CN210768598U - 一种立轴式钻机波浪补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立轴式钻机波浪补偿装置，其包括密封储油器和油管，所述密封储油器内滑动设有补偿活塞，所述补偿活塞的下端设有液压油储腔，所述液压油储腔内设有液压油，所述补偿活塞的上端设有压缩气体储腔，所述压缩气体储腔内设有压缩气体，所述液压油储腔通过所述油管与立轴给进油缸的有杆腔连通。当浮式钻探平台受潮汐或风浪影响而产生升沉运动时，本实用新型使立轴给进油缸产生补偿运动，保证钻头与孔底的连续接触切削和正常钻探工作，而不受因海况引起船舶平台升沉摇摆的影响。

Description

一种立轴式钻机波浪补偿装置

技术领域

本实用新型涉及海上钻探用立轴式钻机的技术领域，尤其是涉及一种立轴式钻机波浪补偿装置。

背景技术

立轴式钻机是目前国内外应用最广泛的岩心钻机的机型,是地质钻探中常用的一种回转式钻机。这种钻机的回转机构有一根长的立轴,用其带动钻具回转、实现给进并导正钻具,故名立轴式钻机。它可以在各种硬度的岩石中钻垂直孔和一定范围的倾斜孔。在钻进浅孔和斜孔时,立轴的导正作用尤为显著。

公开号为CN102943616A的中国专利公开了一种立轴式岩芯钻机的动力头，包括与分动箱相接的动力头壳体，在动力头壳体的左右两侧设置有加减压油缸，动力头壳体内竖向设有立轴导管，立轴导管内装有立轴，立轴的上端与液压卡盘相接，在立轴的上方与液压卡盘之间装有压梁，压梁的左右两端向下与加减压油缸相接，在压梁的前部向下设置有左右导向杆，动力头壳体上设有与左右导向杆配合起导向作用的导向孔，通过液压系统带动压梁、动力头对钻头加减压工作，进行钻进作业。

目前海上勘探正常使用的钻机型号多为立轴式，在立轴箱的两侧安装有立轴给进油缸，立轴给进油缸的有杆腔在上方，立轴给进油缸的活塞杆竖直向上延伸出给进油缸的缸体，活塞杆的上端与横梁固定连接，横梁通过卡盘卡紧来固定连接立轴，立轴的下端丝扣连接有竖直的钻杆，钻杆的下端部安装有钻具和钻头，立轴给进油缸的活塞杆运动，通过横梁和卡盘带动立轴--钻杆--钻具--钻头向下进行钻进。

但是，由于海上作业，钻机是安装在浮式的船舶平台上，波浪的影响，使得立轴给进油缸需要处于动态式状态下作业。原有的立轴式钻机没有波浪补偿功能，这种立轴式钻机对海洋上的涌浪影响较为敏感，近海海域水面宽阔、海水较深，风大、涌浪高、海流流速急，海流力、涌浪冲击力引起船体和船舶平台倾斜摇摆和升沉，涌浪的波长愈长，波的能量愈大，则影响愈大。海上浮式平台钻探时，平台易随波浪的运动而无规律升沉运动，影响钻头与孔底的连续接触切削，严重时甚至直接造成钻杆折断而引起事故，中断钻探作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种立轴式钻机波浪补偿装置，当浮式钻探平台受潮汐或风浪影响而产生升沉运动时，立轴给进油缸能产生补偿运动，使钻头与钻孔底部的压力基本一致，保证钻头与孔底的连续接触切削和正常钻探工作，不易产生钻杆折断的情况，而不受因海况引起船舶平台升沉摇摆的影响。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种立轴式钻机波浪补偿装置，包括密封储油器和油管，所述密封储油器内滑动设有补偿活塞，所述补偿活塞的下端设有液压油储腔，所述液压油储腔内设有液压油，所述补偿活塞的上端设有压缩气体储腔，所述压缩气体储腔内设有压缩气体，所述液压油储腔通过所述油管与立轴给进油缸的有杆腔连通。

通过采用上述技术方案，立轴给进油缸的活塞杆竖直向下运动，通过横梁和卡盘带动立轴--钻杆--钻具--钻头直接向下进行钻进。当浮式钻探平台受潮汐或风浪影响而产生升沉运动时，补偿装置开始工作。当船舶平台和钻机向下运动时，通过横梁、立轴、钻杆和钻具的传动，钻头与钻孔底部接触下压，钻孔底部对钻头产生向上的反作用力，通过钻具、钻杆、立轴和横梁的传动，使得立轴给进油缸的有杆腔被压缩，有杆腔内的油压上升，油液通过油管排出至密封储油器下端的液压油储腔，使液压油储腔内压力上升，推动补偿活塞向上运动，从而压缩上端的压缩气体储腔内的压缩气体，达到平衡和补偿功能。当船舶和钻机向上运动时，立轴、钻杆、钻具和钻头产生向下运行力，立轴给进油缸有杆腔的油压下降，密封储油器下端的液压油储腔内的液压油通过油管流向有杆腔给予补油，液压油储腔内油压下降，这时上端压缩气体储腔因气压压力较高而推动补偿活塞向下运动，实现平衡和补偿功能。这样使立轴给进油缸产生补偿运动，使钻头与钻孔底部的压力基本一致，保证钻头与孔底的连续接触切削和正常钻探工作，不易产生钻杆折断的情况，不受因海况引起船舶平台升沉摇摆的影响。

本实用新型进一步设置为：立轴给进油缸的有杆腔与所述液压油储腔之间设有高压球阀，所述高压球阀包括阀体，所述阀体开设有通道，所述通道的一端通过所述油管与立轴给进油缸的有杆腔连通，所述通道的另一端通过所述油管与所述液压油储腔连通。

通过采用上述技术方案，正常钻进作业时，立轴给进油缸的活塞杆竖直向下运动，通过横梁和卡盘带动立轴--钻杆--钻具--钻头进行钻进,钻头与钻孔底部接触下压，钻头与钻孔之间需要产生足够的压力，才能钻进，此时，高压球阀的通道是关闭的。当浮式钻探平台受潮汐或风浪影响而产生升沉运动，此时需要波浪补偿，高压球阀打开，进行波浪补偿。通过高压球阀灵活控制油管的打开和闭合，既能保证正常的钻进工作，又能进行波浪补偿，简单便捷。

本实用新型进一步设置为：所述高压球阀还包括阀芯和阀杆，所述阀芯安装于所述阀体内，所述阀杆与所述阀芯固定连接，所述阀芯为V型体。

通过采用上述技术方案，通过转动阀杆带动阀芯转动，控制油管的开关。阀芯为V型体，阀芯的V型切口与金属阀座之间具有剪切作用，调节性能佳，可调比高，具有节流和控制流量之用，便于更好地控制油管中的液压油的流动，利于控制立轴给进油缸的有杆腔与液压油储腔之间油液的流动来进行补偿。

本实用新型进一步设置为：所述阀杆连接有摆动气缸，所述阀杆与所述摆动气缸的输出轴同轴固定连接。

通过采用上述技术方案，摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件。通过摆动气缸的输出轴转动，带动阀杆转动，使阀芯转动，来控制阀芯对通道的开关，从而控制油管的打开和闭合，无需人工转动阀杆，省力高效。

本实用新型进一步设置为：所述阀杆的端部延伸出所述阀体，所述阀杆延伸出所述阀体的端部安装有阀柄，所述阀体的外侧安装有刻度盘，所述刻度盘同轴转动套设于所述阀杆，所述刻度盘位于所述阀柄与所述阀体之间。

通过采用上述技术方案，转动阀柄和阀杆，控制阀芯对通道的打开和关闭，阀柄在刻度盘上显示阀杆和阀芯转过的角度，从而更加精密控制立轴给进油缸的有杆腔与密封储油器下端的液压油储腔之间油液的流动，提高了补偿过程的精密度。

本实用新型进一步设置为：所述密封储油器上端的压缩气体储腔连通有压力表。

通过采用上述技术方案，通过压力表来测量压缩气体储腔内的气体压强，对气压进行监控，不易产生因压缩气体压强过大而发生危险的情况，安全可靠。

本实用新型进一步设置为：所述压缩气体储腔连通有气瓶，所述压缩气体储腔与所述气瓶之间安装有三通阀，所述三通阀分别连接所述压缩气体腔、所述气瓶和所述压力表。

通过采用上述技术方案，海上涌浪的波幅不同，浮式钻探平台的上升和下降的幅度不同，需要的补偿力不同，压缩气体储腔内所需的气体量不同。通过气瓶和三通阀，对压缩气体储腔内的气体量进行调节，可以根据不同的

海况进行有效的压力调节和波浪补偿，提高通用性，能够解决海上不同波幅的涌浪对钻探作业的影响。

本实用新型进一步设置为：所述液压油储腔连通有溢流阀。

通过采用上述技术方案，当液压油储腔内油量过多或油压过大时，液压油从溢流阀流出，进行系统卸荷。溢流阀稳定液压油储腔内的压力，起保险作用，可以实现安全给进补偿工作。

综上所述，本实用新型的有益效果为：

1.采用了密封储油器、油管、补偿活塞、液压油储腔和压缩气体储腔的技术，这样使立轴给进油缸产生补偿运动，使钻头与钻孔底部的压力基本一致，保证钻头与孔底的连续接触切削和正常钻探工作，而不受因海况引起船舶平台升沉摇摆的影响；

2.采用了高压球阀、阀芯和阀杆的技术，正常钻进作业时，高压球阀的通道是关闭的，在需要波浪补偿时才打开，通过转动阀杆带动阀芯转动，通过高压球阀控制油管的开关，阀芯为V型体，阀芯的V型切口与金属阀座之间具有剪切作用，调节性能佳，可调比高，具有节流和控制流量之用，便于更好地控制油管中的液压油的流动，利于控制立轴给进油缸的有杆腔与液压油储腔之间油液的流动来进行补偿；

3.采用了气瓶和三通阀的技术，海上涌浪的波幅不同，浮式钻探平台的上升和下降的幅度不同，需要的补偿力不同，压缩气体储腔内所需的气体量不同。通过气瓶和三通阀，对压缩气体储腔内的气体量进行调节，可以根据不同的海况进行有效的压力调节和波浪补偿，提高通用性，能够解决海上不同波幅的涌浪对钻探作业的影响。

附图说明

图1是本实施例的整体结构示意图。

图2是本实施例中用于体现高压球阀的结构示意图。

图中，1、密封储油器；11、压缩气体储腔；111、压力表；112、气瓶；113、三通阀；12、液压油储腔；121、溢流阀；13、补偿活塞；2、油管；3、立轴给进油缸；31、有杆腔；32、活塞杆；4、高压球阀；41、阀体；42、阀芯；43、阀杆；44、阀柄；45、刻度盘；46、摆动气缸；51、立轴；52、钻杆；53、钻具；54、钻头；55卡盘；56、横梁。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种立轴式钻机波浪补偿装置，包括密封储油器1。密封储油器1的上端设有压缩气体储腔11，压缩气体储腔11内设有压缩气体。密封储油器1的下端设有液压油储腔12，液压油储腔12内设有液压油。压缩气体储腔11和液压油储腔12之间设有补偿活塞13，补偿活塞13滑动安装于密封储油器1内。补偿活塞13将密封储油器1的上下两端分为压缩气体储腔11和液压油储腔12。

参照图1，压缩气体储腔11分别连通有压力表111和气瓶112，压缩气体储腔11与气瓶112之间安装有三通阀113，三通阀113分别连接压缩气体腔、气瓶112和压力表111，气瓶112内充有高压氮气。压力表111来测量压缩气体储腔11内的气体压强，对气压进行监控，不易产生因压缩气体压强过大而发生危险的情况，安全可靠。由于海上涌浪的波幅不同，浮式钻探平台的升降的幅度不同，需要的补偿力不同，压缩气体储腔11内所需的气体量不同。气瓶112和压缩气体储腔11通过三通阀113连接，通过控制三通阀113来对压缩气体储腔11内的气体量进行调节，提高通用性，能够解决海上不同波幅的涌浪对钻探作业的影响。

参照图1，液压油储腔12连通有溢流阀121。液压油储腔12与立轴给进油缸3的有杆腔31之间设有油管2，液压油储腔12通过油管2与立轴给进油缸3的有杆腔31连通。立轴给进油缸3的活塞杆32竖直设置，活塞杆32的上端与横梁56固定连接，横梁56与立轴51通过卡盘55的卡紧固定连接，立轴51的下端丝扣连接有竖直的钻杆52，钻杆52的下端部安装有钻具53和钻头54。立轴给进油缸3的活塞杆32竖直向下运动，通过横梁56和卡盘55带动立轴51--钻杆52--钻具53--钻头54进行钻进。当船舶平台和钻机向下运动时，钻头54与钻孔底部接触下压，钻孔底部对钻头54产生向上的反作用力，使得立轴给进油缸3的有杆腔31被压缩，有杆腔31内的油压上升，油液通过油管2排出至密封储油器1下端的液压油储腔12，使液压油储腔12内压力上升，推动补偿活塞13向上运动，从而压缩上端的压缩气体储腔11内的压缩气体，进行平衡和补偿。当船舶和钻机受到涌浪作用向上运动时，立轴51、钻杆52、钻具53和钻头54受到向下的力，立轴给进油缸3的活塞杆32向下运动，使有杆腔31空间变大，有杆腔31的油压下降，密封储油器1下端的液压油储腔12内的液压油通过油管2流向有杆腔31给予补油，液压油储腔12内油压下降，这时上端压缩气体储腔11因气压压力高于下端液压油储腔12内油压，使补偿活塞13向下运动，实现平衡补偿。这样使立轴给进油缸3产生补偿运动，使钻头54与钻孔底部的压力基本一致，保证正常钻探工作，而不受海况原因引起船舶平台升沉摇摆的影响。溢流阀121起到溢流稳压的作用，当液压油储腔12内油量过多或油压过大时，液压油从溢流阀121流出，进行系统卸荷，使给进补偿工作更加安全。

参照图1和图2，立轴给进油缸3的有杆腔31与液压油储腔12之间设有高压球阀4，高压球阀4包括阀体41，阀芯42和阀杆43。阀体41开设有通道，通道的一端通过油管2与立轴给进油缸3的有杆腔31连通，通道的另一端通过油管2与液压油储腔12连通。阀芯42安装于阀体41内，阀芯42为V型体，阀杆43与阀芯42固定连接。正常钻进作业时，为了保证钻头54与钻孔之间产生足够的压力，高压球阀4的通道是关闭的。在需要波浪补偿时，高压球阀4才打开来进行波浪补偿。通过转动阀杆43带动阀芯42转动，控制油管2的开关，简单便捷。阀芯42的V型切口与金属阀座之间具有剪切作用，调节更精确，便于更好地控制油管2中的液压油的流动，利于控制立轴给进油缸3的有杆腔31与液压油储腔12之间油液的流动来进行补偿。

参照图1和图2，阀杆43的端部延伸出阀体41，阀杆43延伸出阀体41的端部安装有阀柄44，阀体41的外侧安装有刻度盘45，刻度盘45同轴转动套设于阀杆43，刻度盘45位于阀柄44与阀体41之间。转动阀柄44和阀杆43，来控制阀芯42对通道的打开和关闭，阀柄44在刻度盘45上显示阀杆43和阀芯42转过的角度，从而更加精密控制立轴给进油缸3的有杆腔31与密封储油器1下端的液压油储腔12之间油液的流动，提高了补偿过程的精密度。

参照图1和图2，阀体41的上方安装有摆动气缸46，阀杆43与摆动气缸46的输出轴同轴固定连接。通过摆动气缸46的输出轴转动，带动阀杆43转动，使阀芯42转动，来控制阀芯42对通道的开关，从而控制油管2的打开和闭合，无需人工转动阀杆43，省力高效。

上述实施例的实施原理为：立轴给进油缸3的活塞杆32运动，通过横梁56和卡盘55带动立轴51--钻杆52--钻具53--钻头54进行钻进。当浮式钻探平台受潮汐或风浪影响而产生升沉运动时，通过摆动气缸46的输出轴转动，带动阀杆43转动，使阀芯42转动，通道和油管2打开，补偿装置开始工作，阀柄44在刻度盘45上显示阀杆43和阀芯42转过的角度。当船舶平台和钻机向下运动时，通过立轴51、钻杆52和钻具53的传动，钻头54与钻孔底部接触下压，钻孔底部对钻头54产生向上的反作用力，通过钻具53、钻杆52和立轴51的传动，使得立轴给进油缸3的有杆腔31被压缩，有杆腔31内的油压上升，油液通过油管2排出至密封储油器1下端的液压油储腔12，使液压油储腔12内压力上升，推动补偿活塞13向上运动，从而压缩上端的压缩气体储腔11内的压缩气体，达到平衡和补偿功能。当船舶和钻机向上运动时，立轴51、钻杆52、钻具53和钻头54产生向下运行力，立轴给进油缸3有杆腔31的油压下降，密封储油器1下端的液压油储腔12内的液压油通过油管2流向有杆腔31给予补油，液压油储腔12内油压下降，这时上端压缩气体储腔11因气压压力较高而推动补偿活塞13向下运动，实现平衡和补偿功能。这样使立轴给进油缸3产生补偿运动，使钻头54与钻孔底部的压力基本一致，保证正常钻探工作，不易产生钻杆52折断的情况，而不受因海况引起船舶平台升沉摇摆的影响。

压力表111来测量压缩气体储腔11内的气体压强，对气压进行监控。通过控制三通阀113来对压缩气体储腔11内的气体量进行调节，提高通用性，能够解决海上不同波幅的涌浪对钻探作业的影响。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：包括密封储油器(1)和油管(2)，所述密封储油器(1)内滑动设有补偿活塞(13)，所述补偿活塞(13)的下端设有液压油储腔(12)，所述液压油储腔(12)内设有液压油，所述补偿活塞(13)的上端设有压缩气体储腔(11)，所述压缩气体储腔(11)内设有压缩气体，所述液压油储腔(12)通过所述油管(2)与立轴给进油缸(3)的有杆腔(31)连通。

2.根据权利要求1所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：立轴给进油缸(3)的有杆腔(31)与所述液压油储腔(12)之间设有高压球阀(4)，所述高压球阀(4)包括阀体(41)，所述阀体(41)开设有通道，所述通道的一端通过所述油管(2)与立轴给进油缸(3)的有杆腔(31)连通，所述通道的另一端通过所述油管(2)与所述液压油储腔(12)连通。

3.根据权利要求2所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述高压球阀(4)还包括阀芯(42)和阀杆(43)，所述阀芯(42)安装于所述阀体(41)内，所述阀杆(43)与所述阀芯(42)固定连接，所述阀芯(42)为V型体。

4.根据权利要求3所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述阀杆(43)连接有摆动气缸(46)，所述阀杆(43)与所述摆动气缸(46)的输出轴同轴固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述阀杆(43)的端部延伸出所述阀体(41)，所述阀杆(43)延伸出所述阀体(41)的端部安装有阀柄(44)，所述阀体(41)的外侧安装有刻度盘(45)，所述刻度盘(45)同轴转动套设于所述阀杆(43)，所述刻度盘(45)位于所述阀柄(44)与所述阀体(41)之间。

6.根据权利要求1所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述密封储油器(1)上端的压缩气体储腔(11)连通有压力表(111)。

7.根据权利要求6所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述压缩气体储腔(11)连通有气瓶(112)，所述压缩气体储腔(11)与所述气瓶(112)之间安装有三通阀(113)，所述三通阀(113)分别连接所述压缩气体腔、所述气瓶(112)和所述压力表(111)。

8.根据权利要求1所述的一种立轴式钻机波浪补偿装置，其特征在于：所述液压油储腔(12)连通有溢流阀(121)。

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