一种基于HDD穿缆技术的水下导向架及其工作方法技术

本发明专利技术属于沉船打捞穿缆作业领域，提供一种基于HDD穿缆技术的水下导向架及其工作方法。本发明专利技术导向架包括弯管段、直管段、法兰盘、水下可旋转支座以及外挂式固定平台，通过外挂式固定平台与工作母船相连、水下可旋转支座与水底相接，直管段和弯管段及各节之间通过法兰盘固定，穿缆钻杆能在导向架主管内正常前进和转向，实现钻杆入射角由45°到入泥角20°的转变。本发明专利技术基于该导向架结构设计了系统的变水深下的穿缆作业工法，包括导向架组合方案、工作母船作业形式以及大水深作业环境下（45m及以上）配套设备等。本发明专利技术使钻杆能在大流速、大水深条件下平稳钻进和转向。

An underwater guide frame based on HDD cable technology and its working method

The invention belongs to the field of sunken salvage and cable operation, and provides an underwater guide frame and a working method based on HDD cable technology. The guide frame of the invention includes the elbow section, the straight pipe section, the flange plate, the underwater rotating support and the external fixed platform, which are connected to the working mother ship by the external hanging fixed platform, connected with the underwater rotatable support and the water bottom, the straight pipe section and the elbow section and the sections are fixed through the flange plate, and the cable drill rod can be in the head of the guide frame. Normal advance and steering to achieve the change of drill pipe incidence angle from 45 degrees to 20 degrees. Based on the frame structure, the system is designed for the working method of cable wearing under the variable depth of water, including the combination scheme of the guide frame, the working form of the working mother ship, and the supporting equipment (45m and above) in the environment of large water and deep operation. The drill pipe can drill and turn smoothly under the condition of large velocity and large water depth.

【技术实现步骤摘要】
一种基于HDD穿缆技术的水下导向架及其工作方法
本专利技术属于沉船打捞穿缆作业领域，具体涉及一种基于HDD穿缆技术的水下导向架及其工作方法。
技术介绍
随着我国航运业的不断发展壮大，船舶沉没事故也相应增多。在沉船打捞时采用较为成熟的起吊船起吊打捞时，首先要进行的就是穿缆作业。对于大水深及水下能见度较低的作业环境，人工穿缆作业危险系数高。现有的穿缆作业技术中，以陆地常用的水平定向钻机为基础的HDD（HorizontalDirectionalDrilling）技术逐渐在穿缆作业得到了应用。但将该技术应用到水上时，仍然存在很多问题。当沉船位置水深较大时，钻杆的悬空长度也会比较大。由于其自重的影响以及水流的冲击等因素，钻杆会出现较大的挠度变形，影响钻进方向的准确性，甚至会出现钻杆弯曲变形过大无法工作甚至断裂的情况。当沉船位置处水深超过10m后，必须在伸出舷外的钻杆外加装导向架，以保证钻杆不出现较大的扰度变形，同时可以约束钻杆方向，使之可以沿设计方向前进。另外，现有的基于HDD技术穿缆作业中导向架结构均为一次性设计，只能满足特定水深穿缆作业，且导向架结构形式为整体式且过于简单，无法满足大水深的穿缆作业需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术中的不足，针对基于HDD技术钻杆水下悬空距离过长带来的挠度过大及刚度和强度不足的问题，而提出的一种基于HDD穿缆技术的水下导向架及其工作方法，使钻杆能在大流速、大水深条件下平稳钻进和转向，并提出不同的导向架组合方案及与工作母船不同的作业形式，以满足不同水深、复杂航道下的穿缆作业需求。此外该导向架结构还可用于帮助潜水作业人员下潜及水下探测打捞设备的辅助吊放等。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种基于HDD穿缆技术的水下导向架，包括弯管段、直管段、法兰盘、水下可旋转支座以及外挂式固定平台，若干弯管段和直管段通过法兰盘连接组成导向架主体，便于拆卸和维护，同时可自由组合以适应多水深下的穿缆作业需求。导向架主体通过外挂式固定平台的铰接支座与工作母船相连，工作母船上设有水平定向钻机，进一步的将水平定向钻机与外挂式固定平台通过水平定向钻机的前置支撑板栓接固定。导向架主体的底部通过水下可旋转支座与水底相接，同时放开导向架的旋转约束，避免工作母船扰动对导向架的作用力过大。所述弯管段和直管段均为三角形桁架式支撑结构，具有较强的强度和刚度，可保证在水下复杂环境下结构的安全性和可靠性。三角形桁架式支撑结构包括一根主管和两根支管，当需要将弯管段和直管段连接组合时，主管与主管相对，支管与支管相对，穿缆钻杆能在导向架主体的主管内正常前进和转向，实现钻杆入射角由45°到入泥角20°的转变，保证钻杆强度的同时，可使钻杆在沉船底部运动距离最短。在上述技术方案中，所述水下可旋转支座包括铰接的第一支座和第二支座，第一支座底部设有三根锚桩，第二支座上设有与导向架主体形状相配合的凹槽，第二支座通过凹槽并配以盖板与导向架主体连接固定。在上述技术方案中，所述外挂式固定平台包括铰接的第三支座和第四支座，第三支座截面为L型，其上设有螺栓孔，第三支座通过螺栓与工作母船固定，第四支座上设有与导向架主体形状相配合的凹槽，第四支座通过凹槽并配以盖板与导向架主体连接固定。本专利技术还提供一种上述的基于HDD穿缆技术的水下导向架的工作方法，本专利技术根据作业环境提出两种不同的穿缆作业方法。当航道环境条件良好，即航道条件满足工作驳船和沉船的水平作业要求时，且作业区域水流相对缓慢时，可优先采用平行穿缆作业方式，即导向架布置与水流方向平行。当航道较窄或较为繁忙时，且水流速度相对较大时，可采用斜向打捞作业方式，即导向架布置方向与沉船呈一定的夹角，以20~30°左右为宜，不易过大。这样即可保证钻杆距离尽量较短的前提下，极大的缩短工作母船与沉船的水平距离，同时减少了水流与导向架间的冲击，保证了一体化穿缆设备的作业安全。穿缆作业完成后，再适当调整缆位置，使之与起吊船船长方向保持垂直或接近垂直即可。上述基于HDD穿缆技术的水下导向架作业流程如下：（1）沉船环境评估包括沉船吨位、尺寸、方位，沉船处水深、流速、地层土质等评估，确定基于HDD技术的穿缆作业具体配置包括钻杆长度、导向架长度及组合方案、钻头类型等，确定打捞方案，包括钻头入泥点位置、入射角及入泥角等，确定穿缆方案，包括导向架准备及吊运安装方案；（2）将各节弯管段和直管段由工作母船随水平定向钻机转运至指定作业位置，调整工作母船位置并下锚固定停泊，利用船用小型吊机完成导向架的组装工作；（3）先将弯管段和直管段分别通过法兰盘连接固定，再将末端弯管段与水下可旋转支座固定，顶端直管段与外挂式固定平台用预紧螺栓固定，拼接好组成完整的导向架结构；（4）调整船上钻机位置并与工作母船固定，配合工作母船及起吊船上的可旋转吊机，首先将导向架底部水下可旋转支座下放至江底并插入泥中，将导向架顶部外挂式固定平台与水平定向钻机前置基座栓接，在作业过程中，安排一部吊机吊住导向架中部，防止导向架因自重或水流出现过弯或滑移；（5）将导向仪安装在钻头内壁，启动钻机，调试机器，检测钻头及探测设备工作是否完好，检查钻杆与导管架主管配合是否正常，准备工作完成后，进行钻进工作；（6）根据钻头入泥角θ和钻杆弯曲半径γ计算得到钻头出泥点距入泥点的水平距离L即出泥点，待钻头在沉船另一侧出泥后，由潜水员协助更换钻头，并挂载缆绳，回拉缆绳并回收钻杆；移动导向架和工作母船，进行下一位置的船底穿缆作业。本专利技术导向架主要应用于内河及近海区域的沉船打捞穿缆作业，本专利技术将弯管段和直管段各节间有序组合，得到最优的导向架结构以适应不同水深下的沉船打捞穿缆要求，解决了传统整体固定式导向架费用高、重复利用率低的缺点。通过改变工作母船与水流方向的作业角度，结合导向架布置，可满足复杂环境下（航道较窄或通航压力大）的沉船打捞穿缆作业要求。附图说明图1为本专利技术基于HDD穿缆技术的导向架的作业示意图。图2为导管架主体中的一段的结构示意图（直管段）。图3为水下可旋转支座的结构示意图。图4为外挂式固定平台的结构示意图。图5为水平穿缆作业效果。图6为图5的俯视图。图7为斜向穿缆作业效果。图8为图7的俯视图。图中:1、水平定向钻机（HDD），2、工作母船，3、外挂式固定平台，4、导向架，5、直管段，6、弯管段，7、钻杆，8、水下可旋转支座，9、沉船，10、法兰盘，11、主管，12、支管，13、第一支座，14、第二支座，15、第三支座，16、第四支座。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1至4所示，本专利技术实施例提供一种基于HDD穿缆技术的水下导向架，为解决水下穿缆导向架过长的弊端，创新性的提出弯段直段组合式导向架结构，实现钻杆在入泥之前即实现从初始45°入射角到20°入泥角的转换，大大缩短了了钻杆的钻进距离，也减少了工作母船和沉船的水平作业距离，尽可能减少打捞作业对航道的不利影响。为满足不同水深的穿缆作业需求，结合钢结构加工工艺及工作母船起重机起吊限制，设计出分节三角形桁架式导向架主体结构，各节之间以法兰盘10连接固定。首尾两节因要加装水下可旋转支座8和外挂式固定平台3，所以为特制结构。针对不同水深下的沉船打捞穿缆作业需求，通过改变弯管段和直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于HDD穿缆技术的水下导向架，其特征在于：包括弯管段、直管段、法兰盘、水下可旋转支座以及外挂式固定平台，若干弯管段和直管段通过法兰盘连接组成导向架主体，导向架主体通过外挂式固定平台与工作母船相连，工作母船上设有水平定向钻机，导向架主体的底部通过水下可旋转支座与水底相接，所述弯管段和直管段均为三角形桁架式支撑结构，三角形桁架式支撑结构包括一根主管和两根支管，当需要将弯管段和直管段连接组合时，主管与主管相对，支管与支管相对，穿缆钻杆能在导向架主体的主管内正常前进和转向，实现钻杆入射角由45°到入泥角20°的转变。

【技术特征摘要】
1.一种基于HDD穿缆技术的水下导向架，其特征在于：包括弯管段、直管段、法兰盘、水下可旋转支座以及外挂式固定平台，若干弯管段和直管段通过法兰盘连接组成导向架主体，导向架主体通过外挂式固定平台与工作母船相连，工作母船上设有水平定向钻机，导向架主体的底部通过水下可旋转支座与水底相接，所述弯管段和直管段均为三角形桁架式支撑结构，三角形桁架式支撑结构包括一根主管和两根支管，当需要将弯管段和直管段连接组合时，主管与主管相对，支管与支管相对，穿缆钻杆能在导向架主体的主管内正常前进和转向，实现钻杆入射角由45°到入泥角20°的转变。2.根据权利要求1所述的基于HDD穿缆技术的水下导向架，其特征在于：所述水下可旋转支座包括铰接的第一支座和第二支座，第一支座底部设有三根锚桩，第二支座上设有与导向架主体形状相配合的凹槽，第二支座通过凹槽并配以盖板与导向架主体连接固定。3.根据权利要求1所述的基于HDD穿缆技术的水下导向架，其特征在于：所述外挂式固定平台包括铰接的第三支座和第四支座，第三支座截面为L型，其上设有螺栓孔，第三支座通过螺栓与工作母船固定，第四支座上设有与导向架主体形状相配合的凹槽，第四支座通过凹槽并配以盖板与导向架主体连接固定。4.一种如权利要求1所述的基于HDD穿缆技术的水下导向架的工作方法，其特征在于根据作业环境提出两种不同的穿缆作业方法：当航道环境条件良好，即水流速度在3m/s以下且沉船与工作母船水平工作距离小于1/2航道宽度时，采用平行穿缆作业方式，即导向架布置与水流方向平行；当航道较窄或水流速度较大时，即水流速度在3m/s以上或沉船与工作母船水平工作距离大于1/2航道宽度时，采用斜向打...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘进，赵凯，徐铁柱，汪舟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42