CN117868687A - 水下驱动装置、钻探设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水下驱动装置、钻探设备及其控制方法，该水下驱动装置包括潜水电泵和动力机构，潜水电泵用于吸入环境水并形成高压驱动液，动力机构包括外壳、中心轴以及驱动部件，驱动部件设置于外壳与中心轴之间，中心轴可转动连接于外壳，中心轴沿其自身的轴线方向上的两端分别连接于钻探设备的上钻杆和下钻杆，中心轴的内部设有连通上钻杆与下钻杆内部的钻井液通道，钻井液通道用于将水上钻井装置供应至上钻杆的钻井液传递至下钻杆，潜水电泵用于向动力机构输送高压驱动液，高压驱动液用于驱动驱动部件带动中心轴转动，以使中心轴带动下钻杆转动。从而，能够在确保转速和扭矩的稳定性的同时，兼具高效率、无污染的特点。

Description

水下驱动装置、钻探设备及其控制方法

技术领域

本申请涉及水下钻探技术领域，特别涉及一种水下驱动装置、钻探设备及其控制方法。

背景技术

目前大洋钻探多采用开路钻井的方式，由海上钻井平台或钻井船上的顶部驱动钻井装置驱动钻杆在海水里旋转，由于钻杆的很长一段距离位于水流中，受水流的影响易产生涡激效应，导致钻杆发生疲劳损坏，并限制钻杆的转速，同时，动力钻杆产出的转速依赖于钻井液的排量和泵压，由于井下情况复杂，钻井液泵压容易受到影响，导致钻井液泵为钻头转动所提供的扭矩具有不稳定性，造成动力钻的转速和扭矩不可控的现象。为了避免这类问题，多采用水下动力装置钻井的设计，目前常用驱动方式的有液压驱动和水下电机两种，液压驱动是由海上钻井平台或钻井船通过复合脐带缆提供液压油，由于水下长距离输送的液压油存在严重的沿程损失，导致驱动效率下降，且管线与液压泵的接头处存在泄露污染海水的风险，而水下电机由于携带有减速箱，减速箱内部的润滑油同样也存在泄露污染的风险。

发明内容

为解决上述技术问题的至少之一，本申请提供了一种水下驱动装置、钻探设备及其控制方法，能够在确保转速和扭矩的稳定性的同时，兼具高效率、无污染的特点。

为实现上述目的，第一方面，本申请公开了一种水下驱动装置，应用于钻探设备，所述钻探设备包括上钻杆与下钻杆，所述上钻杆连接于水上钻井装置，所述水上钻井装置用于为所述上钻杆输送钻井液，所述下钻杆用于钻井作业，所述水下驱动装置包括：

潜水电泵，所述潜水电泵用于吸入环境水并形成高压驱动液；

动力机构，所述动力机构包括外壳、中心轴以及驱动部件，所述驱动部件连接于所述中心轴并位于所述外壳与所述中心轴之间，所述中心轴可转动连接于所述外壳，所述中心轴沿其自身轴线方向上的两端分别连接于所述上钻杆与所述下钻杆，所述中心轴的内部设有连通所述上钻杆与所述下钻杆内部的钻井液通道，所述钻井液通道用于将所述水上钻井装置供应至所述上钻杆的钻井液传递至所述下钻杆，所述潜水电泵用于向所述动力机构输送所述高压驱动液，所述高压驱动液用于驱动所述驱动部件带动所述中心轴转动，以使所述中心轴带动所述下钻杆转动。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述潜水电泵设有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口管道连接于所述动力机构，所述第一进水口用于供环境水进入所述潜水电泵内。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述中心轴的外周设有环形槽，以使所述外壳与所述中心轴之间形成安装腔，所述外壳设有连通所述安装腔的第二进水口和第二出水口，所述第二进水口所述第一出水口通过管道连接，所述驱动部件沿所述中心轴的轴线方向上设置于所述第二进水口与所述第二出水口之间并位于所述安装腔内。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述水下驱动装置还包括输水管，所述外壳凸设有连接部，所述连接部设有连通所述第二进水口的进水通道，所述输水管的两端分别连接于所述第一出水口与所述进水通道。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述潜水电泵沿所述中心轴的轴向设置于所述动力机构的上方，所述第二进水口与所述第二出水口分别位于所述环形槽的顶部和底部，所述第二进水口的开口向上，且所述第二进水口的开口方向与所述中心轴的径向形成第一夹角θ1，0°＜θ1＜90°；和/或，

所述第二出水口的开口向下，且所述第二出水口的开口方向与所述中心轴的径向形成第二夹角θ2，0°＜θ2＜90°。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述环形槽沿所述中心轴的轴线方向上的底部设有第一斜面，所述第一斜面自所述中心轴的中心至所述第二出水口的方向向下延伸，以使自所述中心轴至所述外壳的方向上，所述环形槽的开口尺寸逐渐增大。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述动力机构还包括轴承，所述轴承套设于所述中心轴的外周并连接于所述外壳，所述中心轴通过所述轴承可转动连接于所述外壳。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承设置于所述第二进水口的远离所述驱动部件的一侧，所述第二轴承设置于所述第二出水口的远离所述驱动部件的一侧，且所述环形槽位于所述第一轴承与所述第二轴承之间。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，沿所述中心轴的轴线方向上，所述第一轴承的靠近所述驱动部件的一侧设有第一密封件，所述第二轴承的靠近所述驱动部件的一侧设有第二密封件，所述环形槽位于所述第一密封件与所述第二密封件之间，所述第一密封件、所述第二密封件分别密封连接于所述外壳与所述中心轴。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述驱动部件包括多个涡轮转子叶片盘和多个涡轮定子叶片盘，多个所述涡轮转子叶片盘间隔设置于所述中心轴的外周，多个所述涡轮定子叶片盘间隔设置于所述外壳的内壁，且沿所述中心轴的轴线方向上，各所述涡轮转子叶片盘与各所述涡轮定子叶片盘依次间隔设置。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述外壳包括壳主体和连接于所述壳主体的第一接头，所述中心轴通过所述第一接头连接于所述上钻杆，所述第一接头用于将所述上钻杆的钻井液输送至所述中心轴，所述中心轴的靠近所述下钻杆的一端设有第二接头，所述第二接头连接于所述下钻杆。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述中心轴的外周设有环形槽，以使所述壳主体与所述中心轴之间形成安装腔，所述驱动部件设置于所述安装腔内，所述中心轴的外周与所述第一接头之间设有盘根密封件，所述盘根密封件沿所述中心轴的轴线方向上的两侧分别设有锥形导向面，所述第一接头处的钻井液与所述安装腔内的高压驱动液存在压力差时，二者中压力较大者向所述盘根密封件施加压力，以使盘根密封件发生形变并密封连接于所述中心轴与所述第一接头。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述盘根密封件设有止位销，所述止位销连接于所述盘根密封件与所述中心轴或所述第一接头，以限制所述盘根密封件的位移。

作为一种可选的实施方式，在本申请第一方面的实施例中，所述水下驱动装置还包括连接件，所述连接件连接于所述潜水电泵与所述上钻杆。

第二方面，本申请公开了一种钻探设备，包括上钻杆、下钻杆以及如上述第一方面所述的水下驱动装置，所述上钻杆连接于水上钻井装置，所述水上钻井装置用于为所述上钻杆输送钻井液，所述中心轴沿其自身轴线方向上的两端分别连接于所述上钻杆与所述下钻杆，且所述钻井液通道连通所述上钻杆与所述下钻杆，以使钻井液依次经由所述上钻杆与所述钻井液通道输送至所述下钻杆，所述中心轴用于带动所述下钻杆转动以进行钻井作业。

第三方面，本申请公开了一种钻探设备的控制方法，所述钻探设备为如上述第二方面所述的钻探设备，所述方法包括：

通过水上钻井装置向所述上钻杆输送钻井液，所述钻井液经由所述钻井液通道输送至所述下钻杆；

控制所述潜水电泵启动并形成高压驱动液，所述高压驱动液驱动所述驱动部件带动所述中心轴转动，以使所述中心轴带动所述下钻杆转动；

所述下钻杆钻进形成井眼；

提供绳索及连接于所述绳索的取心装置，所述绳索的远离所述取心装置的一端连接于所述水上钻井装置，所述取心装置经由所述钻井液通道进入所述井眼并提取岩心，通过所述绳索将所述取心装置及所述岩心经由所述钻井液通道上提至所述水上钻井装置。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

本申请实施例提供的一种水下驱动装置、钻探设备及其控制方法，该水下驱动装置用于驱动下钻杆转动以进行钻井作业，通过设置驱动部件位于外壳与中心轴之间，中心轴沿其自身轴线方向上的两端分别连接于上钻杆与下钻杆，中心轴设有连通上钻杆和下钻杆内部的钻井液通道，通过潜水电泵吸入环境水并形成高压驱动液，利用高压驱动液驱动驱动部件带动中心轴转动，通过中心轴带动下钻杆转动，以实现水下钻井作业。这样，中心轴与外壳之间的通道是高压驱动液通过驱动部件为中心轴提供驱动力的通道，而下钻杆钻井所需的钻井液是通过中心轴内部的钻井液通道供应，也即是说，水下驱动装置具有双通道的设计，钻井液通道与驱动液的通道分离，钻井液与用于驱动下钻杆转动的驱动液通过不同的通道供应，能够减小钻井液的排量与泵压对驱动液的影响，以有利于使驱动液为下钻杆提供稳定可靠的扭矩，以提高下钻杆的转速与扭矩的稳定性。同时，环境水经由潜水电泵形成高压驱动液以驱动下钻杆转动，由于环境水来源于水下环境，整体压力和供应量较为稳定可靠，且动力机构和用于转动钻井的下钻杆位于水下环境，相较于在海上钻井平台或钻井船上顶驱的方式，能够有效减小动力机构与钻井井口之间的距离，以减小水流对下钻杆的影响，从而有利于确保下钻杆的转速和可靠性。此外，驱动液来源于水下环境的水体，能够避免因远程输送带来的路途损失，以确保驱动效率，并且环境水对水下环境而言不存在污染，能够有效避免因液压油或润滑油泄露导致的环境污染的问题。可见，采用本申请的水下驱动装置、钻探设备及其控制方法，能够在确保转速和扭矩的稳定性的同时，兼具高效率、无污染的特点。

附图说明

图1是本申请实施例公开的钻探设备的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的水下驱动装置的结构示意图；

图3是本申请实施例公开的动力机构的剖面示意图；

图4是本申请实施例公开的动力机构的外壳的结构示意图；

图5是本申请实施例公开的动力机构的中心轴的结构示意图；

图6是图3中A处的放大图；

图7是图3中A处的放大图；

图8是图3中B处的放大图；

图9是本申请实施例公开的钻探设备的控制方法的流程图。

附图标记：

100、水下驱动装置；10、潜水电泵；11、第一进水口；12、第一出水口；13、脐带缆；20、动力机构；21、外壳；211、壳主体；2111、第二进水口；2112、第二出水口；212、第一接头；213、连接部；2131、进水通道；2132、第三进水口；22、中心轴；221、钻井液通道；222、第二接头；223、环形槽；2231、第一斜面；23、驱动部件；231、涡轮转子叶片盘；232、涡轮定子叶片盘；24、安装腔；25、盘根密封件；251、锥形导向面；26、第一轴承；27、第二轴承；28、第一密封件；29、第二密封件；30、连接件；40、输水管；θ1、第一夹角；θ2、第二夹角；

200、钻探设备；201、上钻杆。

具体实施方式

本部分将详细描述本申请的具体实施例，本申请之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本申请的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本申请保护范围的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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申请和简化描述，而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申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请实施例公开了一种水下驱动装置，该水下驱动装置可应用于钻探设备，以进行水下钻井和探测工作，从而研究地壳构造及水底(例如大洋底部)的矿产。该钻探设备包括水下驱动装置和下钻杆，水下驱动装置连接于下钻杆。

为了便于理解水下驱动装置及钻探设备的结构，以下将结合实施例和附图对水下驱动装置及钻探设备作进一步的说明。

请一并参阅图1至图3，本申请实施例提供一种钻探设备200，包括上钻杆201、下钻杆(未图示)和水下驱动装置100，上钻杆201连接于水上钻井装置，水上钻井装置用于为上钻杆201输送钻井液，下钻杆用于钻井作业。具体地，该水下驱动装置100包括潜水电泵10和动力机构20，潜水电泵10用于吸入环境水并形成高压驱动液，动力机构20包括外壳21、中心轴22以及驱动部件23，驱动部件23设置于外壳21与中心轴22之间，中心轴22可转动连接于外壳21，中心轴22沿其自身的轴线方向上的两端分别连接于上钻杆201与下钻杆，且中心轴22的内部设有连通上钻杆201与下钻杆内部的钻井液通道221，钻井液通道221用于将水上钻井装置供应至上钻杆201的钻井液传递至下钻杆，潜水电泵10用于向动力机构20输送高压驱动液，高压驱动液用于驱动驱动部件23转动，以使中心轴22带动下钻杆转动。

本申请实施例提供的水下驱动装置100及钻探设备200，通过设置驱动部件23连接于中心轴22并位于外壳21与中心轴22之间，中心轴22沿其自身的轴线方向上的两端分别连接于上钻杆201与下钻杆，中心轴22的内部设有连通上钻杆201与下钻杆内部的钻井液通道221，通过潜水电泵10吸入环境水并形成高压驱动液，利用高压驱动液驱动驱动部件23转动，以带动中心轴22相对外壳21转动，通过中心轴22带动下钻杆转动，以实现水下钻井作业。这样，中心轴22与外壳21之间的通道是高压驱动液通过驱动部件23为中心轴22提供驱动力的通道，而下钻杆钻井所需的钻井液是通过中心轴22内部的钻井液通道221供应，也即是说，水下驱动装置100具有双通道的设计，钻井液通道221与驱动液的通道分离，钻井液与用于驱动下钻杆转动的驱动液通过不同的通道供应，能够减小钻井液的排量与泵压对驱动液的影响，以有利于使驱动液为下钻杆提供稳定可靠的扭矩，以提高下钻杆的转速和扭矩的稳定性。同时，环境水经由潜水电泵10形成高压驱动液以驱动下钻杆转动，由于环境水来源于水下环境，整体压力和供应量较为稳定可靠，且动力机构20和用于转动钻井的下钻杆位于水下环境，相较于在海上钻井平台或钻井船上顶驱的方式，能够有效减小动力机构20与钻井井口之间的距离，以减小水流对下钻杆转速的影响，从而有利于确保下钻杆的转速和可靠性。并且，由于驱动液来源于水下环境的水体，能够避免因远程输送带来的路途损失，以确保驱动效率，并且环境水对水下环境而言不存在污染，能够有效避免因液压油或润滑油泄露导致的环境污染的问题。

此外，采用双通道的设计，能够在确保下钻杆稳定转动和井眼尺寸的同时，使得钻井液通道221具有足够大的尺寸，以有利于实现钻井液通道221的大通径设计，以满足大洋钻探绳索取心对钻杆大通径的需求，从而能够有利于提高取心效率和采取率，同时有利于延长下钻杆的使用寿命。

此外，由于水下驱动装置100位于水底深处并位于泥面上，能够借由低温海水对水下驱动装置100的运转部件(包括驱动部件23和中心轴22等)以及下钻杆进行自然冷却降温，以有利于降低运转部件和下钻杆的工作温度，从而有利于延长运转部件与下钻杆的使用寿命。

可选地，本申请提供的水下驱动装置100及钻探设备200可以应用但不限于江河或海洋等环境下。

可以理解地，环境水是指水下驱动装置100所处的环境的液体，例如当本申请的水下驱动装置100及钻探设备200应用于海洋时，环境水即是指海水。

可选地，水上钻井装置可以钻井平台也可以是钻井船，具体可根据实际需求设置，此处不做限制。

一些实施例中，水下驱动装置100还包括连接件30，连接件30连接于潜水电泵10与上钻杆201。从而能够使得潜水电泵10的重量载荷由上钻杆201承受，并有利于使潜水电泵10在水下保持稳定，减少潜水电泵10受到水流的影响，提高水下驱动装置100的结构稳定性，同时，潜水电泵10与上钻杆201的距离减小，能够有利于减小潜水电泵10与动力机构20的距离，以缩短高压驱动液在二者之间的传输距离，进而有利于减少损耗，提高效率。

可选地，连接件30的数量可为多个，多个连接件30沿中心轴22的轴线方向上间隔设置，从而有利于提高潜水电泵10与上钻杆201连接的稳定性，避免因潜水电泵10在水流的作用下发生偏心晃动，导致潜水电泵10与上钻杆201或动力机构20发生碰撞干涉的情况。

可选地，连接件30可为固定卡、管卡、抱箍或钢丝绳等，具体可根据实际需求设置，此处不做限制。

一些实施例中，外壳21包括壳主体211和连接于壳主体211的第一接头212，驱动部件23设置于壳主体211与中心轴22之间，中心轴22通过第一接头212连接于上钻杆201，第一接头212用于将上钻杆201的钻井液输送至中心轴22，中心轴22的靠近下钻杆的一端设有第二接头222，第二接头222连接于下钻杆。

通过第一接头212连接中心轴22和上钻杆201，能够在满足上钻杆201向中心轴22输送钻井液的前提下，实现中心轴22在转动时不带动上钻杆201转动，以有利于避免线缆、管道打结以及潜水电泵10旋转带来的危害(例如与水下生物碰撞等)。

可选地，考虑到第一接头212需要承受中心轴22和下钻杆的重力以及中心轴22转动的扭矩，因此第一接头212需要具备足够大的承载能力，基于此，沿中心轴22的直径方向上，第一接头212的尺寸大于第二接头222的尺寸。从而能够使得上钻杆201与中心轴22的连接处的承载能力大于下钻杆与中心轴22连接处的承载能力，以提高第一接头212的承载能力，有利于使第一接头212处承载更大的扭矩。

可选地，第一接头212为公接头，第二接头222为母接头，即上钻杆201至少部分伸入第一接头212内并与第一接头212连接，第二接头222至少部分伸入下钻杆并与下钻杆连接。这样，第一接头212包裹住上钻杆201的端部，下钻杆包裹住中心轴22的下部，以有利于引导钻井液的流动，有利于使流经上钻杆201的钻井液能够进入中心轴22的钻井液通道221，并通过钻井液通道221传输至下钻杆，以实现协助破岩、润滑钻头以及清洁井眼等作用。

可选地，第一接头212与壳主体211通过法兰连接，从而能够在确保第一接头212与壳主体211的连接可靠性的同时，提高第一接头212与壳主体211连接处的密封性能，防止外部环境水经由二者的连接缝隙处进入外壳21，此外，采用法兰连接还能实现第一接头212与壳主体211的可拆卸连接，以有利于更换不同的第一接头212，从而有利于配合不同尺寸的上钻杆201。

可选地，第一接头212与第二接头222为钻杆丝扣，具有较好的密封性能，以有利于防止上钻杆201、下钻杆与中心轴22的连接处发生钻井液泄露的情况。

一些实施例中，中心轴22的外周与第一接头212之间设有盘根密封件25(请参见图3和图6)，盘根密封件25沿中心轴的轴线方向上的两侧分别设有锥形导向面251，当第一接头212处的钻井液与壳主体211内部的高压驱动液存在压力差时，二者中压力较大者向盘根密封件25施加压力，以使盘根密封件25发生形变并密封连接于中心轴22与第一接头212。例如当第一接头212处的钻井液的压力大于壳主体211内部的高压驱动液的压力时，钻井液向盘根密封件25的远离驱动部件23的一侧施加压力，以使盘根密封件25发生形变并密封连接于中心轴22与第一接头212；当第一接头212处的钻井液的压力小于壳主体211内部的高压驱动液的压力时，高压驱动向盘根密封件25的朝向驱动部件23的一侧施加压力，以使盘根密封件25发生形变并密封连接于中心轴22与第一接头212。

这样，通过设置盘根密封件25密封中心轴22与第一接头212，使得钻井液通过上钻杆输送至第一接头212时，钻井液只能通过中心轴22的钻井液通道221输送，而不会自中心轴22与第一接头212之间的缝隙流到壳主体211内，以有效隔离钻井液与高压驱动液，进一步满足钻井液通道221与驱动液通道分离的设计，避免钻井液影响下钻杆的转速和扭矩的情况。同时，通过设置锥形导向面251，使得高压驱动液与钻井液存在压力差时通过压力助封，以进一步提高盘根密封件25的密封效果，同时高压驱动液与钻井液的压力变动时，能够利用高压力的一方，实现双向密封的效果，从而确保钻井液与高压驱动液隔离的可靠性。

可选地，盘根密封件25设有止位销，止位销连接于盘根密封件25与中心轴或第一接头，以限制盘根密封件25的位移，有效避免因压力或液体推动盘根密封件25产生位移，而影响盘根密封件25的密封效果的情况。

可选地，盘根密封件25还设有密封脂，通过密封脂对盘根密封件25实现防水密封和绝缘的效果，以有利于提高盘根密封件25的密封性能，避免高压驱动液或钻井液渗入盘根密封件25的情况。

一些实施例中，潜水电泵10设有第一进水口11和第一出水口12，第一出水口12管道连接于动力机构20，第一进水口11用于供环境水进入潜水电泵10内。

这样，潜水电泵10通过电控制为第一进水口11提供吸力，环境水通过潜水电泵10形成高压驱动液，并使得高压驱动液经由第一出水口12和管道传输至动力机构20。

可选地，第一进水口11处设有过滤网，通过过滤网过滤进入第一进水口11的颗粒和杂质，避免颗粒或杂质进入第一进水口11后对第一出水口12或潜水电泵10内部的结构造成堵塞以及对动力机构20的内部结构造成磨损等情况。

可选地，潜水电泵10设有脐带缆13，脐带缆13的两端分别电连接于潜水电泵10与水上钻井装置。这样，利用脐带缆13为潜水电泵10供电，潜水电泵10采用电驱动的方式，在传输的过程中并不存在液体泄露污染环境的问题，进一步实现无污染的效果，并能够保护环境安全。

请结合图3至图5，一些实施例中，中心轴22的外周设有环形槽223，以使外壳21的壳主体211与中心轴22之间形成安装腔24，外壳21的壳主体211设有连通安装腔24的第二进水口2111和第二出水口2112，第二进水口2111第一出水口12通过管道连接，驱动部件23沿中心轴22的轴线方向上设置于第二进水口2111与第二出水口2112之间并位于安装腔24内。

通过设置安装腔24以用于设置驱动部件23，高压驱动液经由第二进水口2111进入安装腔24，在经过驱动部件23时，高压驱动液驱动驱动部件23带动中心轴22转动，以使中心轴22带动下钻杆转动，而通过驱动部件23之后的驱动液自第二出水口2112排出动力机构20，通过不断对第二进水口2111通入高压驱动液，以实现中心轴22的持续转动。

可选地，第二出水口2112可为连通安装腔24的出水孔，第二出水口2112的数量可为多个，从而从多个第二出水口2112排出安装腔24内的高压驱动液，有利于提高安装腔24内高压驱动液的流动速度，从而有利于提高中心轴22的转速。

可选地，水下驱动装置100还包括输水管40，外壳21的壳主体211凸设有连接部213，连接部213设有连通第二进水口2111的进水通道2131，输水管40的两端分别连接于第一出水口12与进水通道2131。

这样，自第一出水口12排出潜水电泵10的高压驱动液依次经过进水通道2131、第二进水口2111、安装腔24以及第二出水口2112。通过设置连接部213，能够有利于输水管40与外壳21的组装，并有利于提高输水管40与外壳21的连接可靠性，提高输水管40与外壳21连接处的密封性，避免在输水管40与外壳21的连接处出现泄压或环境水渗入的情况。

可选地，输水管40与连接部213、第一出水口12分别通过法兰连接，从而既能提高连接可靠性，又能实现可拆卸连接，以便于部件的更换和维护。

可选地，输水管40可为软管，以使输水管40的形状和长度可调节，以在满足高压驱动液的输送的同时便于结构组装。

一些实施例中，潜水电泵10沿中心轴22的轴向设置于动力机构20的上方，第二进水口2111与第二出水口2112分别位于环形槽223的顶部和底部，连接部213设有开口朝向潜水电泵10的第三进水口2132，第三进水口2132位于进水通道2131的远离第二进水口2111的一端并连通进水通道2131。

这样，水下驱动装置100从上自下依次设置有潜水电泵10、输水管40、连接部213的第三进水口2132、第二进水口2111、安装腔24以及第二出水口2112，而高压驱动液的流动路径依次为潜水电泵10的第一出水口12、输水管40、连接部213的第三进水口2132、进水通道2131、第二进水口2111、安装腔24以及第二出水口2112，能够使水下驱动装置100的结构排布更符合水流的自然走势，有利于高压驱动液的输送，节省液体自低处向高处输送所消耗的能量，并有利于减少在高压驱动液的重力和张力影响下出现管道变形或位移等情况。

请结合图3、图7以及图8，可选地，第二进水口2111的开口向上，且第二进水口2111的开口方向与中心轴22的径向形成第一夹角θ1，0°＜θ1＜90°，例如可为30°、45°、60°或75°等。从而能够有利于引导高压驱动液进入第二进水口2111，提高高压驱动液传输的效率。

可选地，第二出水口2112的开口向下，且第二出水口2112的开口方向与中心轴22的径向形成第二夹角θ2，0°＜θ2＜90°，例如可为35°、45°、60°或75°等。从而能够有利于引导通过驱动部件23后的高压驱动液经由第二出水口2112排至动力机构20外，以减少环形槽223内的积液，提高高压驱动液传输的效率。

可选地，环形槽223沿中心轴22的轴线方向上的底部设有第一斜面2231，第一斜面2231自中心轴22的中心至第二出水口2112的方向向下延伸，以使自中心轴22至外壳21的方向上，环形槽223的开口尺寸逐渐增大。

通过第一斜面2231引导通过驱动部件23后的高压驱动液流动至第二出水口2112，能够有效减少环形槽223内的积液，提高高压驱动液传输的效率。

一些实施例中，动力机构20还包括轴承，轴承套设于中心轴22的外周并连接于外壳21，中心轴22通过轴承可转动连接于外壳21。通过设置轴承承载轴向力和径向力，降低中心轴22相对外壳21转动时的摩擦力，有利于提高水下驱动装置100的可靠性。

可选地，轴承包括第一轴承26和第二轴承27，第一轴承26设置于第二进水口2111的远离驱动部件23的一侧并位于环形槽223与盘根密封件25之间，第二轴承27设置于第二出水口2112的远离驱动部件23的一侧，且环形槽223位于第一轴承26与第二轴承27之间，第一轴承26连接于第一接头212与中心轴22，第二轴承27连接于壳主体211和中心轴22。

这样，通过设置两个轴承分别位于环形槽223的上下两侧，能够支撑中心轴22的两端，以在高压驱动液进入安装腔24后保持中心轴22的稳定转动，从而提高中心轴22转动的平稳性，避免因高压驱动液进入安装腔24后带动中心轴22发生偏移中心晃动，导致中心轴22与外壳21发生碰撞摩擦的情况。

可选地，沿中心轴22的轴线方向上，中心轴22的顶部向内凹陷形成第一轴肩，且第一轴肩位于第二进水口2111的远离驱动部件23的一侧，第一轴承26设置于第一轴肩的较小尺寸的一侧，以有利于减小第一轴承26的内径，提高中心轴22的中心稳定性，以实现稳定居中的作用。

可选地，沿中心轴22的轴线方向上，中心轴22的底部向内凹陷形成第二轴肩，第二轴肩位于第二出水口2112的远离驱动部件23的一侧，第二轴承27设置于第二轴肩的较小尺寸的一侧，以有利于提高中心轴22底部承受载荷的能力。

可选地，第一轴承26和第二轴承27可为圆锥滚子轴承、推力滚子轴承、推力球轴承或径向轴承中的任一种。

一些实施例中，考虑到钻探设备200的工作场景多为海洋钻探，此时环境水是海水，由于海水具有腐蚀性，容易对轴承造成腐蚀损坏，基于此，沿中心轴22的轴线方向上，第一轴承26的靠近环形槽223的一侧设有第一密封件28，第二轴承27的靠近环形槽223的一侧设有第二密封件29，环形槽223位于第一密封件28与第二密封件29之间，第一密封件28、第二密封件29分别密封连接于外壳21与中心轴22。

通过在第一轴承26的靠近环形槽223的一侧设置第一密封件28，能够隔离第一轴承26与安装腔24，以防止安装腔24内的高压驱动液进入第一轴承26，避免第一轴承26被高压驱动液腐蚀的情况，从而能够提高第一轴承26的使用寿命。同时，通过设置第一密封件28，还对钻井液与高压驱动液实现第二层隔离，能进一步第一轴承26第一密封件28避免钻井液与安装腔24内的高压驱动液混合的情况。

此外，通过在第二轴承27的靠近环形槽223的一侧设置第二密封件29，能够隔离保护第二轴承27，以避免因高压驱动液或环境水进入第二轴承27，导致轴承受到腐蚀的情况。

可选地，第二轴承27的远离环形槽223的一侧也可以设有第二密封件29，以进一步保护第二轴承27，避免第二轴承27受到环境水的腐蚀损坏。

可选地，第一密封件28、第二密封件29可为盘根(密封填料)或橡胶密封圈等，具体可根据实际需求设置，此处不做限制。

一些实施例中，驱动部件23包括多个涡轮转子叶片盘231和多个涡轮定子叶片盘232，多个涡轮转子叶片盘231间隔设置于中心轴22的外周，多个涡轮定子叶片盘232间隔设置于外壳21的内壁，且沿中心轴22的轴线方向上，各涡轮转子叶片盘231与各涡轮定子叶片盘232依次间隔设置。

这样，高压驱动液经由第二进水口2111进入安装腔24后，首先带动涡轮转子叶片盘231相对涡轮定子叶片盘232转动，以使得涡轮转子叶片盘231带动中心轴22相对外壳21转动，从而带动下钻杆转动，以实现钻井作业。采用涡轮转子叶片盘231和涡轮定子叶片盘232驱动中心轴22转动的设计，能够有利于提高中心轴22转动的稳定性，减小中心轴22的振动。

可以理解地，在另一些实施例中，驱动部件23还可以是沿中心轴22的轴线方向上螺旋设置的叶片。

为了便于阅读与理解，对潜水电泵10启动水下驱动装置100及钻探设备200的工作过程做以下简单说明：

通过水上钻井装置与脐带缆13为潜水电泵10供电，潜水电泵10在电控制启动后，首先将环境水经由第一进水口11吸入潜水电泵10内，并使得环境水形成高压驱动液，再将高压驱动液依次经由第一出水口12、输水管40、第三进水口2132、进水通道2131以及第二进水口2111进入安装腔24，高压驱动液在安装腔24内通过驱动部件23时带动涡轮转子叶片盘231相对涡轮定子叶片盘232转动，以使涡轮转子叶片盘231带动中心轴22转动，中心轴22带动与其底部连接的下钻杆转动，从而实现下钻杆的钻井作业，同时通过驱动部件23后的高压驱动液经由第二出水口2112排出水下驱动装置100。而上钻杆201由于是通过第一接头212与中心轴22连接，中心轴22与第一接头212通过第一轴承26连接，因此中心轴22在转动时并不会带动上钻杆201转动，以使上钻杆201与潜水电泵10保持静止不转动，也即是说，相对外部的水下环境而言，只有下钻杆转动实现钻井，从而能够减小水流对钻井转速的影响，有利于确保水下驱动装置100及钻探设备200的工作平稳性。

请结合图1、图3以及图9，本申请还提供了一种钻探设备的控制方法，该钻探设备为上述的钻探设备200，该钻探设备200的控制方法包括如下步骤：

S1、通过水上钻井装置向上钻杆输送钻井液，钻井液经由钻井液通道输送至下钻杆。

可以理解地，钻井液自水上钻井装置输出后，依次通过上钻杆201、第一接头212、钻井液通道、第二接头222进入下钻杆。

S2、控制潜水电泵启动并形成高压驱动液，高压驱动液驱动驱动部件带动中心轴转动，以使中心轴带动下钻杆转动。

这样，钻井液通道221与高压驱动液的通道分离，能够减小钻井液的排量与泵压对驱动液的影响，以有利于使驱动液为下钻杆提供稳定可靠的扭矩，以提高下钻杆的转速和扭矩的稳定性。此外，采用双通道的设计，能够在确保下钻杆稳定转动和井眼尺寸的同时，使得钻井液通道221具有足够大的尺寸，以有利于实现钻井液通道221的大通径设计，以满足大洋钻探绳索取心对钻杆大通径的需求，从而能够有利于提高取心效率和采取率，同时有利于延长下钻杆的使用寿命。

可以理解地，上述步骤S1和S2无先后顺序之分，也即是说，可以先执行步骤S1，也可以先执行步骤S2，具体可根据实际需求设置，此处不做限制。

S3、下钻杆钻进形成井眼。

具体地，上述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、高压驱动液驱动驱动部件带动中心轴转动，以使下钻杆在地壳表面或泥层钻进。

S32、钻井液自下钻杆输出，以达到井下清洁井眼、润滑钻头及协助破岩等作用。

可以理解地，上述步骤S31和S32无先后顺序之分，也即是说，可以先执行步骤S32，也可以先执行步骤S31，具体可根据实际需求设置，此处不做限制。

S4、提供绳索及连接于绳索的取心装置，绳索的远离取心装置的一端连接于水上钻井装置，取心装置经由钻井液通道进入井眼并提取岩心，通过绳索将取心装置及岩心经由钻井液通道上提至水上钻井装置。

这样，采用绳索取心的方式，使得岩心通过钻井液通道221提取到水上钻井装置，能够节省使用提钻取芯所占用的时间，提高取心效率和采取率，同时有利于延长下钻杆的使用寿命。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (16)

1.一种水下驱动装置，应用于钻探设备，所述钻探设备包括上钻杆和下钻杆，所述上钻杆连接于水上钻井装置，所述水上钻井装置用于为所述上钻杆输送钻井液，所述下钻杆用于钻井作业，其特征在于，所述水下驱动装置包括：

潜水电泵，所述潜水电泵用于吸入环境水并形成高压驱动液；

动力机构，所述动力机构包括外壳、中心轴以及驱动部件，所述驱动部件连接于所述中心轴并位于所述外壳与所述中心轴之间，所述中心轴可转动连接于所述外壳，所述中心轴沿其自身轴线方向上的两端分别连接于所述上钻杆与所述下钻杆，所述中心轴的内部设有连通所述上钻杆与所述下钻杆内部的钻井液通道，所述钻井液通道用于将所述水上钻井装置供应至所述上钻杆的钻井液传递至所述下钻杆，所述潜水电泵用于向所述动力机构输送所述高压驱动液，所述高压驱动液用于驱动所述驱动部件带动所述中心轴转动，以使所述中心轴带动所述下钻杆转动。

2.根据权利要求1所述的水下驱动装置，其特征在于，所述潜水电泵设有第一进水口和第一出水口，所述第一出水口管道连接于所述动力机构，所述第一进水口用于供环境水进入所述潜水电泵内。

3.根据权利要求2所述的水下驱动装置，其特征在于，所述中心轴的外周设有环形槽，以使所述外壳与所述中心轴之间形成安装腔，所述外壳设有连通所述安装腔的第二进水口和第二出水口，所述第二进水口所述第一出水口通过管道连接，所述驱动部件沿所述中心轴的轴线方向上设置于所述第二进水口与所述第二出水口之间并位于所述安装腔内。

4.根据权利要求3所述的水下驱动装置，其特征在于，所述水下驱动装置还包括输水管，所述外壳凸设有连接部，所述连接部设有连通所述第二进水口的进水通道，所述输水管的两端分别连接于所述第一出水口与所述进水通道。

5.根据权利要求3所述的水下驱动装置，其特征在于，所述潜水电泵沿所述中心轴的轴向设置于所述动力机构的上方，所述第二进水口与所述第二出水口分别位于所述环形槽的顶部和底部，所述第二进水口的开口向上，且所述第二进水口的开口方向与所述中心轴的径向形成第一夹角θ1，0°＜θ1＜90°；和/或，

所述第二出水口的开口向下，且所述第二出水口的开口方向与所述中心轴的径向形成第二夹角θ2，0°＜θ2＜90°。

6.根据权利要求3所述的水下驱动装置，其特征在于，所述环形槽沿所述中心轴的轴线方向上的底部设有第一斜面，所述第一斜面自所述中心轴的中心至所述第二出水口的方向向下延伸，以使自所述中心轴至所述外壳的方向上，所述环形槽的开口尺寸逐渐增大。

7.根据权利要求3所述的水下驱动装置，其特征在于，所述动力机构还包括轴承，所述轴承套设于所述中心轴的外周并连接于所述外壳，所述中心轴通过所述轴承可转动连接于所述外壳。

8.根据权利要求7所述的水下驱动装置，其特征在于，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承设置于所述第二进水口的远离所述驱动部件的一侧，所述第二轴承设置于所述第二出水口的远离所述驱动部件的一侧，且所述环形槽位于所述第一轴承与所述第二轴承之间。

9.根据权利要求8所述的水下驱动装置，其特征在于，沿所述中心轴的轴线方向上，所述第一轴承的靠近所述驱动部件的一侧设有第一密封件，所述第二轴承的靠近所述驱动部件的一侧设有第二密封件，所述环形槽位于所述第一密封件与所述第二密封件之间，所述第一密封件、所述第二密封件分别密封连接于所述外壳与所述中心轴。

10.根据权利要求1所述的水下驱动装置，其特征在于，所述驱动部件包括多个涡轮转子叶片盘和多个涡轮定子叶片盘，多个所述涡轮转子叶片盘间隔设置于所述中心轴的外周，多个所述涡轮定子叶片盘间隔设置于所述外壳的内壁，且沿所述中心轴的轴线方向上，各所述涡轮转子叶片盘与各所述涡轮定子叶片盘依次间隔设置。

11.根据权利要求1-10任一项所述的水下驱动装置，其特征在于，所述外壳包括壳主体和连接于所述壳主体的第一接头，所述中心轴通过所述第一接头连接于所述上钻杆，所述第一接头用于将所述上钻杆的钻井液输送至所述中心轴，所述中心轴的靠近所述下钻杆的一端设有第二接头，所述第二接头连接于所述下钻杆。

12.根据权利要求11所述的水下驱动装置，其特征在于，所述中心轴的外周设有环形槽，以使所述壳主体与所述中心轴之间形成安装腔，所述驱动部件设置于所述安装腔内，所述中心轴的外周与所述第一接头之间设有盘根密封件，所述盘根密封件沿所述中心轴的轴线方向上的两侧分别设有锥形导向面，所述第一接头处的钻井液与所述安装腔内的高压驱动液存在压力差时，二者中压力较大者向所述盘根密封件施加压力，以使盘根密封件发生形变并密封连接于所述中心轴与所述第一接头。

13.根据权利要求12所述的水下驱动装置，其特征在于，所述盘根密封件设有止位销，所述止位销连接于所述盘根密封件与所述中心轴或所述第一接头，以限制所述盘根密封件的位移。

14.根据权利要求1-10任一项所述的水下驱动装置，其特征在于，所述水下驱动装置还包括连接件，所述连接件连接于所述潜水电泵与所述上钻杆。

15.一种钻探设备，其特征在于，包括上钻杆、下钻杆以及如权利要求1-14任一项所述的水下驱动装置，所述上钻杆连接于水上钻井装置，所述水上钻井装置用于为所述上钻杆输送钻井液，所述中心轴沿其自身轴线方向上的两端分别连接于所述上钻杆与所述下钻杆，且所述钻井液通道连通所述上钻杆与所述下钻杆，以使钻井液依次经由所述上钻杆与所述钻井液通道输送至所述下钻杆，所述中心轴用于带动所述下钻杆转动以进行钻井作业。

16.一种钻探设备的控制方法，其特征在于，所述钻探设备为如权利要求15所述的钻探设备，所述方法包括：

通过水上钻井装置向所述上钻杆输送钻井液，所述钻井液经由所述钻井液通道输送至所述下钻杆；

控制所述潜水电泵启动并形成高压驱动液，所述高压驱动液驱动所述驱动部件带动所述中心轴转动，以使所述中心轴带动所述下钻杆转动；

所述下钻杆钻进形成井眼；

提供绳索及连接于所述绳索的取心装置，所述绳索的远离所述取心装置的一端连接于所述水上钻井装置，所述取心装置经由所述钻井液通道进入所述井眼并提取岩心，通过所述绳索将所述取心装置及所述岩心经由所述钻井液通道上提至所述水上钻井装置。