[发明专利]一种海底自动钻进式打桩装置及方法

说明书

本发明公开了一种海底自动钻进式打桩装置及方法，它由膨胀固定模块、上部锚定模块、下部锚定模块、排屑模块和钻进模块组成，可以拖动缆绳自动钻进到海底岩层中实现锚定；钻进模块可以钻开海底岩层，排屑模块可将岩屑自动运移到装置后方，实现高效排屑与钻进；上部锚定模块和下部锚定模块在钻进时起到固定装置作用，在钻到指定的锚定深度后，可以辅助锚定；挤压头受到缆绳施加的向上拉力时，膨胀固定模块中的膨胀盖在挤压头作用下会变形张开，增大膨胀盖与岩屑的摩擦力，从而实现可靠锚定。本发明主要解决了海底浅层非成岩打桩深度不够，锚定不可靠的问题，实现了高度自动化，且打桩深度可控，适用于不同水深和多类海底岩性打桩作业需求。

技术领域

本发明涉及海洋资源开发领域，特别涉及一种海底自动钻进式打桩装置及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，海洋的价值也越来越被人类重视，人们从不同的角度对其进行开发和利用。现代海洋开发活动中，海洋石油开采、天然气的开发、波浪能开发、海上风力发电的规模和产值越来越大，但是目前还只限于在浅水区进行海洋资源的开发，因为在深水区无法可靠的锚定设备，因此需要一种海底自动钻进式打桩装置，可以不受水深影响进行打桩锚定设备。

在浅水区，人们可以利用人工下入到海底进行打桩锚定安装机械设备，但是在深水区，无法人工下潜到海底进行打桩锚定，因此很多装置无法可靠的在深水区锚定。大型平台一般直接漂浮在海面上，当发生漂移时，平台上面的平衡动力装置会启动，把平台推回去原来正确的位置，但是这种方法需要的装置复杂，成本高，因此只有在大型平台上使用这种方式，小型的平台和设备无法采用这种方式在海上实现锚定，很大程度上限制了海洋资源的开发进度，在海底实现可靠锚定主要面临以下问题：

1.现有打桩方式通常是下入人工到海底进行打桩锚定，在浅水区可以靠人工穿戴潜水服下入海底安装固定桩，但是无法在深水区人工下潜安装设备，另外由于海底环境的不确定性，人工下入海底需要面临很大的危险，因此需要一种能够实现自动化打桩的设备。

2.现有的海底固定桩桩体通常是杆状的，在使用时直接将其打入海底用以系缆绳，但是这种杆状固定桩与岩土的摩擦力有限，十分容易被拔出，导致锚定不够牢靠。

3.人工打桩的安装方式由于能够打入海底岩层的深度有限，不能将固定桩打入到足够深的深度，无法保证锚定的可靠性，因此需要采用一种新的方式在海底打桩实现锚定。

针对现有固定桩在使用中出现的问题，亟需发明一种海底自动钻进式打桩装置及方法，以解决现有打桩锚定装置在使用过程中自动化程度低、危险性高、固定不够可靠的问题，从而在海底实现低成本、高效、自动和安全的打桩作业。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种海底自动钻进式打桩装置及方法，本发明设置有钻进模块，钻进模块有电机总成驱动的带螺旋通道的钻头，在电机总成驱动下，同时由于装置下半部的重力作用施加给钻头的钻压，钻头可以破碎岩屑向前钻进，带动整个打桩装置和连接在打桩装置上的缆绳下入到海底岩层中进行锚定，不需要人工下入海底进行打桩，解决了传统固定桩需要人工打桩安装的问题，同时可以在人工不能下入的海域进行锚定，扩大了使用范围。本发明设置有膨胀固定模块，当膨胀固定模块的挤压头在受到缆绳拉力作用下后退时，挤压头会挤压膨胀盖使其下端张开，张开后膨胀盖与岩土产生作用力阻止挤压头继续后退，从而实现了锚定；上部锚定模块的锚定块I在挤压筒I作用下可以滑出与孔壁挤压产生作用力，使装置上半部锚定住；下部锚定模块的锚定块II在挤压筒II作用下可以滑出与孔壁挤压产生作用力，使装置下半部锚定住；解决了传统圆柱形固定桩摩擦力太小无法实现可靠锚定的问题。本发明设置有排屑模块，在钻头钻进时，钻头中间螺旋通道产生的举升力可以将岩屑沿排屑筒与排屑管环空举升到排屑筒顶部；排屑模块设有推杆可以推动岩屑排出打桩装置，因此本发明装置可以持续钻进到足够的深度进行锚定，解决了传统固定桩锚定深度过浅从而无法实现可靠锚定的问题。