[发明专利]一种海底取样钻机

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底取样钻机。

背景技术

在勘探开发天然气水合物的各种技术手段中，钻探是最直接的技术手段。而能否可靠地实现海底沉积物钻进和保温保压取样，并顺利地把取样管回收到船上来是勘探海底天然气水合物诸关键技术中的核心。下面分别简介国内外在海底沉积物钻进和保温保压取样两方面的现状与趋势。

国内外钻探海底沉积物的技术现状：

国外用于海底沉积物(含天然气水合物)钻探的技术方法包括：

●潜水式海底钻探取样设备——不需要昂贵的专用钻探船，而是采用潜于海底的取样器在指定海域完成一次性钻探取样，并提至工作船上来。

●借助专用钻探船进行的海底钻探取样技术。

其中，前者钻探的深度较浅；而后者用于大洋钻探计划(ODP)、深海钻探计划(DSDP)和石油天然气勘探开发，其钻孔的深度大。但必须船上有钻塔、钻机和数千米钻杆柱，船只必须配备与全球定位系统协同工作的多个螺旋推进器，海底有钻头自动返回孔口的机构等复杂设备。所以，后者所需的设备投资非常巨大。我国在这两方面都起步很晚，基础较差，考虑到我国的国情，建议应首先发展资金投入小得多的遥控式深海海底钻探设备及其取样工艺。

只有遥控式或自动化的回转式海底取样器才能钻成较深的钻孔，若要达到要求的海水深度，则应在耐压密封技术上有所突破。

国外用承载电缆进行螺旋钻探取样技术的现状：

国外自上世纪七十年代末开始用承载电缆把螺旋钻具下入孔内，钻进冻土层、冰层及冰下沉积物。由于通过螺旋面排屑，不用循环冲洗液，可简化钻探设备的结构。其中俄罗斯的成就最显著，曾创造承载电缆潜孔钻进的单孔世界纪录——3600m(1998年1月22日)。

(1)冰岛螺旋钻具上的螺距由下部的200mm逐渐增至上部的260mm。当钻具重量的70％压到孔底时，传感器闭合电路开始钻进。承载电缆直径22mm，有三根信号线、三根动力线，重0.75kg/m。用5kW的电机驱动绞车，平均升降速度为0.42m/s。

(2)美国螺旋钻具的岩心管外表面上有两个螺旋，螺距由下至上逐渐变大，其上粘有聚乙烯塑料层。承载电缆为双铠壳七芯电缆，直径9.5mm。绞车功率2.2kW。

(3)俄罗斯螺旋钻具的岩心管上有宽12～16mm，螺距80mm的双头螺旋。在螺旋表面涂覆聚合物，以减小螺旋表面的摩擦系数，降低冰渣对金属的粘附力。该钻具转速为208r/min时，机械钻速达40m/h，岩心采取率100％。

国内海底钻探取样技术的现状：

(1)国内目前市场上只有青岛产的振动式海底取样器。它适用的海水深度有限，一般不超过100米，取样长度3米。而且由于必须有电缆和钢缆，两缆在海流和风浪中容易相互缠绕或发生电缆被钢缆磨损而漏电的事故。由于船只在海流和风浪作用下产生漂移，完成取样后用船上的卷扬机起拔，经常会拉弯岩心管，取不上来岩心。

(2)我们研制遥控式海底取样钻机。该遥控式海底取样钻机可在海深500m处取出直径76～98mm、长3m的海底样品。它由船上控制系统和海底钻机两部分组成。由承载电缆完成船上控制系统向海底钻机的供电及信息联系。海底钻机的测控密封罐可检测海底钻机是否触底、钻机在海底的垂直度、水下密封是否渗漏、当前的水深、水温、孔深、钻速、孔内钻具起拔力等各种信息。海底塔架承担起拔钻具时的载荷。折迭式底盘展开使设备在海底能稳定地作业。整个钻进实现“可视化”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底取样钻机，该海底取样钻机可在深的海底钻取样品。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种海底取样钻机，其特征在于它包括承载电缆1、取样管3、支架4、给进油缸5、液压系统6、液压动力头7、液压卡盘夹持器8、钻头10、海底控制罐11、可调式伸缩支腿12、机座13；机座13的底面至少设有3个可调式伸缩支腿12，支架4、液压系统6、海底控制罐11均设置在机座13上，机座13上设有取样管孔；取样管3的下端依次穿过液压动力头7的夹持孔、液压卡盘夹持器8的夹持孔、机座13上的取样管孔后位于机座13的下方，取样管3的下端与钻头10相连接；液压动力头7与支架4固定，液压卡盘夹持器8与机座13固定；给进油缸5为2个，给进油缸5的缸体与机座13固定，给进油缸5的活塞杆与液压动力头7固定；