用於形成孔的水下鑽探裝置以及方法

2023-06-17 16:26:41 1

專利名稱：用於形成孔的水下鑽探裝置以及方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序所述的用於在水體的基床上形成孔的水下鑽探裝置。本發明還涉及根據權利要求14前序所述的用於在水體的基床上形成孔的方法。
背景技術：
水下鑽探裝置包括:服務平臺，可以將其放下以用於放置在湖、海或河流的基床上；鑽探驅動器，其安裝成可在服務平臺上軸向移位；和帶有鑽頭的鑽杆，其可以經由鑽探驅動器而被旋轉驅動。在用於在湖、海或河流的基床中形成孔的方法中，將水下鑽探裝置的服務平臺放下到湖、海或河流的基床上，以及利用底部站立元件放置在湖、海或河流的基床上，以及一種帶有鑽頭的鑽杆經由固定在服務平臺上的鑽探驅動器而被旋轉地驅動。水下鑽探裝置和鑽探方法具體地用於在湖、海或河流的基床中產生基礎或基樁，例如用於將海風發電廠、潮汐能發電站的流量渦輪或油氣輸送單元緊固在海中。利用在湖、海或河流的基床中形成鑽孔的已知的水下鑽探裝置和方法，從孔中間斷地收回鬆開的鑽芯。由此，相對應的鑽探方法需要很多資源，以及是時間密集的(time-1ntensive)。

發明內容
本發明的目的是便利實現用於在水體的基床上形成孔的水下鑽探裝置和方法。其便利了特別經濟地產生水下孔。通過具有權利要求1特徵的水下鑽探裝置以及具有權利要求14特徵的用於在水體的基床中形成孔的方法，根據本發明實現了該目的。在從屬權利要求中指出本發明的優選實施例。根據本發明的水下鑽探裝置，其特徵在於:在鑽杆中形成了輸送通道，通過其可以將輸送流體與挖掘的鑽屑(drill cutting) —起向上輸送；以及提供一種用於將輸送流體與挖掘的鑽屑一起傳輸的排放開口，經由其可以將輸送流體與鑽探驅動器上方所挖掘的鑽屑一起排放到水下。根據本發明的方法，其具體地可以利用根據本發明的水下鑽探裝置來執行，其特徵在於，挖掘的鑽屑與輸送流體一起通過鑽杆中的輸送通道向上輸送，以及經由鑽探驅動器上方的排放開口而排放到水下。從連續產生水下孔這一點上可以看出本發明的第一核心思想，其中挖掘的泥土材料經由鑽杆內的誘發的流體流動而從孔中向上輸送。由此，鑽杆被設計為空心鑽杆。輸送流體可以特別地是來自在其底部形成有孔的湖、海或河流中的水。本發明的第二核心思想是將輸送流體與挖掘的鑽屑一起輸送到鑽探驅動器上方，特別地是湖、海或河流的基床上方的區域中，以及在那裡排放到周圍的水中。然後，挖掘的鑽屑沉澱在所形成孔的環境中的湖、海或河流的基床上。由此，在水中設置了位於鑽探驅動器上方的排放開口。根據本發明的水下鑽探裝置的基本方面和相對應的方法因此在於，沒有將挖掘的泥土輸送到水表面並且收回，而是替代地排放到水本身中。優選地，可以將水下鑽探裝置的服務平臺經由來自支承構件，特別地是來自船或浮動平臺的索纜而放下到湖、海或河流的基床上。藉助於所謂的臍帶纜(umbilical)，在用於供應能量和/或例如一種用於驅動鑽探驅動器的液壓流體這樣的流體的操作的期間，將服務平臺連接到船或浮動平臺上。在形成孔之後，可以經由索纜再次抬升起服務平臺，且然後將其從湖、海或河流的基床處移開。為了放下和收回服務平臺，可以在船或浮動平臺上設置纜索絞車。根據優選實施例，通過鑽探驅動器弓I導鑽杆。因此，可以通過鑽探驅動器將輸送流體向上輸送到水中。特別地，鑽探驅動器可以配置為一種包圍著鑽杆的迴轉工作檯。為了將挖掘的鑽屑噴出到鑽探驅動器上方的某一高度處，一種噴出線優選地布置在鑽探驅動器上方。噴出線流體連接到可旋轉鑽杆的輸送通道，並且蔓延到湖、海或河流的基床上，且優選地蔓延到水中的服務平臺上方的預定最低高度處。噴出線優選地經由旋轉聯接器與可旋轉的鑽杆旋轉地斷開聯接。對於甚至是與鑽杆的旋轉運動無關的挖掘的鑽屑的排放，優選地將噴出線安裝在服務平臺上。噴出線優選地形成為一種從鑽探驅動器向上延伸的剛性線(rigidline)。根據本發明，優選地，可以沿服務平臺將鑽探驅動器放下到孔中。為了即使當將鑽探驅動器和鑽杆放下到孔中時，也使挖掘的鑽屑很容易地噴出到湖、海或河流的基床的上方，則將噴出線設計成伸縮的是有益的。因此，在鑽探工序的過程中，噴出線可以向上延伸，以便將挖掘的鑽屑噴出到湖、海或河流的基床之上和/或服務平臺之上。根據本發明的另一優選實施例，提出，所述噴出線包括彎頭，其使輸送流體在橫向上偏斜於相對於鑽杆偏移的位置處，特別是橫向地，且使得所帶有的鑽屑被移除以用於噴出。由此優選地，排放開口在將要產生的孔的旁邊橫向地偏移，從而使得移開的鑽屑可以在服務平臺旁邊橫向排出。根據本發明特別優選地安裝了噴出線，從而使得它可以旋轉以用於在相對於鑽杆和/或鑽探驅動器和/或服務平臺的某一方向上對準目標排放鑽屑，以及特別地可以依賴於水流而旋轉。優選地，流動把手(flow lug)連接到噴出線上，其依賴於水流而旋轉噴出線。由此可以有目的地確保在想要的方向上，特別地在水流動的方向上、而不是與此相反的方向上，不斷地排放挖掘的鑽屑。因而，可以防止挖掘的鑽屑在排放之後流回到服務平臺的方向並且損壞它。通過布置在排放開口的區域中的單向閥，可以防止異物體的流回或不想要地侵入輸送通道中。 此外，根據本發明優選地，為了在輸送通道中生成沿鑽杆向上取向的流動，提供用於壓縮氣體的饋送通道，從其中可以將壓縮氣體饋送回輸送通道。壓縮氣體可以經由饋送開口或吹入噴嘴從饋送通道吹入輸送通道，以便在那裡產生向上取向的流動。壓縮氣體也可以直接地被導入鑽頭中，從其中它流入輸送通道。壓縮氣體在輸送通道中生成液體輸送流體、氣體和鑽屑的三相混合流體，其密度比孔中的鑽杆周圍的水的密度更小。由此在輸送通道中生成向上的流動。為了饋送壓縮氣體到鑽杆上所設置的饋送通道中，優選地，在湖、海或河流的水表面處提供將饋送通道與輸送單元相連接的饋送線，輸送單元具體地是壓縮機。特別地在包含用於驅動鑽探驅動器的能量線的所謂的臍帶纜中，可布置用於壓縮氣體的饋送線。用於在輸送通道中生成向上取向的流動的另一可能性在於提供泵，特別是吸入泵和/或噴射泵。泵可以例如布置在服務平臺的區域中的鑽探驅動器之上。如果是吸入泵，則輸送流體通過泵與鑽屑一起流動通過該泵。特別地，噴射泵也可以布置在鑽頭的區域中，特別是在其中，以及經由沿鑽杆引導的燃料線而被供應燃料。經由饋送通道或者經由介於鑽杆與孔邊緣之間的環形空間可以將輸送流體饋送給輸送通道。根據本發明的優選實施例，鑽杆形成為一種套管，其中形成了用於輸送流體和/或壓縮氣體的輸送通道與饋送通道。饋送通道優選地繞中心的輸送通道而環狀地延伸。為了吸入鬆開的鑽屑，優選地，鑽頭包括一種被流體連接到輸送通道與饋送通道的吸入腔。由此通過輸送通道中的向上取向的流動而產生吸入效果。吸入腔優選地包括向上取向的孔，其優選地位於鑽頭的鑽具的區域中。由此，鑽屑在從孔的底部鬆開之後，可以被直接移除。因為饋送通道包括了一種下出口開口，所述下出口開口徑向向外地開口進入吸入腔內、並且在那裡生成徑向向外取向的流動；以及因為吸入腔包括了偏斜構件，所述偏斜構件在輸送通道的方向上攜帶著挖掘的鑽屑而產生徑向向外取向的流動向徑向向內取向的流動的偏斜，可以實現鬆開的鑽屑從孔底部特別有效地移開。鑽頭，特別地是吸入腔，優選地形成為呈鐘的形狀，從而使得可以應歸於吸入腔的鐘形輪廓而調節想要的流動。徑向向內取向的流動特別地是直接在孔底部之上，從而將挖掘的鑽屑徑向向內輸送到鑽頭的中心區域中，輸送通道的入口位於其中。為了沿服務平臺引導鑽探驅動器，優選地，服務平臺包括導管，沿其引導鑽探驅動器從而使得它可以軸向移動。優選地保持住導管從而使得可以對它進行調節並且將它固定在服務平臺的固定架(mount)中。因而，導管承擔類似中間物的功能，沿其引導鑽探驅動器從而使得它可以移動。此夕卜，大面積地保護了布置在導管內並且在導管內受引導的鑽探驅動器不受諸如水流動這樣的外部影響。為了引導鑽探驅動器，導管優選地包括與鑽探驅動器的引導元件協同工作的、在軸向延伸的線性引導。優選地以如此方式安裝導管，從而使得它可以在服務平臺的固定架上軸向地移動或發生旋轉，從而，在形成孔的期間可以移動導管，具體地是可以放下和抬升起或旋轉所述導管。此外，可以將導管固定到固定架上，從而確保不會相對於服務平臺的基礎主體轉動和/或軸向移動。在鑽探驅動器的操作期間，固定的導管可以用作鑽探驅動器的鄰接件/支座(abutment)或支承。此外，應歸於服務平臺的基礎主體上的可調節固定架，可以隨後在鑽探方向上供應導管，以便向下延伸對鑽探驅動器的引導。具體地，導管本身，特別是旋轉的導管本身可以插入湖、海或河流的基床中。為此，提供導管驅動器。也可以將鑽探驅動器沿導管導入到湖、海或河流的基床中或孔中。
在鑽孔之後可以再次抬升起整個服務平臺，然後從湖、海或河流的基床上移開。


以下使用在附圖中示出的優選的示例性實施例更詳細地描述本發明，其中:圖1示出水下鑽探裝置的側視圖；圖2示出布置在導管中的帶有鑽探驅動器的鑽探單元的剖視圖；圖3示出在導管中向下移動的鑽探單元。在所有附圖中，利用相同的附圖標記標識等同物元件。
具體實施例方式圖1示出根據本發明的水下鑽探裝置10，具有:服務平臺20，其可以放置在如湖、海或河流之類的水體的基床上；和鑽探驅動器50，其受引導以及安裝在服務平臺20上。服務平臺20包括也可以描述為基架的基礎主體30、和用於引導鑽探驅動器50的導管22。基礎主體30包括用於站立在湖、海或河流的基床上的多個底部站立元件32。底部站立元件32優選地設計成可調節的，從而使得可以補償湖、海或河流的基床中的不平，以及可以將服務平臺20直立在湖、海或河流的基床上的想要的方位，特別地是水平。基礎主體30還包括多個支柱34和用於導管22的中心固定架36。安裝所述導管22從而使得它可以在固定架上進行調節。為了相對於基礎主體30旋轉導管22，在服務平臺20的基礎主體30上設置一種旋轉驅動器40。旋轉驅動器40包括一種液壓可夾持夾頭42，其可以藉助於水平/臥式油缸44而旋轉。為了施加豎直力到導管22上，還提供一種軸向驅動器，特別是豎直/立式油缸46。為了更容易地擰入湖、海或河流的基床中，在導管22的下端處包括一種具有多個切削齒的切削構件28。為了使導管22相對於基礎主體30牢固固定，在圓柱形導管22的外部周圍上布置多個固定元件23。在導管22內，布置可以經由纜索(未示出)而導入到所述導管22中的鑽探驅動器50。也可以描述成一種旋轉驅動器的鑽探驅動器50驅動了鑽杆60，在其下端上布置了一種帶有鑽具82的鑽頭80。安裝鑽探驅動器50，從而使得它可以在導管22中軸向移動，以及可以在導管22中張緊。可以特別地描述成臍帶纜的線12用於向鑽探驅動器50提供液壓流體。在導管22的內壁上形成線性引導24，沿所述線性引導24而軸向引導所述鑽探驅動器50。特別地通過重力可以實現帶有鑽頭80的鑽杆60的前進運動。為了增加鑽頭80上的負載，在鑽頭80以上的鑽杆60上，特別是在鑽杆60的鑽環76上布置了負載板78。負載板78包括用於鑽杆60的中心通道，特別地可鬆開地布置在鑽杆60上。他們大面積地延伸到導管22的整個橫截面上。除通過重力的前進運動之外，在鑽探驅動器50上還可以提供一種前進構件，特別地是一種饋送油缸，其控制著鑽頭80上的負載。空心鑽杆60包括中心輸送通道62和環狀周圍饋送通道66。鑽杆60由鑽探驅動器50旋轉驅動，並且通過鑽探驅動器50而軸向延伸。在鑽探驅動器50上方，帶有排放開口69的噴出線68經由聯接構件70而附連到鑽杆60上，且然後流體連接到輸送通道62上。噴出線68向上延伸，且可以包括彎頭(未示出)，其使帶有鑽屑的輸送流體橫向偏斜。排放開口 69由此優選地布置到服務平臺20的側面，從而使得從服務平臺20的旁邊排放鑽屑。可以用不同的方式在輸送通道62中產生流動。例如，可以使用空氣上升工序。藉助於饋送通道66，氣體例如壓縮空氣可以經由吹入開口 64或噴嘴而向下輸送以及引入到輸送通道62中，從而減少輸送通道62中的輸送流體的密度，以及產生向上取向的流動。氣體可以經由饋送線58，特別地經由臍帶纜12而從水表面上的支承單元饋送。替代地或補充地，還可以藉助於泵而在輸送通道62中產生流動。例如，可以在鑽探驅動器50以上布置吸入或位移泵74，如圖2和3所示。吸入或位移泵74吸入輸送通道62中的輸送流體，且因而在輸送通道62中產生向上取向的流動。泵74將噴出線68中的輸送流體和鑽屑一起輸送。替代地或補充地，可以提供噴射泵86，以在引導通道62中生成向上取向的流動。噴射泵86也可以安置在鑽探驅動器50以上，或如圖3示意地所示在鑽頭80的區域內，特別是在以下更詳細地描述的鑽頭80的吸入腔84內。藉助於燃料線(未示出)而向噴射泵86供應燃料。吸入腔84流體連接到饋送通道66和輸送通道62。在饋送通道66的下端處包括出口開口，經由其可以用如此方式將例如水或空氣這樣的流體弓I入到吸入腔84中，從而使得在那裡產生攜帶著鬆開的鑽屑徑向向內的流動。在吸入腔84的中心區域中，通過輸送通道62中的向上取向流動，將鬆開的鑽屑向上拉出。以下，描述了用於在湖、海或河流的基床上產生孔的發明的鑽探方法。最初，藉助於索纜(未示出)將包括導管22的服務平臺20從布置在水表面上的例如浮動平臺或船這樣的支承構件而放下，並且直立在湖、海或河流的基床上。然後定向服務平臺20，且還可以將其固定到底部。在已將服務平臺20布置在湖、海或河流的基床上的想要的方向上之後，利用鑽探驅動器50、鑽杆60和鑽頭80將鑽探單元引入到導管22中。鑽杆60由鑽探驅動器50來旋轉驅動。通過鑽探的進行，鑽探驅動器50沿導管22向下行進。一旦鑽探驅動器50已到達導管22的下端，就可以沿所形成的孔在導管22上鑽孔，其中鑽探驅動器50在導管22的上端方向上再次移動。然後，鑽探驅動器50可以沿導管22再次向下移動，由此再次挖掘泥土材料。因而鑽探驅動器50可以在服務平臺20的導管22中鑽入所產生的孔中。藉助於在輸送通道62中生成的向上取向的流動將挖掘的泥土向上輸送，且然後藉助於排放開口 69而排放到水中。可以用不同的方式在輸送通道62中產生向上取向的流動。例如，氣體，特別是空氣，可以被吹入到輸送通道中，從而使得減少了輸送通道62中的輸送流體的密度，且因而產生向上取向的流動。替代地或補充地，有可能將輸送流體向上泵送到輸送通道62中，由此這可以例如通過吸入泵74或噴射泵86而發生。通過將水下鑽探裝置10與在水表面處所提供的支承構件相連接的所謂的臍帶纜，可以向泵供應液壓流體或燃料。優選地也可以從水表面以上經由臍帶纜提供將要弓I入到輸送通道62中的空氣。
權利要求
1.關於在水體的基床上形成孔的水下鑽探裝置，具有 服務平臺，可以將其放下以用於放置在該水體的基床上， 鑽探驅動器，安裝成使得其可以在該服務平臺上軸向移位，和 帶有鑽頭的鑽杆，其可以經由該鑽探驅動器而可旋轉地受驅動， 其中 在該鑽杆中形成輸送通道，通過其可以將輸送流體與挖掘的鑽屑一起向上輸送，和提供用於將該輸送流體和該挖掘的鑽屑一起輸送的排放開口，經由其可以將該輸送流體與該鑽探驅動器上面的挖掘的鑽屑一起排放到水下。
2.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 通過該鑽探驅動器弓1導該鑽杆。
3.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 用於將該輸送流體和該鑽屑一起噴出的噴出線布置在該鑽探驅動器的上面。
4.根據權利要求3所述的水下鑽探裝置， 其中 該噴出線設計成可伸縮。
5.根據權利要求3所述的水下鑽探裝置， 其中 該噴出線具有彎頭，其使得帶有該挖掘的鑽屑的該輸送流體偏斜以用於在相對於該鑽杆偏移的位置處噴出到橫向。
6.根據權利要求3所述的水下鑽探裝置， 其中 該噴出線相對於該鑽杆和/或該鑽探驅動器和/或該服務平臺而旋轉安裝。
7.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 單向閥布置在該排放開口的區域中。
8.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 為了在該輸送通道中生成沿該鑽杆的向上取向的流動，提供用於壓縮氣體的饋送通道，從其中可以將該壓縮氣體饋送給該輸送通道。
9.根據權利要求8所述的水下鑽探裝置， 其中 提供饋送線，其將該饋送通道連接到該湖、海或河流的水表面上的輸送單元，具體地是壓縮機。
10.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 為了在該輸送通道中生成向上取向的流動，提供泵，具體地是吸入泵和/或噴射泵。
11.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置，其中 該鑽杆形成為套管，其中形成用於該輸送流體和/或壓縮氣體的該輸送通道和饋送通道。
12.根據權利要求11所述的水下鑽探裝置， 其中 該鑽頭包括流體連接到該輸送通道和該饋送通道的吸入腔。
13.根據權利要求11所述的水下鑽探裝置， 其中 該饋送通道包括下出口開口，其徑向向外開口進入該吸入腔，以及在那裡產生徑向向外取向的流動，以及 該吸入腔包括偏斜構件，其在該輸送通道的方向上產生了攜帶著挖掘的鑽屑的該徑向向外取向的流動到徑向向內取向的流動的偏斜。
14.關於利用用具體地根據權利要求1所述的水下鑽探裝置在該水體的基床上形成孔的方法，其中 將該水下鑽探裝置的服務平臺放下到該水體的基床上，以及利用底部站立元件放置在所述水體的所述基床上，和 帶有鑽頭的鑽杆經由安裝在該服務平臺上的鑽探驅動器來旋轉驅動， 其中 挖掘的鑽屑與輸送流體一起通過該鑽杆中的輸送通道而向上輸送，以及經由該鑽探驅動器上面的排放開口而排放到水下。
全文摘要
本發明涉及用於在湖、海或河流的基床上形成孔的水下鑽探裝置，具有服務平臺，可以將其放下放以用於置在湖、海或河流的基床上；鑽探驅動器，安裝成使得其可在服務平臺上軸向移位；和帶有鑽頭的鑽杆，其可以經由鑽探驅動器而旋轉驅動。提出在鑽杆中形成一種輸送通道，通過其可以將輸送流體與挖掘的鑽屑一起向上輸送，以及提供用於將流體與挖掘的鑽屑一起輸送的排放開口，經由其可以將輸送流體與鑽探驅動器上面的挖掘的鑽屑一起排放到水下。本發明還涉及用於在湖、海或河流的基床上形成孔的方法。
文檔編號E21B7/132GK103089151SQ201210392789
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者T·包爾, S·M·芬肯策勒 申請人:包爾機械有限公司