[发明专利]深海多钻头结壳取芯钻机

说明书

一种深海多钻头结壳取芯钻机，用于深海结壳的取芯作业，属于海洋资源开发装备制造技术领域。

在现有技术中，经检索国内外专利文献，国内尚无类似机械装备，国外虽有类似技术，但大多都是只能用于近岸或浅海的，即或是用于深海进行岩石取芯的钻机，或是用于浅海进行岩石取芯的钻机，也都存在着不能自动调平、恒压钻井、应急保护以及岩心割断加力和内外压自动平衡等问题。

本发明的目的是针对现有技术的不足，设计一套在进行深海结壳取芯钻进过程中具有对钻机海底固着自动调平、进行恒压钻进取芯以及岩心割断自动加力、钻机应急自动保护和能够实施一次下水多次取芯作业的深海多钻头结壳取芯钻机。

本发明是这样实现的：本发明包括钻机海底固着自动调平装置、恒压钻进装置、岩心割断自动加力装置、多钻头自动连结转换装置以及中央控制系统；钻机海底固着自动调平装置采用稳定压力源与三个等摩擦伺服油缸组成液压柱腿结构，按照帕斯卡原理，将伺服油缸的有杆腔及无杆腔分别串通，通过活塞缸的伸缩自动调整支撑臂张开的角度，达到着地自动调平的目的，同时将调平结果实时反馈给中央控制系统。恒压钻进装置包括自平衡液压源、自动反馈定比伺服调压阀、高精度伺服油缸，采用自动反馈定比调压阀，通过定比游动活塞脉冲，推动互反馈杆实现定比调压，达到恒压钻进的目的。岩心割断自动加力装置由主回路和副回路构成，在正常情况下，接通主回路完成岩心的割断任务，在遇到主回路提供的拔断力不能完成岩心割断任务的时候，中央控制系统会收到信号，并接通副回路，将原来的1P拔断力增加到3P，以达到割断岩心的目的。应急自动保护装置采用独立的应急供电系统、电磁阀、储能器和保险销，并将这些应急装置分别安装在减速器与钻杆、液压桩腿与触地板、钻机与铠装钢缆联接处，一旦上述任何一个位置出现紧急情况，钻机将通过中央控制系统的指令启动应急自动保护装置，丢掉有卡滞的部分，保证余下部分的回收。多钻头钻杆自动连结转换装置在液压马达的驱动下可以实现钻杆的自动连结，达到多个钻头自动转换，实现取芯作业的高效率，提高水下有限能源的利用率。

本发明的优点是：可以实现在深海钻井作业时，钻机在海底固着的自动调平，保证钻机的平稳；恒压钻井装置在钻进时可实现钻进压力的恒定；在岩心割断装置上采用主、副控制回路，可为岩心的割断提供更大的割断力；应急自动保护装置可以在海底钻机的某个部分出现问题而又不能回收时，完成丢弃出问题的部件，回收完好的部件，最大限度的减少损失；此外，可实现一次下水完成多次取芯，大大提高工作效率。

图1为本发明海底钻机的结构示意图。

图2为本发明海底固着自动调平装置的原理图。

图3为本发明恒压钻井装置原理图。

图4为本发明岩心割断加力装置原理图。

图5为本发明应急自动保护装置原理图。

图6为本发明多钻头自动连结转换装置(6)的放大结构示意图。

图7为本发明多钻头自动连结转换装置(6)中挂扣结构示意图。

下面结合附图给出本发明的实施例：本发明包括钻机海底固着自动调平装置，恒压钻进装置，岩心割断自动加力装置，应急自动保护装置和多钻头自动连结转换装置；本发明由安放在船上的中央控制器全面控制操作过程，铠装钢缆(2)与深海多钻头结壳钻机上的仪器控制舱(13)相连接，达到对钻机的自动调平、恒压钻进、岩心割断自动加力、应急自动保护和多个取芯钻头的自动转换；海底固着自动调平装置由等摩擦油缸(15)、(19)、(21)，电磁换向阀(18)、(20)、(22)，储能器(17)组成，储能器(17)安装在仪器控制舱(13)内；在一般情况下，电磁换向阀(18)、(20)、(22)打开，使等摩擦油缸(15)、(19)、(21)的有杆腔相通，无杆腔与弹性油箱连接，当钻机触地时，如果海底出现坡度，三个支脚(9)就不可能同时触地，而先着地的支脚的等摩擦油缸内的压力就会增大，由于三个等摩擦油缸(15)、(19)、(21)的有杆腔是串通的、无杆腔是与弹性油箱相连接的，因此，先着地的支脚的等摩擦油缸内的液压油就会流向另外两个未着地的支脚的等摩擦油缸，这时，先着地的支脚的等摩擦油缸收缩，其支撑臂收拢，角度就减小，而另外两个支脚的等摩擦油缸伸长，其支撑臂张开，角度就增大，如此循环，直到钻机自动调平；恒压钻进装置由三个伺服油缸(4)，钻进装置(12)，多钻头自动连结转换装置(6)，液压泵(10)，减速器(11)，自反馈定比伺服调压阀(25)构成，自反馈定比伺服调压阀(25)通过定比游动活塞脉动，推动互反馈杆实现定比调压，并提供稳定的钻进压力，一般情况下，液压泵(10)不启动，(16)为发明的扶正导向装置；岩心割断自动加力装置由主回路和副回路构成，在正常情况下，接通电磁换向阀(24)，由三个伺服油缸(4)提供的液压力，只要通过主回路提供的拔断力就可以完成割断的任务，当遇到主回路提供的拔断力不能完成割断任务时，中央控制器会收到信号，接通电磁换向阀(23)并启动副回路，这样将增加岩心割断的拔断力，以达到割断岩心的目的；应急自动保护装置采用了独立的应急供电系统，包括储能器(17)，电磁换向阀(26)和弹射装置(27)；应急自动保护装置分别安装在减速器(11)与钻杆(29)的绞接处、液压桩腿(14)与触地板(9)的铰接(8)处、钻机与铠装钢缆(3)的绞接处；在作业过程中，上述任何一个地方出现紧急情况时，都将通过中央控制器接通应急装置的电磁换向阀(26)而启动应急自动保护装置，将相关连接处铰链的插销拔掉，丢掉卡滞的部分，以保证完好部分的回收；多钻头自动连结转换装置(6)包括液压马达(30)、旋转盘(28)、取芯钻头(31)、钻杆(29)、钻头挂槽(32)、挂扣(33)，钻杆(29)的外径与取芯钻头(31)的内径相同，在钻杆(29)下部外园按三等份设置有三个挂扣(33)，取芯钻头(31)的上部内园按三等份设置有三个钻头挂槽(32)；工作时，在液压马达(30)的驱动下，旋转盘(28)可以带动取芯钻头(31)转动到钻杆(29)的正下方，钻杆(29)下移并插入取芯钻头(31)内，转动一定的角度后，由挂扣(33)挂入钻头挂槽(32)内即可投入取芯工作；当需要换取芯钻头(31)时，向相反的方向转动钻杆(29)一定的角度，使钻杆(29)向上移动即可分离取芯钻头(31)和钻杆(29)，重复这个动作就能实现钻杆(29)与取芯钻头(31)的挂扣式连接，达到多个钻头的自动转换，提高取芯的高效率，进行海上取芯作业时，由船上将海底多钻头结壳取芯钻机通过铠装钢缆(2)放入海底，装在铠装钢缆(2)上的浮球(1)起到平衡铠装钢缆(2)自重的作用。