一种适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置

技术领域

本发明涉及海洋勘探钻井技术领域，尤其涉及一种适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置。

背景技术

海上勘探与陆上勘探相比，其技术要求高、资金投入多、风险因素大，但海洋中油气勘探的预期报酬也大。

海洋勘探、钻井的过程与陆上勘探、钻井的过程相同，均是采用多根钻杆依次拼接的方式，将钻头送至预定位置，在钻头的转动以及钻杆的重力下，实现打孔的功能。

然而，海洋资源勘探、钻井的钻孔环境不同，钻头需下潜至海底后，才能开始钻孔作业，当钻头出现损坏后需要更换钻头时，钻头从海底提升至水面相较于陆地勘探、钻井需要耗费额外的工作和时间，钻头更换不易。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置，用以解决当钻头出现损坏后需要更换钻头时，钻头从海底提升至水面相较于陆地勘探、钻井需要耗费额外的工作和时间，钻头更换不易的问题。

本发明提供一种适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置，用于海上作业平台，包括吊机、吊杆以及至少一个更换组件，所述吊杆的顶端与所述吊机的输出端连接，所述吊杆的底端延伸至海底；至少一个所述更换组件均包括固定座、两个抱合件，所述固定座与所述吊杆的底端沿所述吊杆的周向转动连接，用以调整两个抱合件相对于钻铤的位置，所述固定座与所述吊杆的底端沿垂直于所述吊杆方向滑动连接，用以调整两个抱合件相对于钻铤的距离，两个所述抱合件分别设置于所述固定座沿其滑动方向的两端，其中一所述抱合件用以抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，另一所述抱合件用以抱合更换的钻头、并将更换的钻头拧入钻铤上。

进一步的，所述更换组件还包括第一驱动件，所述第一驱动件用以驱动所述固定座转动以及滑动；

所述第一驱动件包括滑板和第一油缸，所述滑板与所述吊杆的底端固定连接，所述固定座沿两个所述抱合件连线的方向与所述滑板滑动连接，所述第一油缸的一端与所述滑板固定连接，所述第一油缸的另一端与所述固定座连接，用以驱动所述固定座滑动，所述固定座经由所述吊杆的转动而转动。

进一步的，所述抱合件均包括相对设置的两个半环形支撑座、两个半环形转板，两个所述半环形支撑座与所述固定座活动连接，两个所述半环形支撑座可移动至第一位置和第二位置，当两个所述半环形支撑座移动至第一位置时，两个所述半环形支撑座对接形成第一环形结构，用以抱合损坏的钻头或更换的钻头，两个所述半环形转板对接形成第二环形结构，第二环形结构与所述第一环形结构同轴转动连接，所述第二环形结构的内壁上设置有用于与损坏的钻头或更换的钻头的配合卡接的至少一个凸起，经由所述第二环形结构的转动，用以将损坏的钻头从钻铤上拧下或将更换的钻头拧入钻铤上，当两个所述半环形支撑座移动至第二位置时，两个所述半环形支撑座之间间隔设置，两个所述半环形转板之间间隔设置，用以释放损坏的钻头或更换的钻头。

进一步的，所述更换组件还包括两个第二驱动件，两个第二驱动件均与所述固定座连接，两个所述第二驱动件的输出端分别与两个所述抱合件中的两个所述半环形支撑座连接，用以驱动每个所述抱合件中的两个所述半环形支撑座在第一位置和第二位置之间移动；

两个所述第二驱动件均包括相对设置的两个连杆和第二油缸，两个所述连杆的一端均与所述固定座铰接，两个所述连杆的另一端分别与所述抱合件中的两个所述半环形支撑座固定连接，所述第二油缸的两端分别与两个所述连杆滑动铰接。

进一步的，两个所述半环形转板的外壁均设置有多个半环形齿，当两个半环形转板对接形成所述第二环形结构时，两个所述半环形转板上的多个半环形齿形成一环形齿条，所述更换组件还包括第三驱动件，所述第三驱动件的输出端与所述环形齿条连接，用以驱动所述环形齿条连带所述第二环形结构上的凸起同步转动；

所述第三驱动件包括旋转油缸和齿轮，所述旋转油缸与其中一所述半环支撑座固定连接，所述旋转油缸的输出端与所述齿轮连接，所述齿轮与所述环形齿条啮合连接。

进一步的，所述抱合件中的两个所述半环形支撑座靠近所述半环形转板的一侧均开设有弧形槽，两个所述半环形转板的底部均固定连接有滑块，当两个所述半环形支撑座移动至第一位置时，两个所述弧形槽对接形成环形槽，两个所述滑块与所述环形槽滑动连接，当两个所述半环形支撑座移动至第二位置时，两个所述弧形槽之间间隔设置，两个所述滑块分别与两个所述弧形槽滑动连接。

进一步的，还包括一锁止件，所述锁止件与所述半环形支撑板连接，当两个所述半环形支撑座移动至第一位置时，所述锁止件的输出端与两个半环形转板间隔设置，当两个所述半环形支撑座移动至第二位置时，所述锁止件的输出端与两个半环形转板抵接。

进一步的，所述锁止件包括与多个弧形槽一一对应的多个第一弹性板以及多个第二弹性板，所述第一弹性板和多个第二弹性板设于对应的所述弧形槽的两端，所述第一弹性板和所述第二弹性板均沿所述滑块在所述弧形槽内的转动方向倾斜向上设置。

进一步的，所述半环形支撑座位于所述弧形槽内开设有凹槽，所述第一弹性板和/或所述第二弹性板可转动至完全内嵌于所述凹槽中。

进一步的，所述更换组件的数量为多个，多个所述更换组件沿所述吊杆的长度方向依次布置，多个所述抱合件在水平面上的投影沿所述吊杆周向依次布置。

与现有技术相比，吊杆的顶端与吊机的输出端连接，吊杆的底端延伸至海底，通过控制吊杆相对于勘探钻井组件水平方向的位置，从而可以控制与吊杆相连接的更换组件的相对于待更换的钻头的位置，在勘探或钻井的过程中，若无法进行向下挖掘，并经过检测后发现钻头需要更换时，通过设置固定座与吊杆的底端沿吊杆的周向转动连接，用以调整两个抱合件相对于钻铤的位置，固定座与吊杆的底端沿垂直于吊杆方向滑动连接，用以调整两个抱合件相对于钻铤的距离，两个抱合件分别设置于固定座沿其滑动方向的两端，在固定座的移动下，首先，提升损坏的钻头与抱合件位于同一水平高度处，带动其中一抱合件抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，通过转动吊杆使另一抱合件将所抱合的更换的钻头移动至钻铤下方、并将更换的钻头拧入钻铤上，从而完成了钻头更换的过程，海底维修作业有效的减少了钻头需要提升的高度，极大缩短更换钻头的工期，取代了传统必须将钻头提升至水面上的繁琐过程，省时省力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中整体的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中更换组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中两个半环形支撑座对接的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中两个半环形转板对接的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中第一弹性板与滑块位于弧形槽中的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中第二弹性板与滑块位于弧形槽中的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中两个更换组件与吊杆连接的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置中四个更换组件与吊杆连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1-2所示，本发明提供的一种适用于海洋勘探、钻井的钻头更换装置，用于海上作业平台100，包括吊机200、吊杆300以及至少一个更换组件400，吊杆300的顶端与吊机200的输出端连接，吊杆300的底端延伸至海底；至少一个更换组件400均包括固定座410、两个抱合件420，固定座410与吊杆300的底端沿吊杆300的周向转动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的位置，固定座410与吊杆300的底端沿垂直于吊杆300方向滑动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的距离，两个抱合件420分别设置于固定座410沿其滑动方向的两端，其中一抱合件420用以抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，另一抱合件420用以抱合更换的钻头、并将更换的钻头拧入钻铤上。

需要说明的是，本申请中的钻头更换装置为独立于勘探、钻井装置外的结构，如图1中所示，在海上作业平台100设置用勘探钻井组件500，用以实现勘探或钻井作业，在其旁侧设置本申请中的钻头更换装置。

实施时，吊杆300的顶端与吊机200的输出端连接，吊杆300的底端延伸至海底，通过控制吊杆300相对于勘探钻井组件500水平方向的位置，从而可以控制与吊杆300相连接的更换组件400的相对于待更换的钻头的位置，在勘探或钻井的过程中，若无法进行向下挖掘，并经过检测后发现钻头需要更换时，通过设置固定座410与吊杆300的底端沿吊杆300的周向转动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的位置，固定座410与吊杆300的底端沿垂直于吊杆300方向滑动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的距离，两个抱合件420分别设置于固定座410沿其滑动方向的两端，在固定座410的移动下，首先，提升损坏的钻头与抱合件420位于同一水平高度处，带动其中一抱合件420抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，通过转动吊杆300使另一抱合件420将所抱合的更换的钻头移动至钻铤下方、并将更换的钻头拧入钻铤上，从而完成了钻头更换的过程，海底维修作业有效的减少了钻头需要提升的高度，极大缩短更换钻头的工期，取代了传统必须将钻头提升至水面上的繁琐过程，省时省力。

上面所阐述的海上作业平台100可用于资源勘探或资源采集作业，当用于资源勘探时，海上作业平台100为勘探船只，当用于资源采集时，海上作业平台100为海上钻井平台。即本申请中的钻头更换装置适用于海上资源勘探、采集的环境中。

本实施方案中的吊机200为资源勘探、钻井常见的结构，用以提高起到吊杆300的作用，同时通过吊机200的吊臂的转动，可带动吊杆300转动，在此不再过多的阐述和说明。

本实施方案中吊杆300的结构与钻杆520结构相同，为多根拼接所形成的结构，为本领域技术人员可以想到的结构，在此不再过多的阐述和说明。

本实施方案中的更换组件400用于将钻铤上损坏的钻头拧下，同时将更换的钻头拧入钻铤中，从而完成更换钻头的过程。具体的，至少一个更换组件400均包括固定座410、两个抱合件420，固定座410与吊杆300的底端沿吊杆300的周向转动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的位置，固定座410与吊杆300的底端沿垂直于吊杆300方向滑动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的距离，两个抱合件420分别设置于固定座410沿其滑动方向的两端，其中一抱合件420用以抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，另一抱合件420用以抱合更换的钻头、并将更换的钻头拧入钻铤上。

如图2所示，为了实现上述固定座410的转动以及滑动，在一个实施例中，更换组件400还包括第一驱动件430，第一驱动件430用以驱动固定座410转动以及滑动。其中，第一驱动件430包括滑板431和第一油缸432，滑板431与吊杆300的底端固定连接，固定座410沿两个抱合件420连线的方向与滑板431滑动连接，第一油缸432的一端与滑板431固定连接，第一油缸432的另一端与固定座410连接，用以驱动固定座410滑动，固定座410经由吊杆300的转动而转动。

当然，在其它实施例中，还可以采用其他形式的结构来带动固定座410的转动以及滑动，本发明实施例对此不做限定。

如图2-4所示，为了实现将损坏的钻头从钻铤上拧下或将更换的钻头拧入钻铤上的功能，在一个实施例中，抱合件420均包括相对设置的两个半环形支撑座421、两个半环形转板422，两个半环形支撑座421与固定座410活动连接，两个半环形支撑座421可移动至第一位置和第二位置，当两个半环形支撑座421移动至第一位置时，两个半环形支撑座421对接形成第一环形结构，用以抱合损坏的钻头或更换的钻头，两个半环形转板422对接形成第二环形结构，第二环形结构与第一环形结构同轴转动连接，第二环形结构的内壁上设置有用于与损坏的钻头或更换的钻头的配合卡接的至少一个凸起423，经由第二环形结构的转动，用以将损坏的钻头从钻铤上拧下或将更换的钻头拧入钻铤上，当两个半环形支撑座421移动至第二位置时，两个半环形支撑座421之间间隔设置，两个半环形转板422之间间隔设置，用以释放损坏的钻头或更换的钻头。

如图2所示，为了便于驱动每个抱合件420中的两个半环形支撑座421在第一位置和第二位置之间移动，在一个实施例中，更换组件400还包括两个第二驱动件440，两个第二驱动件440均与固定座410连接，两个第二驱动件440的输出端分别与两个抱合件420中的两个半环形支撑座421连接，用以驱动每个抱合件420中的两个半环形支撑座421在第一位置和第二位置之间移动。其中，两个第二驱动件440均包括相对设置的两个连杆441和第二油缸442，两个连杆441的一端均与固定座410铰接，两个连杆441的另一端分别与抱合件420中的两个半环形支撑座421固定连接，第二油缸442的两端分别与两个连杆441滑动铰接。

当然，在其它实施例中，还可以采用其他形式的结构来驱动每个抱合件420中的两个半环形支撑座421在第一位置和第二位置之间移动，本发明实施例对此不做限定。

为了能够实现第二环形结构上的凸起423转动，从而将损坏的钻头从钻铤上拧下或将更换的钻头拧入钻铤上的功能。在一个实施例中，两个半环形转板422的外壁均设置有多个半环形齿，当两个半环形转板422对接形成第二环形结构时，两个半环形转板422上的多个半环形齿形成一环形齿条424，更换组件400还包括第三驱动件450，第三驱动件450的输出端与环形齿条424连接，用以驱动环形齿条424连带第二环形结构上的凸起423同步转动。其中，第三驱动件450包括旋转油缸和齿轮，旋转油缸与其中一半环支撑座固定连接，旋转油缸的输出端与齿轮连接，齿轮与环形齿条424啮合连接。

当然，在其它实施例中，还可以采用的方式来带动第二环形结构相对于第一环形结构的同轴转动，本发明实施例对此不做限定。

为了实现上述第二环形结构相对于第一环形结构的同轴转动的功能，在一个实施例中，抱合件420中的两个半环形支撑座421靠近半环形转板的一侧均开设有弧形槽，两个半环形转板的底部均固定连接有滑块425，当两个半环形支撑座421移动至第一位置时，两个弧形槽对接形成环形槽426，两个滑块425与环形槽426滑动连接，当两个半环形支撑座421移动至第二位置时，两个弧形槽之间间隔设置，两个滑块425分别与两个弧形槽滑动连接。

由于需要抱合钻头，两个半环形支撑座421需要移动至第二位置，以使钻头进入到两个环形支撑座之间，此时，两个半环形转板422易从弧形槽中滑出。为了解决上述问题，在一个实施例中，还包括一锁止件，锁止件与半环形支撑板连接，当两个半环形支撑座421移动至第一位置时，锁止件的输出端与两个半环形转板422间隔设置，当两个半环形支撑座421移动至第二位置时，锁止件的输出端与两个半环形转板422抵接。

如图3和图5-6所示，其中，锁止件包括与多个弧形槽一一对应的多个第一弹性板427以及多个第二弹性板428，第一弹性板427和多个第二弹性板428设于对应的弧形槽的两端，第一弹性板427和第二弹性板428均沿滑块425在弧形槽内的转动方向倾斜向上设置。第一弹性板427和第二弹性板428可有效避免滑块425滑出弧形槽中，同时，只有在第三驱动件450的外力驱使下，滑块425才能随着第二环形结构的转动破碎第一弹性板427和第二弹性板428弹性形变，以使滑块425穿过第一弹性板427和第二弹性板428的拦截。

为了使滑块425滑动顺畅，在一个实施例中，半环形支撑座421位于弧形槽内开设有凹槽429，第一弹性板427和/或第二弹性板428可转动至完全内嵌于凹槽429中。

当然，在其它实施例中，锁止件还可以采用其他形式的结构来防止半环形转板422从弧形槽中滑出，本发明实施例对此不做限定。

为了能够提高钻头更换次数，减少上下钻的次数，节省时间，在一些实施例中，更换组件400的数量为多个，多个更换组件400沿吊杆300的长度方向依次布置，多个抱合件420在水平面上的投影沿吊杆300周向依次布置。

如图7所示，更换组件400的数量为两个，可以更换三次钻头，如图8更换组件400的数量为四个，可以更换七次钻头，具体的，其中一抱合件420需要空载，用以将损坏的钻头取下，其余的抱合件420可预先放置待更换的钻头。

本申请中的钻头530更换装置与勘探钻井组件500配合使用，其中，勘探钻井组件500通常包括吊拉器510(与吊机200结构相似)、钻杆520(与吊杆300结构相似)钻头530、防喷器540以及钻铤，吊拉器510固定于海上作业平台100上，钻杆520的最顶端与吊拉器510的输出端连接，钻杆520的最底端穿过防喷器540、并经由钻铤与钻头530连接，钻头530使用一段时间后损坏，通过吊拉器510使钻头530移出至防喷器540顶部，再通过本申请中的钻头530更换装置进行更换即可。

需要说明的是，本申请中的第一油缸432、第二油缸442以及旋转油缸的控制原理与防喷器540的控制原理相同，为本领域技术人员可以想到的结构，在此不再做过多的阐述和说明。

与现有技术相比：吊杆300的顶端与吊机200的输出端连接，吊杆300的底端延伸至海底，通过控制吊杆300相对于勘探钻井组件500水平方向的位置，从而可以控制与吊杆300相连接的更换组件400的相对于待更换的钻头的位置，在勘探或钻井的过程中，若无法进行向下挖掘，并经过检测后发现钻头530需要更换时，通过设置固定座410与吊杆300的底端沿吊杆300的周向转动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的位置，固定座410与吊杆300的底端沿垂直于吊杆300方向滑动连接，用以调整两个抱合件420相对于钻铤的距离，两个抱合件420分别设置于固定座410沿其滑动方向的两端，在固定座410的移动下，首先，提升损坏的钻头与抱合件420位于同一水平高度处，带动其中一抱合件420抱合损坏的钻头、并将损坏的钻头从钻铤上拧下，通过转动吊杆300使另一抱合件420将所抱合的更换的钻头移动至钻铤下方、并将更换的钻头拧入钻铤上，从而完成了钻头530更换的过程，海底维修作业有效的减少了钻头530需要提升的高度，极大缩短更换钻头530的工期，取代了传统必须将钻头530提升至水面上的繁琐过程，省时省力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。