CN220869314U - 一种水下钻机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水下钻机，涉及水下钻探技术领域，包括浮筒承台、液压缸以及钻机，浮筒承台底部敞口，浮筒承台的上面固定设置有至少4个液压缸，液压缸的上面固定设置有钻机。浮筒为下部敞口，上部封闭，内部纵向平均三分隔间，每个隔间上部开孔设阀门做为浮筒上面水气两用泵抽(打)气(水)通道。其可以独立在海床作业，在船上通过操作台操作，克服了传统海上钻进由于船机随风浪晃动对土工取样、静力触探质量的影响。钻探、取样、静力触探基本不受风浪影响，能够实现高质量勘探，为精准勘察奠定牢靠的基础。其单价远低于目前的专业海洋钻机，对船只等平台要求低，能够大幅减低成本。

Description

一种水下钻机

技术领域

本申请涉及水下钻探技术领域，尤其涉及一种水下钻机。

背景技术

目前海上钻探主要有船只搭载普通钻机作业、固定平台搭载普通钻进以及专业海洋勘探船三种，他们各有优劣，采用船只搭载普通钻机作业，效率高，成本低，但在风浪作用下稳定性差，取土样扰动较大；固定平台搭载普通钻进，抗风浪扰动能力好,但效率较低，成本较高；专业海洋勘探船，船只带有自定位功能，钻机带有升沉补偿装置，效率高，抗风浪能力较好，但成本高。

如现有技术CN212642592U公开的一种水下钻机，该种水下钻机，包括钻孔平台、钻机本体、钻杆套筒和套筒定位机构；所述钻机本体安装在钻孔平台上，钻杆套筒套设在钻机本体的钻机钻杆外部，钻杆套筒用于钻机钻杆的防护；所述套筒定位机构包括安装在钻杆套筒底部的两组相互对称的支撑架，两组支撑架之间连接有拆卸式的连接杆。本实用新型提供的水下钻机，在原有钻杆套筒的基础上设置了用于钻杆套筒定位的套筒定位机构，通过钻杆套筒外部的两组支撑架形成对钻杆套筒的四向支撑，且两组支撑架之间通过第一定位抱箍和螺栓的配合可拆卸式的连接，提高钻杆套筒以及钻杆套筒内钻机钻杆的稳定性，使得钻杆套筒和钻机钻杆不会在水流的影响下产生位移。该方案产品需要船只或其他平台搭载，存在抗风浪扰动能力差或者成本高效率低的问题。

又如现有技术CN207212269U公开的轻便式液压驱动水下钻机，包括底座、竖直安装在底座上的桅杆、安装在桅杆上的主升降机构和辅助提钻杆机构、以及安装在主升降机构上的钻机主体，所述钻机主体包括液压马达、动力头和钻具，所述动力头安装在支承架上，所述动力头通过液压马达带动钻具转动，通过主升降机构带动钻具上下运动。本发明的轻便式液压驱动水下钻机，通过底座、主升降机构和辅助提钻杆机构组成的水下操作平台，稳定水下人员和机械，在有涌流时，也能轻松完成岩芯取样，在钻进过程中，钻机既可在自重作用下沿升降机构自动向下推进，减少水下人员的操作，也可通过主升降机构自由调节推进速度，提高钻取效率。其缺陷是需要潜水员作业，操作复杂，安全性较差，无套管贯入系统，难以适应深水、深孔和淤泥质海底作业。

又如现有技术CN106050145B 一种水下钻机由钻机本体、底座和阀体开闭装置组成，其特征在于:底座与钻机本体同轴并位于钻机本体下部，阀体开闭装置旁置于钻机本体一侧，底座安装在钻机本体下方，钻机下部的钻头位于底座内部，阀体开闭装置通过连接销与底座的阀门把相连接。本发明具有结构比较紧凑、小巧轻便、易操作、安全性好的特点，可以实现在水下的快速锚固和自动钻孔，并能在钻孔完成过程中和钻孔完成后更换对接工具时形成对作业面内容物的保护。其缺陷是无套管贯入系统，难以适应深孔和淤泥质海底作业。

发明内容

为解决上述问题，本申请采用如下技术方案实现：

一种水下钻机，包括：浮筒承台、液压缸以及钻机，所述浮筒承台底部敞口，浮筒承台的上面固定设置有至少4个所述液压缸，所述液压缸的上面固定设置有所述钻机。

优选地，所述浮筒承台包括浮筒，浮筒为圆筒结构，其底部敞口；

所述浮筒中心设置有圆筒形的浮筒钻杆套筒，用于穿设钻杆和钻杆套管所述浮筒内壁与所述浮筒钻杆套筒外壁之间径向设置有分隔板。

优选地，所述分隔板一共设置3块，每一块间隔120度角，从而将整个浮筒的内腔分成3个隔间；

每一个隔间的顶部均开设有阀门孔，三个阀门孔分别与泵连通；

优选地，所述浮筒的顶部焊接有四个吊耳以及四个液压缸。

优选地，所述钻机包括钻机底座、爬行杆、钻杆固定和驱动装置、钻杆固定装置、上部套管驱动装置以及下部套管驱动装置；

所述钻机底座固定在液压缸的顶部，钻机底座的中心两侧分别竖直固定设置两根所述爬行杆；

所述爬行杆上可滑动设置有所述钻杆固定和驱动装置、钻杆固定装置、上部套管驱动装置以及下部套管驱动装置，所述钻杆固定和驱动装置、钻杆固定装置、上部套管驱动装置以及下部套管驱动装置内穿设或固定有套筒，所述套筒内穿设有钻杆。

优选地，所述爬行杆为柱状内侧设齿轮槽，与钻杆固定和驱动装置、钻杆固定装置、上部套管驱动装置以及下部套管驱动装置的爬升齿轮咬合。

优选地，在所述钻机底座上还设置有壳体，壳体的上方内部两侧设置有套管传送滚轮。

优选地，所述套管传送滚轮的下面固定设置有上套管夹具，钻机底座中部上面固定设置有下套管夹具。

优选地，所述钻杆固定和驱动装置包括转动缸，所述转动缸为筒状结构；

所述转动缸内径向开设有滑块孔和钢球孔，滑块孔内可滑动设置有滑块，滑块上设有滑块弹簧；

钢球孔内可滑动设置有钢球；

转动缸的外周环设有插拔盖环槽，其内可滑动设置有插拔盖。

优选地，所述插拔盖呈筒状结构，其底部的内壁做成倒角，底部横截面呈“八”字形的结构。

现有海洋钻探装备要么在船只上受风浪影响取样扰动大，要么需要采用固定平台成本高效率低，要么采用专门的海洋勘探船成本高昂。本方案产品可以独立在海床作业，在船上通过操作台操作，克服了传统海上钻进由于船机随风浪晃动对土工取样、静力触探质量的影响。钻探、取样、静力触探基本不受风浪影响，能够实现高质量勘探，为精准勘察奠定牢靠的基础。其单价远低于目前的专业海洋钻机，对船只等平台要求低，能够大幅减低成本，可以利用大量的普通船只轻易实现狼群作业模式，在气象、海况瞬息万变的海上充分利用有利的作业窗口期，大大提高工作效率。

附图说明

图1是本申请提供的实施例总体结构示意图；

图2是本申请提供的实施例中浮筒承台的立体结构示意图；

图3是本申请提供的实施例中浮筒承台另一个视角的立体结构示意图；

图4是本申请提供的实施例中钻机的结构示意图；

图5是本申请提供的实施例中钻杆固定和驱动装置的结构示意图；

图6是本申请提供的实施例中上部套管驱动装置以及下部套管驱动装置的结构示意图；

图7是图5的剖视图；

图8是图5中另一角度的剖视图；

图9是本申请提供的实施例中转动缸的俯视图；

图10是本申请提供的实施例中转动缸的侧视图。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1~10，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

一种水下钻机，主要有三部分构成，如图1所示，最下面为浮筒承台1，能够充分利用海底淤泥层的承载力支撑钻机，能够通过分别往浮筒三个隔间泵水或抽水实现辅助调平功能；中部为焊接在浮筒上的四个液压缸2，做为钻机的调平支腿；上面为钻机3，具有自动作业，自动更换套管的功能。

浮筒承台1，其由浮筒构成，浮筒为下部敞口，上部封闭，内部纵向平均三分隔间，每个隔间上部开孔设阀门作为浮筒上面水气两用泵抽(打)气(水)通道。浮筒上面焊接四个吊耳用于起吊，焊接四个液压缸2，作为钻机的支撑和调平腿。作业时抽气(水)进行沉贯入淤泥进行稳定，通过调整三个隔间的水压进行浮筒调平。更具体地，如图2和图3所示：浮筒承台1包括浮筒10，浮筒10为圆筒结构，其底部敞口。浮筒10的中心固定设置一根圆筒形的浮筒钻杆套筒11，用于穿设钻杆和钻杆套管，钻杆和钻杆套管可深入至海床；浮筒钻杆套筒11的外壁与浮筒10的内壁之间径向设置有分隔板12，分隔板12一共设置3块，每一块间隔120度角，从而将整个浮筒10的内腔分成3个隔间13，每一个隔间13的顶部均开设有阀门孔14，三个阀门孔14分别与泵连通，用于调节隔间13内的空气或者水量。浮筒10的顶部焊接有四个吊耳15以及四个液压缸2。

四个液压缸2的顶部分别与钻机3的四个角固定连接，通过调节四个液压缸2的伸缩能够调整钻机3的水平。

如图4~图8所示，钻机3包括：钻机底座、爬行杆30、钻杆固定和驱动装置31、钻杆固定装置32、上部套管驱动装置33以及下部套管驱动装置34。所述钻机底座固定在四个液压缸2的顶部，钻机底座的中心两侧分别竖直固定设置两根所述爬行杆30，所述爬行杆30上可滑动设置有所述钻杆固定和驱动装置31、钻杆固定装置32、上部套管驱动装置33以及下部套管驱动装置34，所述钻杆固定和驱动装置31、钻杆固定装置32、上部套管驱动装置33以及下部套管驱动装置34内可穿过也可固定有套筒4和钻杆5，所述套筒4内穿设有钻杆5。

爬行杆30做为钻杆固定和驱动装置31、钻杆固定装置32、上部套管驱动装置33以及下部套管驱动装置34上下滑动的支撑。爬行杆30为柱状内侧设齿轮槽，与钻杆固定和驱动装置31、钻杆固定装置32、上部套管驱动装置33以及下部套管驱动装置34装置的爬升齿轮咬合。这些都可以参考齿轮齿条行走结构设计，是很常见的传动方式。

此外，在钻机底座上还设置有壳体35，壳体35的上方内部两侧设置有套管传送滚轮36，其滚轮外侧为橡胶，两轮闭合时须能夹紧套管4。套管传送滚轮36的下面固定设置有上套管夹具37，钻机底座中部上面固定设置有下套管夹具38，上套管夹具37和下套管夹具38分别用来夹持套管的，采用现有的成熟产品即可。

钻杆固定和驱动装置31：其中间为转动缸310，转动缸310为筒状结构，中间空心，便于钻杆5和套管4穿过其中。

转动缸310内径向开设有滑块孔3100和钢球孔3101，滑块孔3100内可滑动设置有滑块311，滑块311上套设有滑块弹簧3110，其保证滑块始终向有个外移动的力。钢球孔3101内可滑动设置有钢球312。转动缸310的外周环设有插拔盖环槽，其内可滑动设置有插拔盖313，插拔盖313呈筒状结构，其底部的内壁做成倒角，底部横截面呈“八”字形的结构。转动缸310的环形筒内圈筒壁根据滑块尺寸和钢球大小竖向开口，用于滑块和钢球在插拔盖的挤压下向中心伸出。

转动缸310的底部环设有钢球弹簧314，其顶部与所述钢球312相抵。具体地，外圈筒壁内根据钢球大小开圆弧凹槽，限制钢球只能上下运动，下部为三个钢球弹簧314，顶托三个钢球上下运动。当需要驱动钻杆时，插拔盖下压，首先挤压滑块向中心伸出卡紧钻杆，用于转动缸带动钻杆旋转，继续下压挤压钢球向下运动到钻杆凹槽位置再向中心伸出卡住钻杆凹槽，防止掉钻。转动缸外筒壁焊接齿轮环，与在电机315的转子联动，转动缸在电机带动下转动。两侧设电动爬行齿轮与爬行杆的齿槽咬合，齿轮转动带动钻杆固定和驱动装置转上下滑动。

钻杆固定装置32：其与钻杆固定和驱动装置31结构基本一致，只是外筒壁不设齿轮环换和电机，仅固定在液压行走装置上，用以套管穿越钻杆固定和驱动装置31时固定钻杆防止钻杆转动和掉钻。里面转动缸通过滚珠嵌于其中，可作为钻杆的从动机构。两侧设电动爬行齿轮与爬行杆的齿槽咬合，齿轮转动带动钻杆固定装置上下滑动。

上部套管驱动装置33和下部套管驱动装置34结构相同，其总体结构与钻杆固定和驱动装置31基本一致。不同之处是上部套管驱动装置33和下部套管驱动装置34的转动缸上不设钢球和弹簧，滑块顶端加设橡胶垫，以增加对套管的接触牢固程度。两侧设电动爬行齿轮与爬行杆的齿槽咬合，上部套管驱动装置33和下部套管驱动装置34上下滑动。

钻探作业流程：

1) 可用普通船只运送到工作点位；

2) 组装浮筒承台+钻机，预接钻机底到承台底第一段钻杆套管，用钻杆套管夹具固定；再安装上部套管驱动装置33到钻机顶的第一段钻杆套管，用套管夹具固定；预接钻机顶到承台底第一段钻杆（含钻头）。

3) 打开浮筒顶的阀门，吊装浮筒承台+钻机组合体入海，沉海工程过程逐节加钻杆，并同步从钻机顶部开始加接套管，直至组合体坐落在海床上，同时套管和钻杆高出船甲板，以便钻进操作。根据调平需要，对浮筒承台隔间抽水或注水加压，对浮筒进行调平后关闭阀门，如浮筒承台完全入泥仍未调平，则调节浮筒承台上面钻机的四个液压升降缸继续调整，直至钻机水平。

4) 船上操控操作平台进行钻探、取样或者静力触探。

钻进时，插拔盖313和323下压，挤压滑块夹紧钻杆和挤压钢球卡入钻杆卡槽，启动钻杆固定和驱动装置转动带动钻杆旋转+爬升构件下行加载钻进。由于采用绳索取芯和井下式静力触探，钻进过程无需提钻杆。

需要加装套管时，提起插拔盖，松开钻杆，开启套管传送滚轮往下送入一节套管。提起套管固定和驱动装置和插拔盖，钻杆固定和驱动装置+套管固定和驱动装置爬升至新沉入套管底部以上，压下套管固定和驱动装置插拔盖夹紧套筒，启动电机旋转卸下该节套管，然后下行至钻杆固定装置上部，启动固定和驱动装置至钻杆固定装置下部，压下插拔盖夹紧套管，然后下行至下部套管顶，开始旋转连接两套管，套管连接后，继续下行启动固定和驱动装置至套管到钻进深度，夹紧套管夹具。

重复钻进和加接套管完成钻进。

钻进完成后，先提起套管固定和驱动装置。重复同时提起和压下钻杆固定装置、钻杆固定和驱动装置转的插拔盖，逐节提起回收钻杆。然后在将上部水下套筒与泥面下套管连接扭紧，重复同时松开和加紧套管夹具、套管传送滚轮，逐节提起回收套管。

最后，往浮筒承台三个隔间里面打起，配合浮筒承台+钻机的整体起吊。

现有海洋钻探装备要么在船只上受风浪影响取样扰动大，要么需要采用固定平台成本高效率低，要么采用专门的海洋勘探船成本高昂。本方案产品可以独立在海床作业，在船上通过操作台操作，克服了传统海上钻进由于船机随风浪晃动对土工取样、静力触探质量的影响。钻探、取样、静力触探基本不受风浪影响，能够实现高质量勘探，为精准勘察奠定牢靠的基础。其单价远低于目前的专业海洋钻机，对船只等平台要求低，能够大幅减低成本，可以利用大量的普通船只轻易实现狼群作业模式，在气象、海况瞬息万变的海上充分利用有利的作业窗口期，大大提高工作效率。

Claims (10)

1.一种水下钻机，其特征在于，包括：浮筒承台（1）、液压缸（2）以及钻机（3），所述浮筒承台（1）底部敞口，浮筒承台（1）的上面固定设置有至少4个所述液压缸（2），所述液压缸（2）的上面固定设置有所述钻机（3）。

2.根据权利要求1所述的水下钻机，其特征在于：

所述浮筒承台（1）包括浮筒（10），浮筒（10）为圆筒结构，其底部敞口；

所述浮筒（10）中心设置有圆筒形的浮筒钻杆套筒，用于穿设钻杆和钻杆套管；

所述浮筒（10）内壁与所述浮筒钻杆套筒（11）外壁之间径向设置有分隔板（12）。

3.根据权利要求2所述的水下钻机，其特征在于：

所述分隔板（12）一共设置3块，每一块间隔120度角，从而将整个浮筒（10）的内腔分成3个隔间（13）；

每一个隔间（13）的顶部均开设有阀门孔（14），三个阀门孔（14）分别与泵连通。

4.根据权利要求2所述的水下钻机，其特征在于：

所述浮筒（10）的顶部焊接有四个吊耳（15）以及四个液压缸（2）。

5.根据权利要求2所述的水下钻机，其特征在于：

所述钻机（3）包括钻机底座、爬行杆（30）、钻杆固定和驱动装置（31）、钻杆固定装置（32）、上部套管驱动装置（33）以及下部套管驱动装置（34）；

所述钻机底座固定在液压缸（2）的顶部，钻机底座的中心两侧分别竖直固定设置两根所述爬行杆（30）；

所述爬行杆（30）上可滑动设置有所述钻杆固定和驱动装置（31）、钻杆固定装置（32）、上部套管驱动装置（33）以及下部套管驱动装置（34），所述钻杆固定和驱动装置（31）、钻杆固定装置（32）、上部套管驱动装置（33）以及下部套管驱动装置（34）内穿设有套筒（4），所述套筒（4）内穿设或固定有钻杆（5）。

6.根据权利要求5所述的水下钻机，其特征在于：

所述爬行杆（30）为柱状内侧设齿轮槽，与钻杆固定和驱动装置（31）、钻杆固定装置（32）、上部套管驱动装置（33）以及下部套管驱动装置（34）的爬升齿轮咬合。

7.根据权利要求5所述的水下钻机，其特征在于：

在所述钻机底座上还设置有壳体（35），壳体（35）的上方内部两侧设置有套管传送滚轮（36）。

8.根据权利要求7所述的水下钻机，其特征在于：

所述套管传送滚轮（36）的下面固定设置有上套管夹具（37），钻机底座中部上面固定设置有下套管夹具（38）。

9.根据权利要求5所述的水下钻机，其特征在于：

所述钻杆固定和驱动装置（31）包括转动缸（310），所述转动缸（310）为筒状结构；

所述转动缸（310）内径向开设有滑块孔（3100）和钢球孔（3101），滑块孔（3100）内可滑动设置有滑块（311），滑块（311）上设有滑块弹簧（3110）；

钢球孔（3101）内可滑动设置有钢球（312）；

转动缸（310）的外周环设有插拔盖环槽，其内可滑动设置有插拔盖（313）。

10.根据权利要求9所述的水下钻机，其特征在于：

所述插拔盖（313）呈筒状结构，其底部的内壁做成倒角，底部横截面呈“八”字形的结构。