利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法技術

本發明專利技術公開了一種利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，包括以下步驟：鉆具安裝；下放海底基盤；鉆具下放到海底泥沙層表面：以鎧裝電纜為吊繩將鉆具吊放到海上平臺上的月池上方，通過控制兩個ROV水下纜控機器人的角度和位置，使鉆具進入海底基盤上的鉆井通道，當鉆具下放到海底泥沙層表面時，停止下放；海底泥沙層鉆孔；提升鉆具并拆除空心鉆桿；海底巖層鉆孔；鉆進取樣：到達巖心取樣區后，開始對巖心取樣區的巖土進行鉆進取樣；提升鉆具并取出巖心。本發明專利技術取心方法中，將電纜代替鉆桿，并用ROV水下纜控機器人給以輔助，大大節約了鉆具提升和下放的時間，從而提高了施工效率，降低了施工成本。降低了施工成本。降低了施工成本。

【技術實現步驟摘要】
利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法


[0001]本專利技術涉及深海鉆探取心
，具體是涉及一種利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法。

技術介紹

[0002]美國自20世紀50年代末啟動“莫霍面鉆探計劃”之后，從1968年開始，相繼實施了“深海鉆探計劃（DSDP）”、“大洋鉆探計劃（ODP）”、“綜合大洋鉆探計劃（IODP）”和“國際大洋發現計劃（IODP）”。世界海洋科學鉆探實施60多年以來，在全球各大洋鉆井近四千口，獲取了六十多萬米巖心和大量數據。這些地質資料為驗證海底擴張和板塊構造、揭示氣候演化規律、研究海底沉積作用和海底礦產分布、發現深部生物圈和可燃冰等提供了重要參考。
[0003]大洋鉆探會面對很多大陸科學鉆探不會遇到的難度和挑戰。由于海上施工作業的成本很高，因此，如何提高大洋鉆探施工作業效率就成為了國際很關注的問題。為提高大洋鉆探中的鉆進取心效率，經常采用繩索取心鉆探的方式進行作業。繩索取心鉆進的操作特點是取巖心時不需要提出鉆孔內的全部鉆桿柱，其采用專用帶鋼絲繩的打撈器，通過孔內鉆桿中心孔將裝有巖心的孔底內管提至地面，獲得巖心樣品，從而減少了提下鉆次數和升降鉆具的輔助時間，提高了鉆進效率，但繩索取心鉆進的方式在其第一次下鉆和最后提鉆的時候，同樣需要將所有鉆桿下放和提升，這也大大增加了作業時間。同時在大洋科學鉆探實施過程中，經常會面對在北半球的10月份至第二年的2月份作業的情況，這個階段的臺風較多，海上施工的窗口期較短，常常只有幾天的時間，對于2000米水深的海底鉆探作業，往往光是下放和提升鉆桿就要消耗至少三天的時間，惡劣的環境及較短的作業窗口期造成作業難度增加，甚至導致作業被迫終止，導致任務只能第二年再擇期進行。此外，海上施工作業每天的成本都要達到幾百萬人民幣。因此，節省下放和提升鉆桿的作業時間，可以大幅節省作業成本。
[0004]因此在大洋科學鉆探中，尤其是面對在北半球海域10月份至2月份（對應南半球海域4月份至8月份）期間作業窗口期較短，作業水深較深（1000m以上），且海底鉆進深度較淺（500m以下）的情況，常規的海底鉆進取樣由于鉆桿連接、下放和提升的時間較長，會導致鉆探作業大概率無法順利完成，因此有必要設計一套以電纜代替鉆桿將取心裝置送至海底，同時可以驅動底部鉆頭進行鉆進，待取樣完成后可隨著取樣管一同提離孔底至操作平臺的鉆具設備，并且根據這套鉆具設備設計相應的操作方法。這種鉆具及方法，不僅可以為大幅節省大洋鉆探的作業時間，提高作業效率，甚至在很大程度上決定了在特定時間及特定水深作業能否成功。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提出一種利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，該方法提高了施工效率，降低了施工成本。
[0006]為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：
利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，包括以下步驟：S1、鉆具安裝：鉆具包括依次連接的電纜鎖緊連接件、滑環組件、壓力密封艙、反扭組件、配重、驅動循環裝置、巖屑管、巖心取樣管、取心鉆頭，鎧裝電纜絞車設在海上平臺上，將鎧裝電纜絞車上的鎧裝電纜的一端連接到鉆具的電纜連接件上，并在配重和驅動循環裝置之間加裝空心鉆桿；S2、下放海底基盤：通過海上平臺下放海底基盤至海底泥沙層表面處；S3、鉆具下放到海底泥沙層表面：以鎧裝電纜為吊繩將鉆具吊放到海上平臺上的月池上方，再將兩臺ROV水下纜控機器人的機械手抓持住鉆具，然后啟動鎧裝電纜絞車和兩個ROV水下纜控機器人的ROV絞車，兩個ROV水下纜控機器人和鉆具同步向下移動，通過控制兩個ROV水下纜控機器人的角度和位置，使鉆具進入海底基盤上的鉆井通道，當鉆具下放到海底泥沙層表面時，停止下放；S4、海底泥沙層鉆孔：一臺ROV水下纜控機器人的機械手繼續抓持住鉆具，使鉆具保護豎直狀態，另一臺ROV水下纜控機器人的機械手將鉆具上的反扭組件抓持住，啟動驅動循環裝置中的鉆進電機，鉆具開始在海底進行鉆孔，隨著鉆具的下移，要同步下放鎧裝電纜，兩個ROV水下纜控機器人同步下移，鉆具鉆進海底的中硬度巖層一段距離后，關閉鉆進電機，停止鉆孔；如果鉆具的反扭組件移動到海底基盤處時，還需要繼續鉆孔時，應提升鉆具，加裝空心鉆桿后再繼續鉆孔；S5、提升鉆具并拆除空心鉆桿：海底泥沙層鉆孔完成后，收卷鎧裝電纜絞車上的鎧裝電纜，將鉆具提升到海上平臺上，將鉆具上的空心鉆桿，然后將配重和驅動循環裝置連接；S6、海底巖層鉆孔：將拆除空心鉆桿后的鉆具，進行下放，當反扭組件移動到海底基盤處時，兩個ROV水下纜控機器人的機械手松開鉆具，使鉆具向下通過海底基盤并下放到海底泥沙層鉆孔的孔底處，此時，反扭組件位于中硬度巖層內，在中硬度巖層孔壁的作用下，使反扭組件不能轉動，啟動鉆進電機，進行海底巖層鉆孔，直到鉆具到達海底的巖心取樣區；S7、鉆進取樣：到達巖心取樣區后，開始對巖心取樣區的巖土進行鉆進取樣；S8、提升鉆具并取出巖心：鉆進取樣完成后，提升鉆具到海上平臺上，取出巖心，完成巖心取樣的工作。
[0007]進一步地，所述的海上平臺是鉆探船或海上鉆井平臺。
[0008]進一步地，所述滑環組件包括空心軸、外管、上滑環軸、下滑環軸、滾珠軸承和圓錐滾子軸承，所述滾珠軸承和圓錐滾子軸承安裝在空心軸和外管之間，空心軸的外螺紋段上設有鎖緊螺母，鎖緊螺母將圓錐滾子軸承頂住，上滑環軸連接在空心軸的上端且大于空心軸的外徑，所述的電纜鎖緊連接件安裝在上滑環軸上，下滑環軸連接在空心軸的下端且大于空心軸的外徑，并且伸入到所述的壓力密封艙的上端口內，外管的下端與壓力密封艙的上端口連接。
[0009]進一步地，所述的壓力密封艙內放置有溫度傳感器、壓力傳感器和方位角傳感器。
[0010]進一步地，所述的反扭組件包括3個以上的反扭刀、連桿、上固定架、壓簧、下活動架、螺桿和調節螺母，螺桿的上端連接固定在壓力密封艙的下端部，上固定架和下活動架位于螺桿上，上固定架頂靠在壓力密封艙的下端部，壓簧套裝在螺桿上且位于上固定架和下
活動架之間，調節螺母旋擰在螺桿將下活動架頂住，所述反扭刀的上下兩端分別通過兩個連桿與上固定架和下活動架鉸接。
[0011]進一步地，所述反扭刀的中部向外膨出，呈圓弧形結構。
[0012]進一步地，所述配重包括配重艙和多個配重塊，所述多個配重塊設在配重艙內，所述配重艙通過連接件與所述的壓力密封艙連接。
[0013]進一步地，所述的驅動循環裝置，包括鉆進電機、減速器、水泵和筒狀外殼，電機、減速器、水泵位于筒狀外殼內，電機與減速器聯接，減速器用以給取心鉆頭提供動力；所述的水泵，用以通過泵吸作用將攜帶巖屑的鉆井液通過循環通道收集到所述巖屑管的巖屑室內。
[0014]進一步地，所述的巖屑管的上端口與所述的筒狀外殼的下端口對接，巖屑管的上端口處設有濾網，所述的巖屑管的內腔為巖屑室，巖屑室內設有中心管，中心管頂端設計有傘狀巖屑擋頭，鉆井液攜帶巖屑從中心管的下端流入，經傘狀巖屑擋頭下端面上的導流孔排出到巖屑室內，所述的巖屑管的下端口連接所述的巖心取樣管，巖心取樣管本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、鉆具安裝：鉆具包括依次連接的電纜鎖緊連接件、滑環組件、壓力密封艙、反扭組件、配重、驅動循環裝置、巖屑管、巖心取樣管、取心鉆頭，鎧裝電纜絞車設在海上平臺上，將鎧裝電纜絞車上的鎧裝電纜的一端連接到鉆具的電纜連接件上，并在配重和驅動循環裝置之間加裝空心鉆桿；S2、下放海底基盤：通過海上平臺下放海底基盤至海底泥沙層表面處；S3、鉆具下放到海底泥沙層表面：以鎧裝電纜為吊繩將鉆具吊放到海上平臺上的月池上方，再將兩臺ROV水下纜控機器人的機械手抓持住鉆具，然后啟動鎧裝電纜絞車和兩個ROV水下纜控機器人的ROV絞車，兩個ROV水下纜控機器人和鉆具同步向下移動，通過控制兩個ROV水下纜控機器人的角度和位置，使鉆具進入海底基盤上的鉆井通道，當鉆具下放到海底泥沙層表面時，停止下放；S4、海底泥沙層鉆孔：一臺ROV水下纜控機器人的機械手繼續抓持住鉆具，使鉆具保護豎直狀態，另一臺ROV水下纜控機器人的機械手將鉆具上的反扭組件抓持住，啟動驅動循環裝置中的鉆進電機，鉆具開始在海底進行鉆孔，隨著鉆具的下移，要同步下放鎧裝電纜，兩個ROV水下纜控機器人同步下移，鉆具鉆進海底的中硬度巖層一段距離后，關閉鉆進電機，停止鉆孔；如果鉆具的反扭組件移動到海底基盤處時，還需要繼續鉆孔時，應提升鉆具，加裝空心鉆桿后再繼續鉆孔；S5、提升鉆具并拆除空心鉆桿：海底泥沙層鉆孔完成后，收卷鎧裝電纜絞車上的鎧裝電纜，將鉆具提升到海上平臺上，將鉆具上的空心鉆桿，然后將配重和驅動循環裝置連接；S6、海底巖層鉆孔：將拆除空心鉆桿后的鉆具，進行下放，當反扭組件移動到海底基盤處時，兩個ROV水下纜控機器人的機械手松開鉆具，使鉆具向下通過海底基盤并下放到海底泥沙層鉆孔的孔底處，此時，反扭組件位于中硬度巖層內，在中硬度巖層孔壁的作用下，使反扭組件不能轉動，啟動鉆進電機，進行海底巖層鉆孔，直到鉆具到達海底的巖心取樣區；S7、鉆進取樣：到達巖心取樣區后，開始對巖心取樣區的巖土進行鉆進取樣；S8、提升鉆具并取出巖心：鉆進取樣完成后，提升鉆具到海上平臺上，取出巖心，完成巖心取樣的工作。2.根據權利要求1所述的利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，其特征在于：所述的海上平臺是鉆探船或海上鉆井平臺。3.根據權利要求1所述的利用鎧裝電纜式電動機械鉆具在深海鉆探取心的方法，其特征在于：所述滑環組件包括空心軸、外管、上滑環軸、下滑環軸、滾珠軸承和圓錐滾子軸承，所述滾珠軸承和圓錐滾子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李星辰，謝文衛，于彥江，盧秋平，史浩賢，曾靜，王英圣，于浩雨，
申請(專利權)人：廣州海洋地質調查局，
類型：發明
國別省市：