[發明專利]一種船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置

在審

• 申請號: 202210879496.9
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115341867A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 張會寅;田烈余;楊楠;林康;林鼎智
• 申請（專利權）人: 廣州海洋地質調查局
• 主分類號: E21B25/18
• 分類號: E21B25/18
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬

本發明公開了一種船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置及工藝，該裝置包括鉆柱、BHA、補償油缸、頂驅、液氣蓄能器、空壓機以及取心工具；其中，所述液氣蓄能器包括腔體，在所述腔體內設置有活塞，以將腔體分隔為壓縮空氣腔和液壓油腔；所述空壓機連接蓄能器的壓縮空氣腔，液壓油腔的液壓油通過油管連接到補償油缸的活塞桿腔，空壓機至補償油缸所連接起來的氣路到油路部分組成液氣系統；補償油缸的活塞桿連接頂驅，頂驅下方連接鉆柱及BHA，取心工具通過鉆柱及BHA驅動。本發明取心率高，一般情況下，貫入長度等于樣品長度，取芯率接近100％；無巖心擾動，貫入過程不需要泥漿、無鉆具旋轉不會擾動巖心，原狀性好。

技術領域

本發明涉及海洋水下地質勘探取樣設備，具體涉及一種船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置及工藝。

背景技術

海洋表層沉積物一般為淤泥或粘土，采用回轉取心容易出現樣品擾動，取芯率低等問題。因此這個表層的沉積物比較適宜用貫入取心法。貫入取心即將敞口管狀取心器直接壓入土層，到達一定行程后，將取心器從土層拔出，留在取心器的樣品即為所需樣品，這一系列過程沒有旋轉擾動，樣品質量高。

在海洋沉積物取樣中，利用貫入取心原理的取心器有重力活塞取心、泥漿靜壓取心、液壓貫入取心、錘擊貫入取心等。

重力活塞取心的貫入力來源于鉛塊配重的重力，其取心過程為將取心器用絞車下放至接近海底，當取心器的釋放機構接觸海底時，取心器會瞬間釋放，整個取心器在重力的作用下壓入海底表層沉積物，然后絞車回收取心器，獲取巖心。這種方法取樣深度不可預測且有限，一般為幾米至十幾米的范圍。

泥漿靜壓取心廣泛應用于大洋鉆探，其原理為適用泥漿憋壓，達到一定壓力后取心管瞬間被釋放，在最大12.5kN水壓作用下，取芯管以3～6m/s的速度，超前鉆頭貫入沉積層，從而獲取沉積物樣品。這種方法的釋放方式一般為剪切銷斷裂釋放，一次性使用，且安裝過程費事費力；為防止剪切銷受沖擊，需要將取心工具下放至井底，同時需要將纜繩回收才能開始憋壓，一系列準備工作耗時較長。

液壓貫入取心即利用液壓缸帶動取心管貫入地層取心。船載液壓系統提供壓力，通過臍帶纜中的液壓管道傳遞動力至孔底液壓缸，液壓缸帶動取心器，貫入土層，完成貫入后回收取心器。這種方式附件較多，且液壓系統容易受污染，成本較高。

錘擊貫入取心即利用絞車牽引重錘，將取心管錘入土層，達到一定深度后回收取心器，從而獲取沉積物樣品的方法。這種方法純人工操作，自動化程度低，需要一定的經驗；單次取心深度有限，較硬的土層容易出現真空吸附效應而難以回收取心器的問題。

發明內容

為了解決現有技術所存在的至少一技術問題，本發明提供一種船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置及工藝

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置，包括鉆柱、BHA、補償油缸、頂驅、液氣蓄能器、空壓機以及取心工具；其中，

所述液氣蓄能器包括腔體，在所述腔體內設置有活塞，以將腔體分隔為壓縮空氣腔和液壓油腔；

所述空壓機連接蓄能器的壓縮空氣腔，液壓油腔的液壓油通過油管連接到補償油缸的活塞桿腔，空壓機至補償油缸所連接起來的氣路到油路部分組成液氣系統；補償油缸的活塞桿連接頂驅，頂驅下方連接鉆柱及BHA，取心工具通過鉆柱及BHA驅動。

進一步地，所述的船載鉆機海洋沉積物貫入繩索取心裝置還包括壓力傳感器，用于監測所述液氣系統中液壓油的壓力大小，以換算成償油缸的提升力，所述補償油缸的提升力的調節通過空壓機泵氣來實現，提升力與補償油缸懸掛的頂驅和鉆柱的重量之和的關系根據工況不同調節；非工作狀態下，提升力與頂驅和鉆柱的重量之和應相同；貫入取樣時，提升力應小于頂驅和鉆柱的重量之和，兩者的差值為貫入取樣的貫入壓力。