CN203856450U - 一种海底钻探基盘 - Google Patents

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丁汝森
刘强
糜翔
许爱军
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Abstract

本技术涉及一种海底钻探基盘,是一种在下放、安放时能自动保持钻探孔轴线竖直状态的深海海底钻探基盘;包括设置有钻探孔的基盘体,设置在基盘体下的支柱,设置在基盘体上的起吊装置;至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔的外侧,支柱轴线平行于钻探孔轴线;起吊装置包括钢丝绳、两个起吊滑轮和至少一个导向滑轮;起吊滑轮和导向滑轮皆为位于钻探孔外侧的定滑轮,外侧的两个起吊滑轮轴线皆与以钻探孔轴线为轴线的圆柱面正交,导向滑轮轴线与钻探孔轴线平行,钢丝绳穿过起吊滑轮和导向滑轮起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线与钻探孔轴线共面;钢丝绳两端起吊海底钻探基盘时,海底钻探基盘的重心位于钻探孔轴线上。

Description

一种海底钻探基盘
技术领域
本技术涉及一种海底钻探基盘,是一种在下放、安放时能自动保持钻探孔轴线竖直状态的深海海底钻探基盘。
背景技术
由于海洋资源开发的需要,要求对深海(300米至3000米)海底(在海底坡度小于25°时)进行钻探。钻探前须将一个钻探基盘下放到海底,通过钻探基盘钻探孔部位进行钻探作业。下放过程中尤其是安放时,不易保持钻探孔轴线处于竖直状态,由于起吊装置的缺陷,对于钻探作业也会带来干扰;因水太深,人员无法下潜到海底直接完成下放作业。
发明内容
本技术的目的是提供一种在下放时尤其是在安放时能保持钻探孔轴线竖直状态、对于钻探作业无干扰的的海底钻探基盘。
本技术的目的是通过以下技术方案实现:
这种海底钻探基盘,包括设置有钻探孔的基盘体,设置在基盘体下的支柱,设置在基盘体上的起吊装置;至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔的外侧,支柱轴线平行于钻探孔轴线;起吊装置包括钢丝绳、两个起吊滑轮和至少一个导向滑轮;起吊滑轮和导向滑轮皆为位于钻探孔外侧的定滑轮,外侧的两个起吊滑轮轴线皆与钻探孔轴线垂直,导向滑轮轴线与钻探孔轴线平行,钢丝绳穿过起吊滑轮和导向滑轮起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线与钻探孔轴线共面;钢丝绳两端起吊海底钻探基盘时,海底钻探基盘的重心位于钻探孔轴线上。
本技术的有益效果是;
用钢丝绳通过两只定滑轮进行起吊,钢丝绳投影位于钻探孔的外侧,不会对钻探作业造成干扰。
海底钻探基盘的重心位于钻探孔轴线上,远低于两起吊点,基盘在两个相同拉力的作用下始终自动保持钻探孔轴线处于竖直状态。
采用可伸缩的支柱,安放时,自动调整各支柱的长度与海底地形相适应,以保证钻探孔轴线处于竖直状态。
该海底钻探基盘在下放时,两起吊绳对于海底钻探基盘的力矩不一定相等,易于受到洋流等的影响;该海底钻探基盘在使用时,会遇到由于各支柱相对于钻探孔轴线的力臂大小不一、各支柱下端与海底接触不可靠,进而带来海底钻探基盘安放后不易保持所希望的状态;调整各支柱的长度难度较大等问题,需要对该海底钻探基盘进行改进。
改进之一,是对钢丝绳起吊点的改进:
钢丝绳穿过起吊滑轮和导向滑轮起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线到钻探孔轴线的距离相等。使竖直部分的钢丝绳投影位于两对称点,两起吊绳对于海底钻探基盘的力矩相等。
改进之二,是对支柱在基盘体上的设置位置及支柱的结构的改进:
至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔的外侧是,支柱均布在以钻探孔轴线上的点为圆心且与钻探孔轴线垂直的圆周上。这种改进,使海底钻探基盘在使用时,各支柱相对于钻探孔轴线的力臂相等,提高稳定性。
支柱为相同的柱塞缸;柱塞缸的进出油口相通;柱塞缸柱塞的外端呈锥形或楔形。这些改进,进出油口相通的柱塞缸构成一个空间液压弹簧,若柱塞缸柱塞受力较大(即柱塞与海底较高位置接触),柱塞回缩,液压油排向受力较小或不受力的柱塞缸,使相应柱塞缸的柱塞外伸,以自动适应高低起伏的海底地形,保持钻探孔轴线处于竖直状态;使用外端呈锥形或楔形的柱塞缸的柱塞,克服淤泥对于柱塞的阻力,使柱塞易于插入海底,与海底可靠接触,提高稳定性。
附图说明
图1  是这种海底钻探基盘的主视图
图2  是这种海底钻探基盘的左视图
图3  是这种海底钻探基盘处于平衡状态的受力分析图
图4  是这种海底钻探基盘受到外力作用而左高右低状态的受力分析图
图5  是这种海底钻探基盘受到外力作用而右高左低状态的受力分析图
具体实施方式
下面结合附图,对本技术作具体说明:
参见图1、图2所示的海底钻探基盘,这种海底钻探基盘主要由基盘体1、支柱和起吊装置组成。
这种海底钻探基盘,包括设置有钻探孔的基盘体1,设置在基盘体1下的支柱,设置在基盘体1上的起吊装置,;至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔10的外侧,支柱轴线平行于钻探孔10轴线;起吊装置包括钢丝绳、两个起吊滑轮6和至少一个导向滑轮9;起吊滑轮6和导向滑轮9皆为位于钻探孔10外侧的定滑轮,外侧的两个起吊滑轮6轴线皆与以钻探孔10的轴线为轴线的圆柱面正交,导向滑轮9轴线与钻探孔10轴线平行,钢丝绳穿过起吊滑轮6和导向滑轮9起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线与钻探孔10轴线共面;钢丝绳两端起吊海底钻探基盘时,海底钻探基盘的重心位于钻探孔10轴线上。
事实上:
基盘体1内开设有钻探孔10,基盘体1是一个以钻探孔10的轴线为轴线、两端面与其轴线垂直的圆柱体。
支柱设置在基盘体1的下面,支柱的数量至少为三个,一般选取六个(图示为六个,呈正六边形分布)。支柱的具体结构采用相同的柱塞缸;单个的柱塞缸在基盘体1上的设置方式为:柱塞缸缸体3固定在基盘体1内,缸体3轴线与钻探孔10轴线平行,柱塞4移动设置在缸体3内;多个柱塞缸在基盘体1上的部置方式为:柱塞缸均布在以钻探孔10轴线上的点为圆心且与钻探孔10轴线垂直的圆周上;柱塞缸相对于基盘体1上表面的高度相同;多个柱塞缸的进出油口2通过密闭的环形连通管5依次相通,环形连通管5设置在钻探孔10的外侧;柱塞4的外端呈锥形或楔形。
起吊装置包括钢丝绳、两个起吊滑轮6和至少一个导向滑轮9(图中所示为一个);起吊滑轮6和导向滑轮9皆为位于钻探孔10外侧的定滑轮;外侧的两个起吊滑轮6轴线皆与以钻探孔10轴线为轴线的圆柱面正交,导向滑轮9轴线与钻探孔10轴线平行;钢丝绳穿过起吊滑轮6和导向滑轮9起吊时,竖直部分为起吊绳7,导向滑轮9与起吊滑轮6之间的部分为导向绳8,此时起吊绳7的轴线与钻探孔10轴线共面,起吊绳7的轴线到钻探孔10轴线的距离相等。也就是说,钢丝绳穿过起吊滑轮6和导向滑轮9起吊时,起吊绳7在基盘体1上的投影相对于钻探孔10的直径轴对称。钢丝绳穿过起吊滑轮6和导向滑轮9起吊时,导向绳8远离钻探孔10。
钢丝绳两端起吊海底钻探基盘时,海底钻探基盘的重心位于钻探孔10轴线上。根据图示,事实上,钻探基盘的重心位于基盘体1上表面的下方。
下面结合附图,详细说明这种下放、安放海底钻探基盘时,自动保持钻探孔轴线竖直的原理、方法。
参见图3所示,钻探孔轴线竖直即海底钻探基盘处于平衡状态时,F为起吊绳对于海底钻探基盘的拉力,C是海底钻探基盘的重心,G是海底钻探基盘受的重力。则:
M=F﹡L﹡Conα- F﹡L﹡Conα
  =F﹡AD-F﹡DB
  =0
参见图4所示,海底钻探基盘受到外力作用而左高右低时,则:
M= F﹡L﹡Con(α+β)-F﹡L﹡Con(α-β) 
  =F﹡AE- F﹡GB
  <0
海底钻探基盘受逆时针回转力矩作用,将回转到平衡状态。
参见图5所示,海底钻探基盘受到外力作用而右高左低时,则:
M= F﹡L﹡Con(α-β)- F﹡L﹡Con(α+β)
  = F﹡AI-F﹡HB
  >0
海底钻探基盘受顺时针回转力矩作用,将回转到平衡状态。
下放时,采用单根6500米无缠绕钢丝绳,钢丝绳两两端绕在两个分别独立的卷筒上,两台绞车可以同时工作,也可以独立工作,互为备用,在满足3000米深度钻探作业要求的同时,也提高安全可靠性。
在安放过程中,柱塞缸初始状态为六只柱塞各伸出一半。当海底钻探基盘降放至柱塞刚接触到海底时,最先接触海底的柱塞插入海底,因受力而向内回缩,液压油通过连通管流向未受力或受力较小的柱塞缸,使其柱塞外伸;随着海底钻探基盘逐渐下沉,海底钻探基盘的六只柱塞始终承受着相等的力;尽管海底起伏不平,但基盘海底钻探始终是水平地缓缓坐底,即保持钻探孔轴线竖直。
本技术的有益效果是:
用钢丝绳通过两只定滑轮进行起吊,钢丝绳投影位于钻探孔的外侧,导向绳远离钻探孔,环形连通管也设置在钻探孔的外侧,不会对钻探作业造成干扰。
海底钻探基盘的重心位于钻探孔轴线上、两起吊点的下方,基盘在两个相同拉力的作用下始终自动保持钻探孔轴线处于竖直状态。
采用可伸缩的支柱,安放时,自动调整各支柱的长度与海底地形相适应,以保证钻探孔轴线处于竖直状态。
采用两台分别独立的绞车,互为备用,提高安全可靠性。

Claims (7)

1.一种海底钻探基盘,包括设置有钻探孔的基盘体,设置在基盘体下的支柱,设置在基盘体上的起吊装置,其特征是,至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔的外侧,支柱轴线平行于钻探孔轴线;起吊装置包括钢丝绳、两个起吊滑轮和至少一个导向滑轮;起吊滑轮和导向滑轮皆为位于钻探孔外侧的定滑轮,外侧的两个起吊滑轮轴线皆与钻探孔轴线垂直,导向滑轮轴线与钻探孔轴线平行,钢丝绳穿过起吊滑轮和导向滑轮起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线与钻探孔轴线共面;钢丝绳两端起吊海底钻探基盘时,海底钻探基盘的重心位于钻探孔轴线上。
2.根据权利要求1所述的海底钻探基盘,其特征是,钢丝绳穿过起吊滑轮和导向滑轮起吊时,钢丝绳竖直部分的轴线到钻探孔轴线的距离相等。
3.根据权利要求1所述的海底钻探基盘,其特征是,至少三个可伸缩的支柱分布在钻探孔的外侧是,支柱均布在以钻探孔轴线上的点为圆心且与钻探孔轴线垂直的圆周上。
4.根据权利要求1所述的海底钻探基盘,其特征是,支柱为相同的柱塞缸。
5.根据权利要求4所述的海底钻探基盘,其特征是,柱塞缸的进出油口相通。
6.根据权利要求4所述的海底钻探基盘,其特征是,柱塞缸柱塞的外端呈锥形。
7.根据权利要求4所述的海底钻探基盘,其特征是,柱塞缸柱塞的外端呈楔形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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