用於在水體的基床上鑽孔的水下鑽探裝置和方法

2023-05-02 08:49:16

專利名稱：用於在水體的基床上鑽孔的水下鑽探裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用於在水體或水域的基床(bed)中形成孔的水下鑽探裝置和方法。
背景技術：
例如，可以使用這樣一種鑽探裝置來產生用於海上風力工廠的基礎或用於潮汐能發電廠的水下渦輪。GB 2469190A公開了一種鑽探方法，其中首先將服務平臺放置在如湖、海或河流之類水體的基床上。帶有接納漏鬥元件的導管布置在服務平臺上。將鑽具引入到導管中，然後放下到湖、海或河流的基床上以執行鑽探。從EP 23 22 724 Al中已知另外一種方法。在此水下鑽探裝置中，多個套筒狀導管布置在服務平臺上，其中已經布置了一種管狀基礎元件。管狀基礎元件經由放置就位的鑽探驅動器而擰緊，在已經創建鑽孔之後所述鑽探驅動器從基礎元件鬆開/釋放。在這些已知的鑽探裝置中，在服務平臺上布置導管。由此限制了引導長度。

發明內容
本發明的目的是指示出用於在水體的基床中形成孔的水下鑽探裝置和方法，其中可以位置特別精確地並且可靠地形成孔。一方面，通過一種具有權利要求1特徵的水下鑽探裝置而實現該目的。另一方面，通過具有權利要求9特徵的方法而實現該目的。在各個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，包括服務平臺，可以將其放下以用於定位在水體的基床上；導管，其安裝在服務平臺上，從而使得它可以旋轉和被軸向移動以及調節；帶有鑽頭的鑽杆，其布置在導管內、且可以經由鑽探驅動器驅動；和導管驅動器，其布置在服務平臺上，用於將導管引入如湖、海或河流之類水體的基床中，其中導管包括滑動支承構件，用於減少導管插入期間在導管的外殼表面與湖、海或河流的基床的泥土材料之間產生的摩擦。本發明的核心思想在於將導管至少部分地引入到湖、海或河流的基床內。為此，提供它自己的導管驅動器，利用其則可以旋轉所述導管和/或將其壓下到湖、海或河流的基床中。通過垂直振動或撞擊運動，也可以發生插入。因而隨後引導所述導管進入湖、海或河流的基床上是可能的，從而更長以及更好地引導鑽具。由此滑動支承構件具有使導管的準確插入更容易的功能。特別地，在導管的旋入期間，因而，避免了由於導管的外殼表面與湖、海或河流的基床之間的摩擦而導致的服務平臺相對於導管旋轉的風險。因而減少了服務平臺的直立腳上的扭矩支承必須消耗的力。另外，改進了服務平臺與水體的基床的錨定。優選地，鑽探驅動器布置在鑽探管的內部，以及可以軸向移位和固定。根據本發明的實施例，提供滑動支承構件，包括至少一個饋送構件，用於饋送一種減少摩擦的流體到導管的外殼表面的區域中。饋送構件具有將所使用的減少摩擦的流體直接輸送到介於導管的外殼表面與湖、海或河流的基床的泥土之間的所需要區域中的功能。例如，饋送構件可以配置為一種沿導管延伸的管狀線系統。為了減少摩擦，可以使用合適的流體，例如含油液體、氣體或還有例如斑脫土這樣的非牛頓液體。此外，優選地，饋送構件包括了布置在導管內的至少一個供應線，以及包括了在導管的壁內的至少一個出口開口。在此裝置中，通過導管的壁保護了供應線。供應線由此可以在導管的內部空間中延伸，或者也可以被合併到導管的凹槽中。所述至少一個供應線連接到一個或多個出口開口，經由其可以將流體徑向排放到外殼表面的區域中。出口開口可以延伸到導管的整個區域，但是出口開口優選地基本上布置在導管的下部區域中。出口開口也可以形成為噴嘴或類似物，以便在壓力下排出減少摩擦的流體。出口開口不必直接連接到供應線，而是作為替代也可以經由通道(passage channel)而連接到供應線，所述通道通過導管在徑向上向外部延伸。優選地提供連接到所述至少一個供應線的流體容器。例如流體容器可以在服務平臺上或導管的上部區域中提供，或定位成與供應船上的服務平臺遠離。流體容器也可以包括多個分離的腔，其填充了根據需要引入到供應線內的不同流體。根據本發明的優選實施例，提供至少一個泵，利用其可以將流體從流體容器輸送到出口開口。通過所述至少一個泵，可以產生所需要的壓力，利用其可以將流體從出口開口排出。位移泵或流量泵可以作為泵使用。根據本發明，在導管的下邊緣的區域中具有切削構件是有利的。切削構件具有便利導管插入水的基床中的功能。切削構件優選地配置為一種帶有多個切削齒的環形齒輪，其利用導管的左或右旋轉而切入地面。根據本發明提供用於流體的至少一個出口開口，其布置在緊鄰著切削構件的附近區域中。由此在導管的下邊緣處直接排放流體，由此最優地利用摩擦減少效果/效應。出口開口可以橫向布置在導管上以及徑向指向外，或者也可以布置在切削齒之上或也可布置在切削齒之間、在下端處。根據本發明的另一實施例，滑動支承構件包括了布置在導管外側上的耐摩塗層。例如，外側可以具備聚四氟乙烯塗層，由此減少了在地面材料與導管的旋轉外側之間所產生的摩擦。也可以使用其他塗層，諸如減少摩擦的金屬合金或碳纖維增強塑料。因而，當導管沒有用於此的必需的另一構件時，獲得了釋放/解放(unleash)它的減少摩擦效果的被動(passive)的滑動支承。特別地，此被動的滑動支承可以與減少摩擦的流體的添加相結合，以便獲得高的減少摩擦的效果。通過用於在水體的基床上鑽孔的方法，特別是利用一種水下鑽探裝置，也實現了開始時提及的目的，其中將帶有導管的服務平臺放下並且定位於水體的基床上，其中帶有鑽頭的鑽杆被布置在導管中以及受軸向引導，其中藉助於鑽探驅動器來旋轉驅動了鑽杆，導管插入水體的基床中，以及藉助於布置在導管上的滑動支承而減少了當導管導入時在導管的外殼表面與水體的基床的泥土材料之間所產生的摩擦。優選地，導管通過導管驅動器旋轉和/或軸向壓下到水的基床中。通過由平行於導管縱向延伸的導管驅動器所觸發的振動，可以支承所述導管的插入。導管旋轉方向優選地適合於切削構件的功能模式，以及可以經由引導驅動器而被順時針或逆時針旋轉。根據本發明，滑動支承構件包括饋送構件，利用其將流體插入介於導管的外殼表面與周圍泥土材料之間的區域中，以便減少磨擦。優選地使用斑脫土作為流體，由此其在鑽探過程之後變硬，且因而可以用作所產生的鑽孔的支承液體，由此這有助於安裝隨後的樁基礎。


以下通過使用在附圖中示意地示出的優選示例性實施例更詳細地解釋了本發明，其中圖1示出根據本發明的水下鑽探裝置的側視圖；圖2是滑動支承的導管的詳細視圖；圖3是本發明的滑動支承的放大視圖。
具體實施例方式圖1中示出了用於在水體的基床上形成孔的根據本發明的水下鑽探裝置的主要結構。服務平臺30包括基礎主體20，在其上固定多個支承杆22，在該支承杆22上布置了用於定位在如湖、海或河流之類水體的基床上的支承腳24。為了形成孔，將服務平臺30放下到湖、海或河流的基床上，且隨後利用支承腳24而放置在湖、海或河流的基床上。支承腳24或直立腳被設計成可調節的，以便補償湖、海或河流的基床上的不平，由此可以將服務平臺30放到所需的鑽探位置。在基礎主體20的中間存在著凹槽32，在其中插入導管。將導管40安裝成相對於基礎主體20是旋轉的並且軸向可移動的。為了相對於服務平臺30旋轉所述導管40，在基礎主體的下部區域中布置了一種引導驅動器36。引導驅動器36包括一種可以藉助於水平/臥式缸38而旋轉的液壓可夾持夾頭37。另外，也可以利用豎直/立式缸39嚮導管40施加垂直力。在導管的上部區域中，布置了饋送漏鬥47，其便利了插入和隨後的鑽具44的插入，該鑽具44經由電纜絞車從供應船(未示出)中放下。鑽具44包括了圓柱形鑽杆45，在其下端上布置了鑽頭50。經由供應通道51發生了向鑽具44供應能量、衝洗液體或還有例如混凝土這樣的可硬化的物質，利用所述供應通道51則所述鑽具44連接至供應船。服務平臺30也經由電纜組件(未示出)連接到供應船，以及由此被供應能量。圖2示出帶有所引入的鑽具44的導管40的詳細視圖。在鑽具44的下端處，布置了用於處理石頭或巖石材料的鑽頭50。在鑽頭50的上方,存在著固定到鑽杆45上的負載板89，並且其通過他們的重量而增加了鑽頭50上的負載。鑽杆沿布置在導管40的內殼表面上的為此設置的導管軌道58、在導管40內軸向移動。服務平臺30 —放下到湖、海或河流的基床上的所需位置、以及經由支承腳24而被放入穩定的位置，然後就馬上將導管40插入湖、海或河流的基床中。鑽探驅動器43以軸向可移位和可固定的方式在導管40內安裝以及受引導。鑽探驅動器43包括了向鑽杆45傳遞扭矩的液壓驅動器。首先，導管40鑽入水體的基床達到第一深度，而同時帶有鑽杆50的鑽探驅動器43被固定在導管40中的其上部位置，如圖1所示。隨後，鑽頭50鑽到孔洞的完鑽深度，然後鑽探驅動器43向下移動，而同時固定所述導管40。如圖2所示，帶有鑽頭50的鑽杆45向下延伸超出鑽探管40。藉助於引導驅動器36將導管40設置成相對於服務平臺30的基礎主體20旋轉，其中布置在導管40的下邊緣上的切削構件82旋入地面中。通過供應斑脫土的滑動支承構件60，減少了已經進入地面中的導管部分的外殼表面與地面材料之間所產生的摩擦。在圖3中放大地再次示出圖2中的滑動支承構件60的區域。在下導管部分72中，導管40的直徑減少，由此產生實質上矩形的缺口 73。在缺口 73的區域中，導管40包括向下定向的壁開口 74，在其上布置了饋送構件65的出口開口 75。出口開口 75布置成緊鄰在切削構件82的上方附近。出口開口 75連接到饋送構件65，由此藉助於泵78經由供應線70從流體容器68輸送斑脫土。供應線70布置在導管40的壁65的內側上。斑脫土由此充當滑動構件，以便減少外殼表面54區域中的摩擦。由於減少了摩擦力，則作用在布置於基礎主體20上的支承腳24上的用於導管40的扭矩支承的力減少。由此可以將導管40更深地插入湖、海或河流的基床中，而沒有由於扭矩支承引起的整個服務平臺的共同旋轉。由於深深插入的導管40，可以實現服務平臺30與湖、海或河流的基床的穩定地錨定，由此便利了位置精確的鑽探。
權利要求
1.用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定位在該水體的基床上， 導管，安裝其從而使得它可以旋轉和軸向移動並且固定在該服務平臺上， 帶有鑽頭的鑽杆，其布置在該導管內，以及可以經由鑽探驅動器驅動，和 導管驅動器，其布置在該服務平臺上以用於將該導管插入該水體的基床內， 其中該導管包括滑動支承構件，用於減少在插入該導管期間在該導管的外殼表面與該水體的基床的泥土材料之間所產生的摩擦。
2.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 該滑動支承構件包括至少一個饋送構件，用於饋送減少摩擦的流體到該導管的外殼表面的區域中。
3.根據權利要求2所述的水下鑽探裝置， 其中 該饋送構件包括至少一個供應線，其布置在該導管內，以及包括位於該導管的壁上的至少一個出口開口。
4.根據權利要求3所述的水下鑽探裝置， 其中 提供連接到該至少一個供應線的流體容器。
5.根據權利要求4所述的水下鑽探裝置， 其中 提供至少一個泵，利用其可以將流體從該流體容器輸送到該出口開口。
6.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 該導管包括位於它的下邊緣的區域中的切削構件。
7.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 在緊鄰該切削構件的附近布置用於流體的至少一個出口開口。
8.根據權利要求1所述的水下鑽探裝置， 其中 該滑動支承構件包括布置在該導管的外側上的抗摩擦塗層。
9.用於在水體的基床上形成孔的方法，特別是利用根據權利要求1所述的水下鑽探裝置，其中利用導管放下服務平臺，然後將其定位在該水體的基床上， 其中 在該導管中布置以及軸向引導帶有鑽頭的鑽杆，其中該鑽杆藉助於鑽探驅動器而可旋轉地驅動， 該導管插入該水體的基床中，以及 藉助於布置在該導管上的滑動支承構件，在插入該導管時，減少了在該導管的外殼表面與該水體的基床的泥土材料之間所產生的摩擦。
10.根據權利要求9所述的用於形成孔的方法，其中 藉助於該引導驅動器將該導管旋轉和/或軸向壓下到該水體的基床內。
11.根據權利要求8所述的用於形成孔的方法， 其中 該滑動支承構件包括饋送構件，利用其將流體插入介於該導管的外殼表面與周圍泥土材料之間的區域中，以便減少該摩擦。
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和方法，具有服務平臺，可以將其放下以用於定位在湖、海或河流的基床上；導管，安裝其以使得它可以旋轉、軸向移動並且固定在服務平臺上；帶有鑽頭的鑽杆，其布置在導管中且可以經由鑽探驅動器而驅動；和導管驅動器，其布置在服務平臺上，用於將導管插入到湖、海或河流的基床中。為了減少在插入導管時導管的外殼表面與湖、海或河流的基床的泥土材料之間所產生的摩擦，導管具有滑動支承構件。
文檔編號E21B17/10GK103015896SQ201210392750
公開日2013年4月3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