CN2716492Y - 深海浅孔取芯钻机的更换取岩芯内管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了深海浅孔取芯钻机更换取岩芯内管装置，它是将现有钻杆改为双层套管，外套管下端连接钻头，上端与钻进动力头连接，具体方案为：圆盘下托式或上挂式岩芯内管定位存放于圆形旋转盘上，岩芯内管被旋转到岩芯外套管上方时，自动插入或由抓管机构从悬挂装置上取下靠插拔机构插入岩芯外套管内并固紧，已取芯内管由抓管机构和插拔机构从岩芯外套管中拔出并定位存放到圆形旋转盘上；方形直线移动式不同之处是岩芯内管悬挂在直线式挂架上，由换内管机构平移至岩芯外套管上方，再由抓管机构和插拔机构更换岩芯内管。本实用新型比整体更换钻头钻具取芯经济、简单、可靠，钻机一次下海多点取芯，作业效率高，成本低，提高了地质评价准确性。

Description

深海浅孔取芯钻机的更换取岩芯内管装置

技术领域

本实用新型涉及海洋资源勘探开发装备，特别是用于深海底表层固体矿产资源勘探浅孔取芯钻机上的多次更换岩芯内管多次取岩芯装置。

背景技术

海洋资源的开发，特别是深海底表层以锰结核为代表的矿产资源的开发是一个新开拓的技术领域，由于深海底复杂的地质、洋流、压力等条件，勘探取芯钻机下海底一次极不容易，时间和能源都消耗大，需要钻机配备一次下海多点取芯的装置。中国专利02113334.4公开了一种“深海多钻头结壳取芯钻机”(公开日2002.8.7，公开号CN1362571A)，该专利设计了由推动旋转盘旋转的液压马达、旋转盘、搁置于旋转盘上的多个取芯钻头和一根钻杆组成的多钻头自动连接转换装置实现一次下海多点取芯。但采用更换钻头实现多点取芯，将增加钻机的自重量、制造成本和能耗，能完成的取芯点也受到一定的限制。

发明内容

本发明目的是克服上述“深海多钻头结壳取芯钻机”采用更换取芯钻头实现多点取芯存在的钻机重量大，能耗高，一次下海取芯点少等缺陷，提供一种不更换钻机的取芯钻头，仅拔出取芯钻头钻杆内装岩芯的内管，并向连接钻头的钻杆内插入已配置于钻机上的未装岩芯的空取岩芯内管的深海浅孔取芯钻机的更换取岩芯内管装置，降低钻机重量和能耗，实现一次下海更多点取芯。

为实现发明目的本实用新型将现有取芯钻机的钻杆改为双层套管，岩芯外套管下端连接钻头，上端与钻进动力头连接，取岩芯内管插入外套管内并卡紧。具体采用的技术方案有3个：

采用圆盘下托式更换取岩芯内管多次取芯装置，它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管，固定于钻进动力头上方机架上、设有一个与岩芯外套管共轴同心圆孔的岩芯内管下托板，位于下托板上方能将岩芯内管旋转到岩芯外套管上方的圆形旋转盘，下端搁置在下托板上并由与圆形旋转盘固接的下定位盘和内管导向架定位的若干根岩芯内管，推动圆形旋转盘旋转一定角度使空岩芯内管移至与岩芯外套管共轴位置并经下托板上的圆孔自动插入岩芯外套管中的推管装置，抓住已取芯岩芯内管使插拔机构从岩芯外套管中将其拔出并放下托板上的抓管机构，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管中拔出已取芯岩芯内管的插拔机构。

采用圆盘上挂式更换取岩芯内管多次取芯装置，它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管，位于钻进动力头上方一侧并能将岩芯内管旋转到岩芯外套管上方的圆形旋转盘，圆形旋转盘下部固接的岩芯内管悬挂装置，上端挂在悬挂装置上并由与圆形旋转盘固接的上定位盘和下定位盘定位的若干根岩芯内管，推动圆形旋转盘旋转一定角度将空岩芯内管移至与岩芯外套管共轴位置的推管装置，从悬挂装置上将岩芯内管取下或将插拔机构从岩芯外套管中拔出的已取芯岩芯内管挂到悬挂装置上的抓管机构，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管中拔出已取芯岩芯内管或将空岩芯内管插入岩芯外套管内并固紧的插拔机构。

采用方形直线移动式更换取岩芯内管多次取芯装置，它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管，位于钻进动力头上方及岩芯外套管两边、上下设有槽口相对凹槽的直线式岩芯内管挂架，上端悬挂在挂架上凹槽内的悬挂装置上、下端由挂架下凹槽限位的若干根岩芯内管，将挂架上悬挂的岩芯内管平移至岩芯外套管共轴位置、同时将挂架上悬挂的从岩芯外套管中拔出的已取芯岩芯内管平移开的推管装置，从挂架上将岩芯内管取下或将插拔机构从岩芯外套管中拔出的已取芯岩芯内管挂到挂架上的抓管机构，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管中拔出已取芯岩芯内管或将空岩芯内管插入岩芯外套管内并固紧的插拔机构。

本实用新型的优点是：与整体更换钻头钻具取芯技术相比，更为经济、简单、可靠；根据海底岩性特点，实现钻机一次下海，多点取芯，提高了作业效率，降低了成本，也提高了矿区地质评价的准确性；整个装置中各机构的运行都采用液压油缸控制，工作稳定，运行可靠。

附图说明

图1为本实用新型圆盘下托式更换取岩芯内管装置原理图；

图2为本实用新型圆盘上挂式更换取岩芯内管装置原理图；

图3为本实用新型方形直线移动式更换取岩芯内管装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的实施方案1是采用圆盘下托式更换取岩芯内管多次取芯装置，包括取岩芯外套管1，它连接在钻机钻进动力头下方，定位存放取岩芯内管2的为下托板9和圆形旋转盘5，下托板9固定在钻进动力头上方机架上，在位于岩芯外套管1的上方开有一个圆孔，该圆孔与岩芯外套管1共轴同心，即圆孔与岩芯外套管1的轴向中心线重合，而且内径相等，或者圆孔内径略大于岩芯外套管1内径，使岩芯内管2能自由地穿过该圆孔，插入岩芯外套管1中或从岩芯外套管1中拔出。圆形旋转盘5定位在下托板9上方、钻机钻进动力头的一侧，圆形旋转盘5下部固接有使岩芯内管2定位的下定位盘和内管导向架10，岩芯内管2下端搁置于下托板9上，靠圆形旋转盘5、下定位盘及内管导向架定位。下定位盘上分布有使岩芯内管2穿过的圆孔，内管导向架10为对称排列的2块圆弧板，两端分别固定在圆形旋转盘5和下定位盘上，圆弧板内径略大于岩芯内管2外径，圆弧板的圆弧弦宽小于岩芯内管2的外直径和抓管机构4的叉形夹持器的叉内宽度，使夹持器能自由地穿过圆弧板而抓紧岩芯内管2。在与下托板9相配合的部位设置抓管机构4，它在液压油缸驱动下抓住已取芯岩芯内管2，并在插拔机构3从岩芯外套管1中拔出已取芯岩芯内管2后将其放到下托板9上。钻机钻进动力头的外侧固定着插拔机构3，插拔机构3在液压油缸驱动下从岩芯外套管1中拔出已取芯岩芯内管2。圆形旋转盘5在推管装置8的液压油缸驱动下每次动作旋转一定角度，比如：圆形旋转盘5上安放了10根岩芯内管2，则每次旋转36°角，将由插拔机构3取出的已取岩芯内管转离岩芯外套管1的上方，搁置于下托板9上；同时将待插入的空岩芯内管2旋转到岩芯外套管1的上方，在下托板9上定位搁置的岩芯内管2即可从下托板9的圆孔中靠其自重自动下落插入岩芯外套管1中，并靠岩芯内管2上部的自动卡紧装置与岩芯外套管1固定。

本实用新型的实施方案2是采用圆盘上挂式更换取岩芯内管多次取芯装置，包括取岩芯外套管1，它连接在钻机钻进动力头下方，定位存放取岩芯内管2的为圆形旋转盘5，圆形旋转盘5设置在钻机钻进动力头上方的一侧，圆形旋转盘5下部设置有岩芯内管悬挂装置6，悬挂装置6的下方还固接着使岩芯内管2定位的上定位盘和下定位盘，上下定位盘上分布有一一对应的使岩芯内管穿过的圆孔，岩芯内管2上端挂在悬挂装置6上并靠上定位盘和下定位盘定位，圆形旋转盘5在推管装置8的液压油缸驱动下每次动作旋转一定角度(同实施例1)，将待插入的空岩芯内管2旋转到岩芯外套管1的上方，或将待悬挂已取岩芯内管的悬挂装置转到岩芯外套管1的上方，且使二者轴向中心线皆重合。在与悬挂装置6相配合的部位设置抓管机构4，在液压油缸驱动下它能从悬挂装置6上将空岩芯内管2取下或将插拔机构3从岩芯外套管1中拔出的已取芯岩芯内管2挂到悬挂装置6上。钻机钻进动力头的外侧固定有插拔机构3，在液压油缸驱动下它能从岩芯外套管1中拔出已取芯岩芯内管2，或将空岩芯内管2插入岩芯外套管1内，并将取岩芯内管2与外套管1卡紧固定。

本实用新型的实施方案3是采用方形直线移动式更换取岩芯内管多次取芯装置，它与实施方案1和2的取岩芯内管2存放和移动方式不同，它是设置一个方形直线式岩芯内管挂架7，岩芯内管挂架7定位在钻机钻进动力头上方，跨在动力头与岩芯外套管1连接处的两边，它上下各设一条凹槽，凹槽的槽口相对，上凹槽内设有悬挂装置，岩芯内管2的上端悬挂在该悬挂装置上，下端由挂架下凹槽限位，推管装置8设置在挂架7的一端，在液压油缸驱动下推管装置8将挂架一边悬挂的空岩芯内管2沿挂架7的凹槽平移至岩芯外套管1的上方，且使二者轴向中心线重合。同时将已挂好在悬挂装置上的、从岩芯外套管1中拔出的已取芯岩芯内管2平移至挂架另一边。在与内管挂架7的悬挂装置相配合的部位设置抓管机构4，钻机钻进动力头的外侧设置插拔机构3，抓管机构4和插拔机构3的结构和动作方式同实施例2。

本实用新型的工作过程是：钻机在海底定位后，通过液压油缸带动抓管机构、插拔机构，将存放在圆盘式或方形直线移动式岩芯内管挂架上的n根岩芯内管中的1根从液压动力头顶部插入与动力头联接好的取岩芯外套管中，卡紧固定，并由一个“O“型密封圈封住从动力头注入的钻孔冲洗液。然后岩芯内管插拔机构复位，开始钻进，钻进取芯完毕，由岩芯内管插拔机构将装有岩芯的内管从动力头顶部拔出后定位存放到岩芯内管的存放装置上，换1根空岩芯内管，再次插入取岩芯外套管内。如此循环，圆盘式换管装置存放的岩芯内管有n条、转动n次，或方形直线移动式悬挂机构悬挂的岩芯内管有n条、直线移动n次，即实现了钻机一次下海，n点取芯的作业。

Claims (3)

1.一种深海浅孔取芯钻机的圆盘下托式更换取岩芯内管装置，其特征在于它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管(1)，固定于钻进动力头上方机架上、设有一个与岩芯外套管共轴同心圆孔的岩芯内管下托板(9)，位于下托板(9)上方能将岩芯内管(2)旋转到岩芯外套管(1)上方的圆形旋转盘(5)，下端搁置在下托板(9)上并由与圆形旋转盘(5)固接的下定位盘和内管导向架(10)定位的若干根岩芯内管(2)，推动圆形旋转盘(5)旋转一定角度使空岩芯内管(2)移至与岩芯外套管(1)共轴位置并经下托板(9)上的圆孔自动插入岩芯外套管(1)中的推管装置(8)，抓住已取芯岩芯内管(2)使插拔机构从岩芯外套管(1)中将其拔出并放到下托板(9)上的抓管机构(4)，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管(1)中拔出已取芯岩芯内管(2)的插拔机构(3)。

2.一种深海浅孔取芯钻机的圆盘上挂式更换取岩芯内管装置，其特征在于它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管(1)，位于钻进动力头上方一侧并能将岩芯内管(2)旋转到岩芯外套管(1)上方的圆形旋转盘(5)，圆形旋转盘(5)的下部固接的岩芯内管(2)悬挂装置(6)，上端挂在悬挂装置(6)上并由与圆形旋转盘(5)固接的上定位盘和下定位盘定位的若干根岩芯内管(2)，推动圆形旋转盘(5)旋转一定角度将空岩芯内管(2)移至与岩芯外套管(1)共轴位置的推管装置(8)，从悬挂装置(6)上将空岩芯内管(2)取下或将插拔机构从岩芯外套管(1)中拔出的已取芯岩芯内管(2)挂到悬挂装置(6)上的抓管机构(4)，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管(1)中拔出已取芯岩芯内管(2)或将空岩芯内管(2)插入岩芯外套管(1)内并固紧的插拔机构(3)。

3.一种深海浅孔取芯钻机的方形直线移动式更换取岩芯内管装置，其特征在于它包括连接在钻机钻进动力头下方的岩芯外套管(1)，位于钻进动力头上方及岩芯外套管(1)两边、上下设有槽口相对凹槽的方形直线式岩芯内管挂架(7)，上端悬挂在挂架(7)上凹槽内的悬挂装置上、下端由挂架(7)下凹槽限位的若干根岩芯内管(2)，将挂架(7)上悬挂的空岩芯内管(2)平移至与岩芯外套管(1)共轴位置、同时将挂架(7)上悬挂的从岩芯外套管(1)中拔出的已取芯岩芯内管(2)平移开的推管装置(8)，从挂架(7)上将岩芯内管(2)取下或将插拔机构从岩芯外套管(1)中拔出的岩芯内管(2)挂到挂架(7)上的抓管机构(4)，固接在钻进动力头外侧从岩芯外套管(1)中拔出已取芯岩芯内管(2)或将空岩芯内管(2)插入岩芯外套管(1)内并固紧的插拔机构(3)。

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