[發明專利]基于深海纜控潛水器的液壓自補償巖芯取樣作業裝置

在審

• 申請號: 202010466653.4
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111734333A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 任玉剛;于凱本;楊磊;魯德泉;劉延俊;劉保華
• 申請（專利權）人: 國家深海基地管理中心;山東大學
• 主分類號: E21B25/18
• 分類號: E21B25/18;E21B7/124;E21B7/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 雷斐;萬桂斌

本發明涉及深海取樣領域，特別是一種基于深海纜控潛水器的液壓自補償巖芯取樣作業裝置。包括鉆具機構、液壓馬達機構、液壓推進機構和主動補償機構，液壓馬達機構的前端與鉆具機構連接，液壓馬達機構的后部與液壓推進機構連接，主動補償機構與液壓馬達機構連接。其功率大，具有深海環境下峭壁盲區處的水平向取芯能力，取芯精度高，既提高了作業的靈活性和經濟性，又能根據深海壓差對液壓馬達的輸出端自動進行壓力補償，結構簡單，制造方便，便于安裝，生產成本低。

技術領域

本發明涉及深海取樣領域，特別是一種基于深海纜控潛水器的液壓自補償巖芯取樣作業裝置。

背景技術

巖芯取樣是利用沖擊、射入、鉆取等方式，實現巖芯采集的技術，其中鉆取是最常見的一種。巖芯鉆探具有高效、低成本等優點，在地球科學研究、資源勘探等方面有著迫切需求和工程應用價值。在地球科學研究方面，全球相繼開展了深海鉆探(DSDP)、大洋鉆探(ODP)和綜合大洋鉆探(IODP)等計劃，驗證了板塊構造學說，但在深海和大氣的深層演變、海底生物圈分布規律等方面研究仍較為薄弱，急需開展精細驗證性鉆取研究。在深海資源勘探方面，當前我國已擁有超過16萬平方公里的海外礦區，深海資源進入了詳探階段，必須獲得典型區域的樣品，為資源勘查、成分分析、礦區圈定、環境評估等提供準確的基礎數據，同樣需要深海精細地質取芯技術。

隨著載人潛水器廣泛應用，目前以美國、日本為代表的深海載人潛水器開展了大量運載器巖芯取樣鉆機的研究和應用發展工作。美國Alvin號早在1991年就完成了HSTR巖芯取樣鉆機的研制工作，成功鉆取了硫化物巖芯樣品，此外，HSTR取芯器還隨MBARI研究所的ROV(Ventana)在1992年成功取得火成巖巖石樣品；MBARI研究所研制成功了4000m級MCS取樣器，可實現四管取樣，成功在Juan de Fuca海底獲得裸露基巖的樣品。PhoenixInternational公司研制一套可搭載在Nereus II ROV上的取芯器，取芯長度能夠達到1.5m，取芯作業水深2400m，能在45°斜坡上取芯；1995年美國Harbor Branch海洋研究所完成了7000m級Harbor Branch取芯器的研究，并搭載于Magellan ROV完成了多次海上試驗；此外，英、法及俄等國家也開展了深海運載器巖芯取芯器的研制及應用工作，如CONSUB號(英)、ST-I號(法)和APTYC號(俄)等載人潛水器均開展了配套小型巖芯取芯器研制。

為解決深海精細作業難題，我國深海運載器得到了快速發展，蛟龍號載人潛水器完成了7062米世界最深下潛，并在全球七大海區完成了應用，初步形成了以載人潛水器(HOV)、無人纜控潛水器(ROV)、無人自主潛水器(AUV)為代表的深海運載器精細探測平臺體系和作業模式，將深潛器精細作業與鉆探技術相結合可有效解決深海精細取芯難題。

基于深海高壓、低溫、強腐蝕等作業技術特點和海上實際工作經驗，目前已經開展了多種類型鉆機裝置的發明設計，但由于深海環境極端負載，人類對深海的認知水平有限，因此針對不同的應用場景需設計不同的取芯模塊，以實現我國深海科學研究及資源勘查的應用需要。專利號2013207985607、名稱為“深海小型電動取芯潛鉆”的中國專利和專利號為2014107777105、名稱為“一種基于載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鉆機”的中國專利均公開了一種基于載人潛水器的取芯裝置，解決了基本的蛟龍號與鉆機的匹配及簡單取樣問題。上述兩種裝置采用電動驅動方式，其工作功率較小，取芯能力較低，一般只能鉆取尺寸為13mm*130mm的巖芯，尤其是針對深海懸崖處巖心取樣場景的水平向精確取芯的應用，無法實現取樣。另外，深海環境壓力較大，為了保證深海環境中裝置的安全作業，必須采用耐壓殼體，導致整個裝置結構復雜，十分笨重。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出了一種基于深海纜控潛水器的液壓自補償巖芯取樣作業裝置，其功率大，具有深海環境下峭壁盲區處的水平向取芯能力，取芯精度高，既提高了作業的靈活性和經濟性，又能根據深海壓差對液壓馬達的輸出端自動進行壓力補償，結構簡單，制造方便，便于安裝，生產成本低。