專利名稱：海底鉆探系統(tǒng)和操作該鉆探系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底鉆探系統(tǒng)，更具體地說涉及一種具有遙控潛水器(Remote Operated Vehicle，簡稱R0V)的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于操作海底鉆探系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
為蒙特利研究所(Monterey Research Institute)建造的一臺現(xiàn)有設(shè)備具有在兩 臺遙控潛水器上安裝并操作的水平鉆機。同樣為蒙特利灣研究所(Monterey Bay Research Institute)建造的另一臺設(shè)備使用了撬裝(skid)。但是，在該設(shè)備中，轉(zhuǎn)盤固定并水平安 裝。該海底鉆探系統(tǒng)具有豎直安裝的可移除轉(zhuǎn)盤。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種海底鉆探系統(tǒng)和一種操作該海底鉆探系統(tǒng)的方 法，其克服了這種通用型的已知設(shè)備和方法的上述缺點，其中可在海面或海底移除轉(zhuǎn)盤，該 轉(zhuǎn)盤由銷和引導(dǎo)座引導(dǎo)到適當(dāng)位置，并且可以采用另一個遙控潛水器在水下進(jìn)行移除或更 換，其中該系統(tǒng)能夠在水下與遙控潛水器配合，使得遙控潛水器可以連接到該海底鉆探系 統(tǒng)上并且操作該海底鉆探系統(tǒng)，并且其中遙控潛水器還能夠在水下與海底鉆探系統(tǒng)的橇裝 成套設(shè)備脫開，并且該遙控潛水器能夠在位于支持船的甲板上的同時迅速移除或安裝在海 底鉆探系統(tǒng)上。鑒于上述及其它目的，根據(jù)本發(fā)明提供了一種海底鉆探系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鉆探模 塊，所述鉆探模塊具有可以在水中或在水外移除和更換的工具轉(zhuǎn)盤；撬裝模塊；和遙控潛 水器，所述遙控潛水器在水中或在水外與所述撬裝模塊連接和脫開以便用所述遙控潛水器 操作所述海底鉆探系統(tǒng)。鑒于本發(fā)明的目的，還提供了一種用于操作該海底鉆探系統(tǒng)的方法。該方法包括 在水中或水外將工具轉(zhuǎn)盤從鉆探模塊移除并用另一個工具轉(zhuǎn)盤更換所述工具轉(zhuǎn)盤；在水中 或水外將遙控潛水器連接到撬裝模塊以及將所述遙控潛水器與所述撬裝模塊脫開；并且利 用所述遙控潛水器操作所述海底鉆探系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的海底鉆探系統(tǒng)配置成通過使用傳統(tǒng)的金剛石鉆探技術(shù)在3000米或 9840英尺的水深鉆取地質(zhì)巖芯樣品。該系統(tǒng)配置成優(yōu)選與重型工作型遙控潛水器協(xié)同工 作并且利用陸地鉆探和取芯技術(shù)。傳統(tǒng)的取芯工具和鉆探系統(tǒng)與反向循環(huán)鉆探系統(tǒng)一起使用。在該海底鉆探系統(tǒng)中設(shè)置有兩個主要的組件或成套設(shè)備，即海底鉆探成套設(shè)備和 海面控件成套設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的海底鉆探系統(tǒng)可以連接到優(yōu)選的遙控潛水器，例如型號 為“Triton ST 200”的遙控潛水器。該海底鉆探系統(tǒng)通過采用該優(yōu)選的遙控潛水器來提供 用于液壓能和電能的通信線路而操作。該海底鉆探系統(tǒng)使用ST 200型遙控潛水器、或任何 工作型號的遙控潛水器來確定供給、服務(wù)和操作。對基本海底鉆探系統(tǒng)的功能系統(tǒng)性能要求是取芯深度為12米或39. 4英尺，巖
4芯密度采取3. 5的比重。每個鉆管的巖芯直徑和長度的公稱尺寸為51. 8毫米(2. 04英 寸)X 1. 5米(59英寸)。鉆探進(jìn)給力為0至40千牛頓，即9000磅每英尺，回縮力與進(jìn)給力 相同。管道桿處理能力容納長度為2. 0米或79英寸的桿外加每分鐘形成或斷開一個接 合。桿進(jìn)給和回縮的行進(jìn)速度在沒有負(fù)載的情況下是O至0. 2米每秒或0. 66英尺每秒，而 在40千牛頓或9000磅每英尺的負(fù)載下是0至0. 025米每秒或1英寸每秒。鉆探頭以15. 2 米每分或50英尺每分的速度向下行進(jìn)，以10. 7米每分或35英尺每分的速度向上行進(jìn)。鉆 探扭矩范圍是15牛頓米至250牛頓米或者11英尺磅至185英尺磅。在使用雙速電機的情 況下，鉆探速度范圍為0至900轉(zhuǎn)每分，連續(xù)可變；最大鉆鉆主軸速度為1200轉(zhuǎn)每分。該海底鉆探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)挪威船級社(DNV)起重設(shè)備認(rèn)證規(guī)范而構(gòu)造并且挪威 船級社見證了加載試驗。被認(rèn)為是本發(fā)明特征的其它特征在所附的權(quán)利要求書中闡述。雖然本文將本發(fā)明例示并描述為具體化的海底鉆探系統(tǒng)和用于操作該海底鉆探 系統(tǒng)的方法，但是本發(fā)明不局限于所示的這些細(xì)節(jié)，因為不偏離本發(fā)明的精神并在權(quán)利要 求書范圍和等同物范圍內(nèi)可以做出各種更改和結(jié)構(gòu)改變。但是，結(jié)合附圖閱讀下面的具體實施方案的描述將會更清楚地理解本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)、操作方法和其它目的及優(yōu)點。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的海底鉆探系統(tǒng)的各個部件的圖表；圖2A是海底橇裝成套設(shè)備的示意性側(cè)前立體圖，該海底撬裝成套設(shè)備包括鉆探 模塊和橇裝模塊；圖2B是遙控潛水器的側(cè)前立體圖；圖2C是安裝有遙控潛水器的鉆探模塊和橇裝模塊的側(cè)前立體圖；圖3是與圖2C類似的側(cè)前立體圖，其中支腿伸展并且示出了鉆探頭組件和工具轉(zhuǎn) 盤；圖4是鉆探頭組件的放大正視圖；圖5是鉆探頭組件的進(jìn)一步放大剖視圖；圖6是鉆探頭組件的更進(jìn)一步放大剖視圖；圖7是鉆探模塊中的工具轉(zhuǎn)盤的俯視立體圖；圖8和圖9是工具轉(zhuǎn)盤的不同的放大正視圖；圖10是具有轉(zhuǎn)盤銷座的工具轉(zhuǎn)盤的正視圖；圖11是驅(qū)動機構(gòu)的立體圖；圖12是壓腳(foot clamp)的立體圖；圖13是處于回縮位置的工具臂的立體圖；圖14是處于伸展位置的工具臂的立體圖；圖15是工具臂的夾持器的放大立體圖；圖16、圖17和圖18分別是校平支腿的外立體圖、內(nèi)正視圖和局部放大內(nèi)正視圖；圖19是鉆探模塊的結(jié)構(gòu)框架的前側(cè)立體5
圖20是鉆探水泵的立體圖；圖21至圖23是鉆探模塊岐管的液壓系統(tǒng)的示意圖；圖24是電氣布線示意圖和海底控件示意圖；圖25是橇裝模塊的結(jié)構(gòu)框架的立體圖；圖26是海面控制站的立體圖；圖27A、圖27B和圖28示出了主鉆探屏幕、工具更換屏幕和數(shù)據(jù)記錄器；圖29是反向循環(huán)鉆探頭的立體圖；圖30是循環(huán)鉆頭的局部立體圖；和圖31和32是循環(huán)鉆頭的各個部分的局部放大立體圖。
具體實施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考附圖，首先特別參考其中的圖1，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的海底鉆探 系統(tǒng)的各個部件，包括海底橇裝成套設(shè)備和海面控制成套設(shè)備，這些將在下面詳細(xì)說明。圖2A示出了海底橇裝成套設(shè)備，該海底撬裝成套設(shè)備包括鉆探模塊1和橇裝模塊 100。圖2B示出了與海底橇裝成套設(shè)備一起使用的遙控潛水器3，并且圖2C示出了安裝在 海底橇裝成套設(shè)備上的遙控潛水器3。在這個實例中優(yōu)選示出的遙控潛水器的型號為XLXS 125，但是也可以采用其它型號。在改進(jìn)的三角架結(jié)構(gòu)中，鉆探模塊1具有兩個穩(wěn)定校平支 腿80，橇裝模塊100具有一個穩(wěn)定校平支腿80。這些支腿80可以如圖2A所示一樣伸展， 如圖2C所示一樣回縮，或者部分伸展以補償海底的不平整性。這些支腿80的最大伸展長 度為53英寸，不過它們可以構(gòu)造成具有更長或更短的最大伸展長度。在圖2C中還可以看 到將在下面更詳細(xì)描述的兩個工具臂70和鉆探頭10。也示出了伸展的支腿80的圖3示出 向下展開的鉆探頭10，而在圖2C中該鉆探頭10向上展開。最后，圖2A、圖2C和圖3還示 出用于鉆探模塊1的結(jié)構(gòu)框架90和用于橇裝模塊100的結(jié)構(gòu)框架130。在圖2B、圖2C和圖3中所示的遙控潛水器優(yōu)選是能夠在海底與海底鉆探系統(tǒng)配合 的遙控潛水器。海底鉆探系統(tǒng)自身不能單獨工作，而是通過遙控潛水器操作。還可以在海 底采用具有一個遙控潛水器的幾個海底鉆機，該遙控潛水器可以從一個海底鉆探系統(tǒng)行進(jìn) 到另一個海底鉆探系統(tǒng)并以各種配置操作海底鉆探系統(tǒng)。遙控潛水器在位置12處具有配 合的銷和濕配合連接器，這使得能夠?qū)b控潛水器進(jìn)行電氣、液壓和通信連接以便操作海 底鉆探系統(tǒng)。該海底鉆探系統(tǒng)為鉆探和取芯系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一般要求是需要遙控潛水器提供液 壓能和電能、遙感勘測和備用光纖。該系統(tǒng)能夠用所示結(jié)構(gòu)和金剛石鉆具鉆取20米的巖 芯。采用被稱為ROV 275鉆管和桿件組件(R0V 275 Core Barrel and Rod Assembly)的 專用鉆管系統(tǒng)。使用XLS 125遙控潛水器作為基本系統(tǒng)，但是許多其它類型的重作業(yè)型遙 控潛水器也可以與根據(jù)本發(fā)明的海底鉆探系統(tǒng)一起使用。該系統(tǒng)采用了兩個成套設(shè)備，即 如圖1所示的海面控制成套設(shè)備和具有鉆探模塊1的海底撬裝成套設(shè)備。圖4為放大圖，示出了鉆探模塊1的鉆探頭10的更多細(xì)節(jié)，可以看出該鉆探頭10 包括鋁橫梁14、兩個液壓升降缸15和16、主軸組件18、液壓主軸驅(qū)動馬達(dá)19和非金屬主軸 傳動帶20。有關(guān)鉆探頭10的更多細(xì)節(jié)由圖5的剖視圖給出。其中可以看出主軸組件18具有主軸21、主軸鎖緊缸22、水旋轉(zhuǎn)接頭23和保護接頭24。主軸鎖緊缸22鎖住該缸使其可以 用于傳遞扭矩。水旋轉(zhuǎn)接頭23位于水進(jìn)入鉆探頭10并且向下進(jìn)入鉆管以便潤滑所鉆的孔 并且清除鉆屑的位置。保護接頭24連接到鉆管或巖芯鉆管以進(jìn)行鉆探。液壓主軸驅(qū)動馬 達(dá)19連接到懸掛的馬達(dá)轉(zhuǎn)接器26，并且使用非金屬主軸傳動帶20連接到驅(qū)動鏈輪27。在圖6中所示的主軸組件18的進(jìn)一步放大視圖也示出主軸21、主軸鎖緊缸22、水 旋轉(zhuǎn)接頭23和可更換的保護接頭24。主軸21具有四個主軸棘爪29、八個主軸驅(qū)動滾珠30 以及具有主軸鏈輪25和主軸鎖緊彈簧28的主軸鎖緊缸。滾珠促動管路31通向能夠受壓 并且具有滑動件36的部分，該滑動件36能夠向上滑動用于將滾珠向內(nèi)推壓并且對著主軸 21將其鎖住。鉆探頭10還包括上滾珠軸承32和下滾珠軸承33以便承載鉆探應(yīng)用引起的 沿著任一方向的負(fù)載。上軸承補償器管路34設(shè)置成用于將油加入到軸承中不讓海水進(jìn)入。 安裝在位置35處的未示出的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)傳感器測量鉆探頭10的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。圖7示出作為鉆探模塊1的一部分的工具轉(zhuǎn)盤40。工具轉(zhuǎn)盤40由鉆探模塊框架 90支撐，該鉆探模塊框架90還保持以向上位置或升起位置示出的鉆探頭10。工具轉(zhuǎn)盤40 為圓柱形結(jié)構(gòu)，它具有能夠承載工具的十二個狹槽。每個狹槽能夠承載兩個工具，從而提供 了使用工具轉(zhuǎn)盤40中的多達(dá)二十四個工具的可能性。圖8和圖9放大示出了工具轉(zhuǎn)盤40的更多細(xì)節(jié)。工具轉(zhuǎn)盤40的底部具有驅(qū)動輪 43，該驅(qū)動輪作為分度驅(qū)動輪用來一個狹槽一個狹槽地驅(qū)動轉(zhuǎn)盤?？梢钥闯?，鉆具45和46 位于相應(yīng)的狹槽中并且由工具保持指狀件76保持。鉆具還包括如下面所述的巖芯鉆管，該 巖芯鉆管可以設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上。雖然如上所述具有十二個狹槽，但是一個狹槽可以保持為空 的，從而留下十一個狹槽可以供二十二個鉆具45、46使用。一個狹槽保留為空的是為了防 止鉆具45、46在啟動和回收操作中脫離轉(zhuǎn)盤40。轉(zhuǎn)盤40具有上保持環(huán)42，其中形成有開 口以便能夠進(jìn)入，從而使得鉆具45、46能夠放入到轉(zhuǎn)盤40中并能夠從轉(zhuǎn)盤40中取出。轉(zhuǎn) 盤40還具有吊眼43和多個轉(zhuǎn)盤引導(dǎo)座44，在圖9中只示出其中一個，如圖7中所見這些轉(zhuǎn) 盤引導(dǎo)座與位于框架90上的上導(dǎo)銷配合。下面將對也存在的下保持環(huán)進(jìn)行說明?？梢酝?過使用吊眼43將驅(qū)動組件下放在海底鉆探系統(tǒng)上而在一片海底中拉動并更換轉(zhuǎn)盤，從而 在需要裝載另外的工具或者繼續(xù)鉆探至更深的鉆井結(jié)構(gòu)時可以用不同的轉(zhuǎn)盤更換該轉(zhuǎn)盤。圖10為工具轉(zhuǎn)盤40的下部的放大圖，可以根據(jù)當(dāng)時系統(tǒng)操作人員進(jìn)行的操作在 海底拉動該工具轉(zhuǎn)盤并且更換為另一個工具轉(zhuǎn)盤。附圖標(biāo)記48表示具有用于容納下導(dǎo)銷 51的下導(dǎo)銷座49的下保持環(huán)。作為轉(zhuǎn)盤40自身的一部分的導(dǎo)銷座53容納作為驅(qū)動機構(gòu) 50的一部分的方形凸驅(qū)動銷54。在轉(zhuǎn)盤40向下滑動時，下導(dǎo)銷51朝向轉(zhuǎn)盤底部，而上導(dǎo) 銷朝向轉(zhuǎn)盤頂部，如圖7中所見。轉(zhuǎn)盤座置在這些導(dǎo)銷上并且可以由驅(qū)動系統(tǒng)操作。在拉 動轉(zhuǎn)盤時，方形驅(qū)動銷54與座53脫開，底部上的導(dǎo)銷51與座49脫開并且頂部上的導(dǎo)銷與 其座脫開。圖11示出驅(qū)動機構(gòu)50，它采用了公知的用于分度驅(qū)動的槽輪機構(gòu)(Geneva drive)組件，用于驅(qū)動工具轉(zhuǎn)盤40。驅(qū)動機構(gòu)50具有360度轉(zhuǎn)動的槽輪機構(gòu)馬達(dá)55。油 補償馬達(dá)的裝配接頭56坐落在驅(qū)動馬達(dá)55上方，由馬達(dá)55驅(qū)動的槽輪58承載著驅(qū)動銷 54，以便與工具轉(zhuǎn)盤40連接和脫開。槽輪58在馬達(dá)55每次轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動其圓周的十二分之 一。通過具有接合在狹槽57中的軸的銷59來進(jìn)行該分度旋轉(zhuǎn)。圖12示出鉆探模塊1的壓腳組件60。該壓腳組件60包括在移除了蓋子的情況下
7示出的上壓腳62、以及下壓腳64，該上壓腳62和該下壓腳64由安裝在框架上的板65分開。 上壓腳62具有壓腳夾持缸66、67和夾持器滑動軸承68。下壓腳也采用了與夾持缸66、67 一樣的缸和與滑動軸承68 —樣的滑動軸承。該壓腳組件60用來夾住管道并用于形成和斷 開接合。旋轉(zhuǎn)缸69用來使得上壓腳62轉(zhuǎn)動，該上壓腳62可以安裝在軸承上并且通過用來 形成和斷開接合的液壓缸旋轉(zhuǎn)100度。下壓腳64不轉(zhuǎn)動，而是靜止的并安裝在框架上。所 用的壓腳為專用夾具，該夾具由高強度極硬材料形成并用來夾持管道。防故障特征使得夾爪在液壓工具斷開情況下打開。這些夾爪構(gòu)造為具有25mm至 70mm的工具尺寸夾持范圍，對于達(dá)89mm的更大尺寸需要另一組夾爪。通過開口的最大尺寸 設(shè)定為108mm。扭矩性能達(dá)到1000英尺磅。圖13示出在圖2C和圖3中所示的鉆探模塊1的兩個工具臂70中的一個。上工 具臂70為夾持工具臂，而下工具臂70為對準(zhǔn)工具臂?？梢詥为毣蛞黄鹩梢簤貉b置操作的 工具臂70均包括夾持臂72和安裝托架74。工具臂70用來抵抗由鉆探頭10產(chǎn)生的最大扭 矩并且用來緊固和松開在主軸處的工具接合。工具臂70因此具有帶夾持器76的延伸部。 下對準(zhǔn)工具臂70用于相對于壓腳組件60的中心線定位工具。用于使軟管平移的能鏈73 設(shè)在夾持臂72上。而圖13顯示出回縮的夾持臂72，圖14顯示出伸展的夾持臂。從圖15 的放大圖中可以看出，夾持工具臂的夾持器76具有硬質(zhì)合金鑲塊77，而在下工具臂或?qū)?zhǔn) 工具臂上設(shè)有塑料鑲塊。工具臂70由鋁制成，并且由液壓缸操作，使其可以被推動而滑進(jìn)滑出。通過打開 和關(guān)閉夾爪76來實現(xiàn)的夾持功能也是液壓型的。另外還具有碰撞功能，這能夠使得臂沿著 任一方向側(cè)向移動一英寸以幫助精細(xì)對準(zhǔn)。在圖16至圖18中所示的穩(wěn)定校平支腿80具有由可調(diào)節(jié)夾具附接到框架上的外 缸82和可以在外缸82內(nèi)以液壓方式伸展和回縮的內(nèi)缸84。內(nèi)缸84還具有可移除的支腿 墊塊86。兩個滑動軸承環(huán)組件87在支腿80伸展或回縮時承受滑動負(fù)載。同樣，支腿80的 功能在于在海底操作期間使得整個系統(tǒng)的高度上升和下降。這些支腿可以在系統(tǒng)在海底處 于各種地形條件下時校平20度角。圖19示出用于鉆探模塊1的結(jié)構(gòu)框架90，它具有可移除的引導(dǎo)梁92、滑動件和用 于使鉆探頭10行進(jìn)的輥子。框架90由鋁制成，頂部和底部焊接，具有通過螺栓連接的豎直 構(gòu)件，并且經(jīng)過加載測試至三倍重力(3Gs)。圖20示出撬裝模塊100的鉆探水泵102，該鉆探水泵與鉆探模塊1 一起形成海底 撬裝成套設(shè)備。鉆探水泵102是由液壓馬達(dá)驅(qū)動的傳統(tǒng)現(xiàn)成設(shè)備。鉆探水泵102用于使水 沿著鉆管向下流向鉆頭，在鉆頭處可以用來沖刷鉆屑。圖21、圖22和圖23是鉆探模塊岐管1、2和3的相應(yīng)液壓系統(tǒng)105、110和115的 示意圖，它們由在ST 200型號的遙控潛水器上的液壓系統(tǒng)供能。換句話說，遙控潛水器將 通過給海底鉆探系統(tǒng)供應(yīng)液壓流體然后使之返回到遙控潛水器來執(zhí)行液壓功能。在海底鉆 探系統(tǒng)上安裝有三至九個用于控制海底鉆探系統(tǒng)的控制岐管。更具體地說，圖21示出岐管1中的液壓系統(tǒng)105的總體視圖，該岐管為具有前四 個運動控件的三個岐管中的第一個，這四個運動控件從左向右用于鉆頭進(jìn)給控制、鉆頭升 降控制和升降機鉆探控制。第五個控件用于轉(zhuǎn)盤馬達(dá)。后四個液壓控件的平衡用于壓腳和 主軸鎖定。
8
圖22示出岐管2中的液壓系統(tǒng)110。同樣，從左向右的前兩個閥門用來控制驅(qū)動 主軸的液壓馬達(dá)的速度。第三閥門用于變速，這用于控制液壓馬達(dá)的高檔位或低檔位。其 它閥門用于夾持器或握持器、對準(zhǔn)臂和碰撞功能，主要用于工具臂。圖23示出在岐管3中的液壓系統(tǒng)115，它控制著撬裝和選項。第一閥門被關(guān)閉。 第二閥門用于控制水泵的馬達(dá)，該水泵用于將水沿著鉆桿向下送至鉆頭。其它三個閥門用 于穩(wěn)定支腿并且可以用于使支腿向上或向下運動。圖24示出電氣布線圖120和海底控件125。布線圖基本上類似于液壓系統(tǒng)，并且 具有用于所有三個岐管(即岐管1和岐管2以及撬裝岐管3)的控件。該圖示出各種傳感 器和各種應(yīng)用。這些岐管中的每一個岐管內(nèi)具有Perry Slingsby公司的智能閥組控制器 或局部閥門控制器(local valve controller)。每個板塊控制其岐管內(nèi)的特定功能。圖25示出為各種接口構(gòu)建的用于撬裝模塊100的結(jié)構(gòu)框架130。所示的結(jié)構(gòu)框 架130特別設(shè)置成用于ST 200型號的遙控潛水器的接口。結(jié)構(gòu)框架130也由鋁制焊接框 架制成并且測試至三倍重力(3Gs)。圖26示出具有海面控件140的海面控制成套設(shè)備，該海面控件140包括獨立的控 制臺，該控制臺具有帶顯示器142的機架141、帶有兩個鉆探控制桿的傾斜控制面板145、19 英寸觸摸屏IXD彩色監(jiān)視器143、帶有連接到設(shè)備的USB接口的IBM刀片式計算機(blade computer) 144, RS 232至RS 485轉(zhuǎn)換器、鍵盤和鼠標(biāo)。所顯示的不同頁面用于設(shè)置、加載 和操作該系統(tǒng)。圖27A和圖27B示出海面控件140的主鉆探屏幕和工具更換屏幕的示例，它們顯 示在觸摸屏監(jiān)視器上。所用的所有軟件集成在該系統(tǒng)內(nèi)。圖28示出海面控件140的數(shù)據(jù)記錄器，示出了在鉆探操作期間功能如何記錄和保 存的示例。該記錄在鉆井之后由地質(zhì)學(xué)者隨后用來驗證已經(jīng)成功進(jìn)行的鉆探進(jìn)程。圖29示出用于反向循環(huán)鉆探的結(jié)構(gòu)，其因利用反向循環(huán)水而有別于傳統(tǒng)鉆探。水 通過鉆具環(huán)形部分的外側(cè)向下輸送并通過中央向上引。從根本上說，反向循環(huán)鉆探取出鉆 井巖屑，不是將其供給到巖芯鉆管中，而是將其引到捕集袋組件中。圖4與圖29的對比顯示出要將鉆探頭10轉(zhuǎn)換成反向循環(huán)需要怎么做。增設(shè)了第 二旋轉(zhuǎn)接頭131，以及通向樣品捕集袋的鵝頸管或軟管連接部132。反向循環(huán)鉆探采用了不 同的鉆具，即RCD(反向循環(huán)鉆探)鉆桿133和不同的鉆頭。圖30為放大圖，示出RCD鉆桿133和RCD鉆頭134?？梢钥吹皆O(shè)置有供水沿著箭 頭方向流過的外管136和內(nèi)管137。這些箭頭示出水經(jīng)過外管136被向下推然后進(jìn)入到鉆 頭134，接著穿過內(nèi)管137的中央被向上引回，通過連接部132進(jìn)入到捕集袋。圖31和圖32分別進(jìn)一步放大示出雙管或反向循環(huán)管結(jié)構(gòu)136、137和鉆頭134的
更多細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
一種海底鉆探系統(tǒng)，所述海底鉆探系統(tǒng)包括鉆探模塊，所述鉆探模塊具有能在水中或在水外移除和更換的工具轉(zhuǎn)盤；撬裝模塊；和遙控潛水器，所述遙控潛水器在水中或在水外與所述撬裝模塊連接和脫開以便利用所述遙控潛水器操作所述海底鉆探系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆探模塊具有結(jié)構(gòu)框架，并且所述工 具轉(zhuǎn)盤由銷和引導(dǎo)座引導(dǎo)至所述結(jié)構(gòu)框架上的適當(dāng)位置。
3.如權(quán)利要求2所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述工具轉(zhuǎn)盤能通過另一個遙控潛水器在 水下移除和更換。
4.如權(quán)利要求2所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述銷中的一個銷驅(qū)動所述工具轉(zhuǎn)盤。
5.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述工具轉(zhuǎn)盤具有用于容納鉆具的狹槽。
6.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆探模塊具有帶主軸組件的鉆探頭和 用于驅(qū)動鉆桿的驅(qū)動馬達(dá)，并且所述鉆探頭能在液壓升降缸上上下移動。
7.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆探模塊具有用于夾持管道并形成和 斷開接合的壓腳。
8.如權(quán)利要求5所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆探模塊具有用于將所述鉆具插入到 所述狹槽中并用于將所述鉆具從所述狹槽中移除的工具臂。
9.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆探模塊具有結(jié)構(gòu)框架，所述撬裝模 塊具有結(jié)構(gòu)框架，并且穩(wěn)定校平支腿附接到所述框架以補償不平整的水下地形。
10.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述撬裝模塊具有水泵，所述水泵用于使 水沿著鉆管行進(jìn)到鉆頭以便沖刷鉆屑。
11.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述撬裝模塊具有用于接收所述遙控潛 水器的結(jié)構(gòu)框架。
12.如權(quán)利要求11所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)框架具有用于所述遙控潛水器 的銷和連接器。
13.如權(quán)利要求1所述的海底鉆探系統(tǒng)，所述海底鉆探系統(tǒng)還包括用于遠(yuǎn)程控制該海 底鉆探系統(tǒng)的海面控制成套設(shè)備，該海面控制成套設(shè)備具有顯示器、監(jiān)視器、計算機和接
14.如權(quán)利要求6所述的海底鉆探系統(tǒng)，其中所述鉆桿是反向循環(huán)鉆桿，并且一旋轉(zhuǎn)軟 管連接到所述主軸組件并通向捕集袋以便進(jìn)行反向循環(huán)鉆探。
15.一種操作海底鉆探系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟在水中或水外將工具轉(zhuǎn)盤從鉆探模塊移除并用另一個工具轉(zhuǎn)盤更換所述工具轉(zhuǎn)盤；在水中或水外將遙控潛水器連接到撬裝模塊以及將所述遙控潛水器與所述撬裝模塊 脫開；并且利用所述遙控潛水器操作所述海底鉆探系統(tǒng)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括通過銷和引導(dǎo)座將所述工具轉(zhuǎn)盤引導(dǎo) 至所述鉆探模塊的結(jié)構(gòu)框架上的適當(dāng)位置。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括利用另一個遙控潛水器在水下執(zhí)行移 除和更換所述工具轉(zhuǎn)盤的所述步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括用所述銷中的一個銷驅(qū)動所述工具轉(zhuǎn)
19.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括將鉆具放入到所述工具轉(zhuǎn)盤的狹槽中 以及將所述鉆具從所述轉(zhuǎn)盤工具的狹槽中移除。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括利用在所述鉆探模塊的鉆探頭上的主 軸組件和驅(qū)動馬達(dá)來驅(qū)動鉆桿，并且使所述鉆探頭在液壓升降缸上上下移動。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括利用所述鉆探模塊的壓腳夾住管道并 且形成和斷開接合。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，所述方法還包括用所述鉆探模塊的工具臂將所述鉆具 插入到所述狹槽中以及將所述鉆具從所述狹槽中移除。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括用附接到所述鉆探模塊的結(jié)構(gòu)框架和 所述撬裝模塊的結(jié)構(gòu)框架上的穩(wěn)定校平支腿來補償水下的不平整地形。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括利用所述撬裝模塊的水泵使水沿著鉆 管行進(jìn)至鉆頭以便沖刷鉆屑。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括使所述遙控潛水器與所述撬裝模塊的 結(jié)構(gòu)框架上的銷和連接器相配合。
26.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括用具有顯示器、監(jiān)視器、計算機和接口 的海面控制成套設(shè)備來遠(yuǎn)程控制所述海底鉆探系統(tǒng)。
27.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括引導(dǎo)來自反向循環(huán)鉆桿的鉆探巖屑穿 過主軸組件和旋轉(zhuǎn)軟管進(jìn)入到捕集袋以進(jìn)行反向循環(huán)鉆探。
全文摘要
一種海底鉆探系統(tǒng)包括鉆探模塊，所述鉆探模塊具有可以在水中或在水外移除和更換的工具轉(zhuǎn)盤；撬裝模塊；和遙控潛水器，所述遙控潛水器在水中或在水外與所述撬裝模塊連接和脫開以便用所述遙控潛水器操作所述海底鉆探系統(tǒng)。一種操作海底鉆探系統(tǒng)的方法包括在水中或水外從鉆探模塊上移除工具轉(zhuǎn)盤并用另一個工具轉(zhuǎn)盤更換該工具轉(zhuǎn)盤。遙控潛水器在水中或水外與撬裝模塊連接和脫開。所述海底鉆探系統(tǒng)由遙控潛水器操作。
文檔編號E21B43/017GK101970787SQ200980108311
公開日2011年2月9日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者喬納森·馬金, 哈羅德·帕代, 彼得·小內(nèi)勒森 申請人:佩里斯林斯比系統(tǒng)公司