一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，包括钻杆、套筒、锥形开孔装置和传感器单元结构；套筒通过连接板与锥形开孔装置并联在一起；钻杆下端直径小于其上端的直径，上端与下端连接处为变径位置，钻杆可拆卸地穿设在套筒内；锥形开孔装置设有阻力支架和位于装置内部的数控模块，数控模块与操作人员的控制器通信连接，数控模块与阻力支架信号连接并控制阻力支架伸展或收放；传感器单元结构安装在锥形开孔装置上。本装置可以满足海底沉积物监测过程中贯入用的钻杆与传感器单元结构有效分离的功能，避免了现有钻杆与探测单元一体的探杆模式下，探杆回收后无法进行长期监测的问题，提升了贯入装置中钻杆的使用效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置及使用方法


[0001]本专利技术涉及海底沉积物监测设备
，尤其涉及一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置及使用方法。

技术介绍

[0002]深海底表层沉积物物性监测是海洋工程施工的一项重要工作，针对海底沉积物原位多参数测量传感器的贯入手段及长期监测方法主要包括：一是在在指定位置预先进行钻孔，并在预钻孔内埋置监测仪器，而这需要大型船舶、钻探系统、水下安置设备，操作困难，投资大、耗时多、性价比很低；二是利用重力式贯入设备，依靠设备自身重力贯入一定的地层深度，一般为点状监测，且贯入深度根据地质条件不同存在不确定性；三是利用液压传动的方式，将设备自身的监测传感器贯入至海底，整套监测设备连同贯入装置都需长期停留在海底，给后续装置回收带来困难。
[0003]现有海底沉积物监测装备贯入段钻杆和传感器并联在一起，形成可贯入海底沉积物的探杆，利用重力或贯入端自身液压动力结构，将探杆插入至海底沉积物中，同时可带动传感器进入沉积物。但该方法存在的一个明显缺陷是当机械探杆结束贯入后，一旦回收，也会将传感器也带出沉积物，无法保证传感器单元在沉积物原位进行长期监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置及使用方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，包括钻杆、套筒、锥形开孔装置和传感器单元结构；所述套筒通过连接板与所述锥形开孔装置并联在一起；所述钻杆下端直径小于其上端的直径，上端与下端连接处为变径位置，所述钻杆可拆卸地穿设在所述套筒内；所述锥形开孔装置设有阻力支架和位于装置内部的数控模块，所述数控模块与操作人员的控制器通信连接，所述数控模块与所述阻力支架信号连接并控制所述阻力支架伸展或收放；所述传感器单元结构安装在所述锥形开孔装置上；所述钻杆贯入时，所述钻杆向下穿过所述套筒内，并在变径位置被卡住在所述套筒内；贯入结束后，操作人员操作控制器发送指令，所述数控模块接收信号后释放所述阻力支架，所述钻杆脱离所述套筒而回收。
[0006]锥形开孔装置可使钻杆与传感器单元结构通过机械结构耦合而实现并联，钻杆下端细，上端粗，当钻杆贯入时，进入套筒过程可自行单向卡住套筒；实现钻杆与锥形开孔装置的同步贯入，同时可保证钻杆优于传感器单元结构先接触到海底泥面。
[0007]所述钻杆底端为圆锥形结构，所述锥形开孔装置底端为圆锥形结构。钻杆及锥形开孔装置底端均采用圆锥形结构，可以有效钻开海底表层的松软沉积物。
[0008]所述锥形开孔装置开设有安装槽，所述阻力支架安装在所述安装槽内并可转动地朝外部伸展而形成倒伞状结构。倒伞状结构的阻力支架，可增加与海底沉积物的阻力，可防
止钻杆回收时影响传感器单元结构发生位移。
[0009]所述阻力支架为若干个桨叶，所述桨叶铰接在所述安装槽内，所述数控模块控制所述桨叶转动而伸展打开或收放收纳在所述安装槽内。
[0010]所述桨叶设有三片，所述安装槽对应设有三个，三个所述安装槽周向均布在所述锥形开孔装置的外周。桨叶及安装槽均匀分布，使得受力均匀，有利于增大与沉积物的摩擦力。
[0011]所述阻力支架为刚性结构。
[0012]所述传感器单元结构为柔性传感器链，所述柔性传感器链下端安装在所述锥形开孔装置上，其上端连接有浮球。传感器单元结构采用柔性传感器链，可防止锥形开孔装置及传感器单元结构共同消失，与浮球的配合使用，有利于后期的回收工作，从而达到回收数据的目的。
[0013]一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置的使用方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一：将钻杆贯入套筒内，钻杆的变径位置被卡住在套筒内，释放传感器单元结构及钻杆贯入海底；
[0015]步骤二：在锥形开孔装置的作用下，钻杆及传感器单元结构同步贯入海底沉积物内，钻杆优于传感器单元结构先接触到海底泥面；
[0016]步骤三：操作人员操作控制器发送指令，数控模块接收信号后释放阻力支架，阻力支架呈伞状分布，钻杆脱离套筒而回收至调查船，传感器单元结构及锥形开孔装置停留在海底；
[0017]步骤四：释放传感器单元结构，使其处于松弛无力状态，调查船开始监测模式，数控模块进行长期的数据采集和存储作业；
[0018]步骤五：回收后的钻杆可继续开展其它钻孔作业；
[0019]步骤六：传感器单元结构顶部安装有水下抓手或浮球，完成监测周期后，操作人员遥控无人潜水器通过抓取水下抓手或浮球，对传感器单元结构及锥形开孔装置进行回收。
[0020]与现有技术对比，本专利技术的优点在于：本装置解决在海底沉积物钻杆贯入作业结束后，钻杆回收阶段，传感器单元可与机械钻杆有效分离的关键技术；该技术将大大提高海底浅地层贯入式监测工作手段的工作效率，实现一套钻杆匹配多套传感器单元的工作模式，钻杆与传感器单元结构自动分离的技术也提高了贯入段装备和钻杆的利用率；本装置可以满足海底沉积物监测过程中贯入用的钻杆与传感器单元结构有效分离的功能，避免了现有钻杆与探测单元一体的探杆模式下，探杆回收后无法进行长期监测的问题，提升了贯入装置中钻杆的使用效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例处于贯入状态的主视图；
[0022]图2为本专利技术实施例处于贯入状态的俯视图；
[0023]图3为图2中A
‑
A向剖视图；
[0024]图4为本专利技术实施例处于贯入状态的立体图；
[0025]图5为本专利技术实施例处于贯入状态另一侧方向的立体图；
[0026]图6为本专利技术实施例钻杆处于回收状态的主视图；
[0027]图7为本专利技术实施例钻杆处于回收状态的俯视图；
[0028]图8为图7中B
‑
B向剖视图；
[0029]图9为本专利技术实施例钻杆处于回收状态的侧视图
[0030]图10为本专利技术实施例钻杆处于回收状态的立体图；
[0031]图11为本专利技术实施例钻杆处于回收状态另一侧方向的立体图。
[0032]图中附图标记含义：1、钻杆；2、套筒；3、锥形开孔装置；4、传感器单元结构；5、连接板；6、阻力支架；7、安装槽。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。
[0034]实施例
[0035]参阅图1至图11，为一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，包括钻杆1、套筒2、锥形开孔装置3和传感器单元结构4；套筒2通过连接板5与锥形开孔装置3并联在一起；钻杆1下端直径小于其上端的直径，上端与下端连接处为变径位置，钻杆1可拆卸地穿设在套筒2内；锥形开孔装置3设有阻力支架6和位于装置内部的数控模块，数控模块与操作人员的控制器通信连接，数控模块与阻力支架6信号连接并控制阻力支架6伸展或收放；传感器单元结构4安装在锥形开孔装置3上；钻杆1贯入时，钻杆1向下穿过套筒2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，其特征在于：包括钻杆、套筒、锥形开孔装置和传感器单元结构；所述套筒通过连接板与所述锥形开孔装置并联在一起；所述钻杆下端直径小于其上端的直径，上端与下端连接处为变径位置，所述钻杆可拆卸地穿设在所述套筒内；所述锥形开孔装置设有阻力支架和位于装置内部的数控模块，所述数控模块与操作人员的控制器通信连接，所述数控模块与所述阻力支架信号连接并控制所述阻力支架伸展或收放；所述传感器单元结构安装在所述锥形开孔装置上；所述钻杆贯入时，所述钻杆向下穿过所述套筒内，并在变径位置被卡住在所述套筒内；贯入结束后，操作人员操作控制器发送指令，所述数控模块接收信号后释放所述阻力支架，所述钻杆脱离所述套筒而回收。2.根据权利要求1所述的应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，其特征在于：所述钻杆底端为圆锥形结构，所述锥形开孔装置底端为圆锥形结构。3.根据权利要求1所述的应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，其特征在于：所述锥形开孔装置开设有安装槽，所述阻力支架安装在所述安装槽内并可转动地朝外部伸展而形成倒伞状结构。4.根据权利要求3所述的应用于深海海底贯入探杆的锥形开孔装置，其特征在于：所述阻力支架为若干个桨叶，所述桨叶铰接在所述安装槽内，所述数控模块控制所述桨叶转动而伸展打开或收放收纳在所述安装槽内。5.根据权利要求4所述的应用于深海...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁前勇，吴学敏，王智刚，袁庆盟，吴晓钰，董一飞，夏林琪，郭斌斌，张伟，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：