[發明專利]多模式導向鉆具

在審

• 申請號: 201811609764.5
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN111379521A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 王旭陽;葛彤;莊廣膠;趙敏;吳超;王猛;蘇婧;項鋒;吳峰;張春文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/124;E21B10/26;E21B10/60
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種多模式導向鉆具，包括：依次設置的鉆具機構、定位艙和換向驅動器，其中：換向驅動器與液壓油管相連以提供鉆具機構動力，換向驅動器的旋轉端與定位艙相連，定位艙中設有定位傳感器和與之相連的傳輸電纜，將位置信息給導航定位系統用于定位和控向。本發明內部定位傳感器用來對鉆頭姿勢和姿態進行實時測量，外部操控換向驅動器來進行定向鉆進，根據不同地質更換不同鉆頭和鉆具來進行鉆進，大大提高了鉆進效率。

技術領域

本發明涉及的是一種深水打撈領域的技術，具體是一種深水攻泥用多模式導向鉆具。

背景技術

在沉船打撈中，傳統的穿千斤作業模式一直采用潛水員手持分級攻泥管，蹬在預先開挖于沉船旁的工作井中，利用高壓水完成水下穿引千斤任務，作業效率低下、勞動強度大、危險程度高，而且受自然條件限制，沉船水域地質情況復雜時工作幾乎無法開展。水下自動化穿引千斤裝備(即水下攻泥器)的出現大大提升了沉船打撈效率，有效降低了作業風險。水下攻泥器裝備一般采用陸上非開挖鉆具，適用于一般以沉積地質為主的海域。但由于海底地質差別較大，對鉆具的破土及導向要求千差萬別，因此在實施鉆孔作業時，同種鉆具不能一直進行鉆孔，需要準備多種鉆具應對不同土質和鉆孔行徑需求，這樣會大大降低作業的效率，同時增加額外的成本。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種多模式導向鉆具，內部定位傳感器用來對鉆頭姿勢和姿態進行實時測量，外部操控換向驅動器來進行定向鉆進，根據不同地質更換不同鉆頭和鉆具來進行鉆進，大大提高了鉆進效率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：依次設置的鉆具機構、定位艙和換向驅動器，其中：換向驅動器與液壓油管相連以提供鉆具機構動力，換向驅動器的旋轉端與定位艙相連，定位艙中設有定位傳感器和與之相連的傳輸電纜，將位置信息給導航定位系統用于定位和控向。

所述的鉆具機構、定位艙和換向驅動器之間通過連接器相連。

所述的換向驅動器為大扭矩轉動驅動裝置，可在0-360°范圍內旋轉并定位，并能承受鉆進或回拖過程中鉆頭所受的軸向力；所述的驅動裝置采用液壓油缸或電機驅動，內設有用于測量轉速的傳感器。

所述的定位傳感器采用微型的高精度慣性測量單元，實時測量鉆頭體的空間運動參數，如姿態角度、角速度、角加速度以及三軸向運動速度、加速度等。

所述的鉆具機構采用鉆頭體實現，該鉆頭體內設有多方位的噴嘴，噴嘴包括用于鉆進噴沖破土的破土噴嘴和用于清洗鉆頭的清洗噴嘴。

所述的鉆頭體采用導向板鉆頭、鷹爪鉆頭或牙輪鉆頭，當采用導向板鉆頭時，其與連接器直接相連，當采用鷹爪鉆頭時，其與換向器直接連接也可以與泥漿馬達相連，當采用牙輪鉆頭時，則與泥漿馬達連接。

所述的鉆頭體和定位艙之間進一步設有泥漿馬達，其中：泥漿馬達具有固定導向彎角，由換向器驅動馬達整體旋轉進行控向，并通過調整馬達外部導向平面面積增大或減小導向強度，該泥漿馬達包括：動力部分、傳動部分和軸承部分，其中：動力部分以高壓海水或泥漿作為動力源，利用壓力差形成驅動力驅動馬達轉子轉動，從而帶動鉆頭快速、連續旋轉破土。

所述的動力部分包括定子和轉子，傳動部分包括用于轉向的彎接頭，軸承部分承受整個馬達的載荷。

所述的鉆頭體上優選進一步設有擴孔器，使得在回拖鋼纜時的擴大鉆孔直徑的功能。

所述的擴孔器為表面有螺旋形凹型水槽的錐形結構，擴孔器上設有點或線狀分布的切削刃，擴孔器與換向器或泥漿馬達連接，在鉆桿回拖力作用下進行旋轉擴孔。

所述的鉆頭體上設有連接孔環，當水下由潛水員或潛水器操作時用于將穿引鋼絲繩利用卸扣連接至鉆頭體上，在不擴孔的情況下直接進行穿引回拖；所述的擴孔器上設有連接孔環，可在水下由潛水員或潛水器操作將粗鋼絲繩利用卸扣連接至擴孔器上，在擴孔的情況下進行重鋼絲繩回拖。