井下式静力触探成套施工装置，包括贯入步骤：

贯入前的准备工作：套管卷扬机600、海底钳卷扬机700、液压马达卷扬机800就位；海底钳320下放到海床面；液压马达动力箱331安装在导轨部件332上；组装静探组件410，完成压力管422与贯入杆411的连接。

第一步：套管310贯入。套管310穿过预留孔210，液压马达动力箱331的输出轴与套管310顶部管口螺接，液压马达动力箱331沿两条导轨3322上下往复移动，驱动所述套管310向海床下钻入，套管310钻入到位后，海底钳320夹紧套管310。具体为：

贯入套管310的具体操作为，多节子套管在套管卷扬机600的悬吊下依次下放，多节子套管依次通过拧管机500拧紧，多节子套管依次竖向连接，位于最下方一节子套管的底部接触海床面后，液压马达动力箱331由液压马达卷扬机800提升至两条导轨3322的顶部，位于最上方的一节子套管的顶部管口与液压马达动力箱331的输出轴连接，液压马达动力箱331使套管310旋转，液压马达动力箱331在其自身重力的作用下从两条导轨3322的顶部移动至两条导轨3322的底部，下压套管310，套管310向海床土壤下钻进；重复提升液压马达动力箱331，液压马达动力箱331从两条导轨3322的底部移动至两条导轨3322的顶部的操作，在液压马达动力箱331下压套管310的过程中，依次增加子套管并进行子套管与液压马达动力箱331输出轴的螺接，液压马达动力箱331继续对套管310进行钻进，直到套管310贯入到位。当位于最上方的一节子套管将要脱离拧管机500时，解除其与液压马达动力箱331的连接关系，在最上方再次连接一节子套管，并使这节子套管与液压马达动力箱331连接，以使液压马达动力箱331继续下压套管310，使整根套管310可以不断向下钻进，当整根套管310贯入到预定位置后，海底钳320夹紧套管310位于海床面上的部位。

第二步：静探组件410贯入。液压马达动力箱331与套管310分离，静探组件410、电缆线430和压力管422伸入套管310内，静探组件410下放至套管310底部到位后，贯入杆411与套管310固定，水压动力箱421向压力管422注水，压力管422内的压力水进入注水空间414，水压推动活塞4111，活塞4111推动探杆412、多功能高精度探头413向海底土层贯入，多功能高精度探头413通过电缆线430传输贯入土层的各种阻力数据。

静探组件410贯入前，拧管机500将液压马达动力箱331与套管310分离，底座3321滑动，使导轨部件332、液压马达动力箱331离开井口板200中心，静探组件410在静探组件卷扬的悬吊下下放到套管310内部，同时压力管422、电缆线430随静探组件410下放到套管310内，静探组件410下放到套管310底部后，贯入杆411与套管310固定，水压动力箱421向压力管422提供水压，压力管422向注水空间414内注水，水压推动活塞4111、活塞4111推动探杆412、多功能高精度探头413伸出套管310底部，向海床的更深处贯入，多功能高精度探头413获取土层贯入阻力数据，通过电缆线430传输土层贯入阻力数据到电脑进行分析、储存和打印输出。

第三步：收回静探组件410。水压动力箱421停止供水压，解除贯入杆411与套管310的固定，将静探组件410、压力管422、电缆线430吊装至甲板。静探组件卷扬将静探组件410吊装至甲板，压力管422和电缆线430随静探组件410一起被吊装至甲板。

第四步：起拔套管310。海底钳320松开套管310，套管卷扬机600带动套管310上升，直到套管310起拔完成。套管卷扬机600带动套管310上升至甲板，由拧管机500解除相邻两节子套管的连接，逐节卸载子套管，直到子套管全部起拔完成，将海底钳320吊装到甲板上。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，包括：

钻塔，其固定在甲板上，所述钻塔的底部设有具有预留孔的井口板；

套管贯入单元，其包括：

套管，其为穿过所述预留孔的贯通管，所述套管的顶部管口处设置连接螺纹；

海底钳，其设置于所述井口板的下方，所述海底钳包括两个套管夹紧块以夹紧或松开所述套管；

套管动力机构，其包括液压马达动力箱和导轨部件，所述液压马达动力箱的输出轴与套管管口螺纹连接；一对导轨部件于所述钻塔的内部、井口板上方设置于套管两侧，所述导轨部件包括竖直设置的导轨，所述液压马达动力箱设有与导轨配合的滑轮，使得所述液压马达动力箱驱动所述套管向下贯入或者向上提升；

静探贯入单元，其包括：

静探组件，其包括自上而下依次设置的贯入杆、探杆和多功能高精度探头，所述贯入杆可活动地沿轴向伸入所述套管，所述探杆的上部密封伸入所述贯入杆的内腔中且与所述贯入杆滑动连接，所述探杆的顶部设置活塞以将所述贯入杆的内腔分隔为密封、体积可变的注水空间，所述探杆的底部连接多功能高精度探头；

静探组件动力机构，其包括水压动力箱和压力管，所述压力管与贯入杆管口螺纹连接，所述压力管的一端与所述水压动力箱连通，另一端密封伸入所述贯入杆，使得所述压力管连通所述贯入杆的注水空间，所述压力管向所述注水空间注水以形成水压推动所述活塞，所述活塞推动所述探杆、多功能高精度探头向海底土层贯入；

电缆线，其与压力管平行布置组合成脐带缆，电缆线输入端与所述多功能高精度探头连接，其输出端依次穿过所述探杆、活塞，最后从贯入杆的顶部管口伸出。

2.根据权利要求1所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述套管贯入单元还包括拧管机，所述拧管机设置于所述井口板，所述拧管机设置有套管的进出孔，所述进出孔与所述预留孔同轴设置。

3.根据权利要求2所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述套管包括多节子套管，多节子套管依次竖向连接。

4.根据权利要求2所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述探杆包括2～4节子探杆，子探杆依次竖向连接，一节子探杆长1～1.2米，所述贯入杆长1～1.2米。

5.根据权利要求2所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述导轨部件设置在底座上，所述底座设置于所述井口板上，所述底座的底部设置有油缸、水平滑动导轨以使所述导轨部件在所述井口板上滑动，导轨竖直向上设置于所述底座上，导轨的内侧设置导轨面，所述滑轮设置于所述液压马达动力箱的外侧，所述滑轮沿所述导轨面上下往复运动，带动所述液压马达动力箱沿导轨面上下往复移动，所述导轨部件还包括倾斜设置在所述底座与导轨之间的斜撑。

6.根据权利要求2所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述探杆和多功能高精度探头之间通过螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述水压动力箱的内部设有静探组件卷扬。

8.根据权利要求1所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，所述贯入杆外壁设有沿径向伸缩的伸缩键销组件，所述伸缩键销组件包括键销帽以及设置键销帽与贯入杆之间的弹簧，所述套管内壁设有与所述键销帽相适应的键槽，以实现所述贯入杆与所述套管相对固定或者活动。

9.井下式静力触探成套施工贯入方法，应用权利要求1-8任一项所述的井下式静力触探成套施工装置，其特征在于，包括贯入步骤：

第一步：套管穿过预留孔，液压马达动力箱的输出轴与套管顶部管口螺接，液压马达动力箱沿两条导轨上下往复移动，驱动所述套管向海床下钻入，套管钻入到位后，海底钳夹紧套管；

第二步：液压马达动力箱与套管分离，静探组件、电缆线和压力管伸入套管内，静探组件下放至套管底部到位后，贯入杆与套管固定，水压动力箱向压力管注水，压力管向注水空间注入压力水，水压推动活塞，活塞推动探杆、多功能高精度探头向海底土层贯入，多功能高精度探头通过电缆线传输贯入土层的各种阻力数据。

10.根据权利要求9所述的井下式静力触探成套施工贯入方法，其特征在于，还包括起拔步骤：

第一步：水压动力箱停止供水压，解除贯入杆与套管的固定，将静探组件、压力管、电缆线吊装至甲板；

第二步：海底钳松开套管，套管卷扬机带动套管上升，直到套管起拔完成。

Images