一种用于海洋地质调查开发的钻探设备及钻探方法与流程

本发明涉及海洋地质调查，具体涉及一种用于海洋地质调查开发的钻探设备及钻探方法。

背景技术：

1、海洋是一座巨大的资源宝库，从滨岸浅海经大陆架、大陆坡和陆隆至深海大洋分布着滨海砂矿、石油和天然气、磷钙土、多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物；及未来的替代新能源甲烷气水合物等，将为人类提供可持续使用的矿产资源。

2、海洋区域地质调查，如同陆上区域地质调查一样，是国家地质工作的重要组成部分，是一个国家海洋地质工作程度的标志，也是海洋地质矿产勘查、地质环境保护等项工作的基础，是政府主持的基础性、公益性、战略性地质工作的重要内容之一；海洋地质调查过程中需要利用钻探设备进行海底钻探，然后进行取样调查和研究；

3、然而，现有的海洋地质调查钻探设备，需要专用的钻探船辅助完成，钻探难度较大，而且经济投入较高，不利于海洋地质研究工作的开展。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种用于海洋地质调查开发的钻探设备及钻探方法。

2、本发明的技术方案为：一种用于海洋地质调查开发的钻探设备，包括上端面设置有挂耳、下底面设置有配重盘的箱体、滑动卡接在箱体内部的推进组件和套设在推进组件上的钻探组件；

3、推进组件包括滑动卡接在箱体内部上端的升降盘、依次竖直贯穿升降盘和箱体的推进套管和设置在箱体内底部且为升降盘提供动力的推进电机；推进电机的输出轴上设置有与升降盘螺纹连接的升降丝杠；

4、钻探组件包括转动卡接在推进套管下端且位于箱体外部的钻探头、套设在推进套管内部且下端与钻探头连接的钻探轴杆和设置在推进套管上用于为钻探轴杆提供动力的驱动构件；推进套管周向等距分布有数个齿轮槽；钻探头下底面等距分布有数个钻探刀具；驱动构件包括套设在推进套管上且与齿轮槽位置对应的驱动箱、转动卡接在驱动箱内部的驱动齿套、设置在驱动箱内部且输出轴上设置有与驱动齿套啮合连接的主动齿轮的驱动电机和数个一一对应转动卡接在齿轮槽内部的连接齿轮；钻探轴杆顶端套设有从动齿轮；各个连接齿轮分别与驱动齿套、从动齿轮啮合连接。

5、进一步地，箱体的外壁上设置有防缠绕组件；防止缠绕组件包括活动套设在箱体上的安装盘、通过支撑座与箱体外壁转动卡接的切割刀盘和设置在箱体外壁上且位于安装盘上端的摆动电机；切割刀盘设置有数个且等距分布在箱体的周向，各个切割刀盘上均设置有辅助齿轮，安装盘下底面且与各个辅助齿轮位置对应处均设置有与各个辅助齿轮一一对应啮合连接的齿条；摆动电机的设置有两个，两个摆动电机对称设置在箱体的两侧，且两个摆动电机的输出轴上均设置有摆动凸轮，两个摆动凸轮上均设置有安装盘上端面活动铰接的摆动臂；

6、说明：利用摆动电机带动摆动凸轮旋转，从而使得摆动臂推动安装盘在箱体外壁上往复移动，此时齿条不断带动辅助齿轮和切割刀盘往复旋转，利用旋转的切割刀盘对海水中的藻类等杂物进行切割，避免了箱体在海水中下沉过程中被阻挡而停止。

7、进一步地，钻探头内部中空，各个钻探刀具均通过延长座与钻探头活动卡接，各个延长座靠近钻探头中心位置的一端均与钻探头转动卡接，各个延长座远离钻探头中心位置的一端均倾斜设置有卡槽；各个卡槽上均活动卡接有震动杆，钻探头内部设置有震动电机，震动电机的输出轴上设置有与各个震动杆端部抵接的震动盘，震动盘与各个震动杆连接处均设置有凹槽；钻探头内部与各个震动杆位置对应处均设置有套设在震动杆上的连接套，各个震动杆靠近震动盘的一端均套设有与对应的连接套抵接的复位弹簧；

8、说明：钻探头旋转过程中通过震动电机带动震动盘旋转，利用震动盘带动各个震动杆在对应的连接套上往复移动，震动杆移动过程中带动对应的延长座和钻探刀具在钻探头上摆动，从而能够对海底坚硬的岩土层进行震动破碎，从而提高本装置的钻探效率。

9、进一步地，升降盘上设置有与推进套管连接的挤压组件，挤压组件包括套设在推进套管上的挤压套、通过蹄块转动卡接在升降盘上且套设在挤压套外部的挤压盘和设置在升降盘上且为挤压盘提供动力的挤压电机；挤压套上设置有螺旋槽；挤压盘内侧等距分布有数个与螺旋槽卡接的拨杆；升降盘上设置有与蹄块滑动卡接的弧形槽，弧形槽内部设置有与蹄块抵接的阻尼弹簧；挤压电机的输出轴上设置有与挤压盘啮合连接的不完全齿轮；

10、说明：利用挤压电机上的不完全齿轮带动挤压套在挤压盘上转动，挤压套在阻尼弹簧的作用下往复转动；挤压套上的拨杆在挤压套上的螺旋槽内滑动；由于推进套管与箱体滑动卡接，所以当拨杆在螺旋槽内滑动时，推进套管沿升降盘上下摆动，有利于提高推进套管的推进效率。

11、进一步地，各个拨杆靠近挤压套的一端均转到卡接有球头；

12、说明：通过在拨杆)上设置球头有利于降低拨杆与螺旋槽之间的摩擦阻力，从而提高挤压组件的工作可靠性。

13、进一步地，箱体底部设置有与推进套管滑动卡接的导向法兰座；

14、说明：通过设置导向法兰座有利于提高推进套管与箱体之间的连接稳定性。

15、进一步地，推进电机设置有数个且为偶数个，各个推进电机等距分布在箱体内底部；

16、说明：通过设置偶数个推进电机使得升降盘和推进套管的移动更加平稳。

17、进一步地，箱体下底面设置有与外部显示设备连接的红外摄像头，箱体侧壁上设置有驱逐警示灯；

18、说明：通过设置红外摄像头便于对设备的下沉位置进行实时调整，而且能够实时观测设备的工作状况；通过设置驱逐警示灯能够避免设备工作时遭受海底生物的袭击。

19、进一步地，箱体的外壁上涂覆有防腐蚀涂层；

20、说明：通过在箱体外壁上涂覆防腐蚀涂层，能够避免箱体长期浸泡在海水中而腐蚀损坏。

21、本发明还提供了一种用于海洋地质调查开发的钻探方法，包括以下步骤：

22、s1、分别将推进电机和驱动电机与外部电源连接；

23、s2、利用钢缆将箱体上的挂耳与钻探船进行连接，箱体在配重盘的作用下下沉至海底；

24、s3、开启推进电机和驱动电机，利用驱动电机上的主动齿轮带动驱动齿套旋转，驱动齿套旋转过程中通过各个连接齿轮带动钻探轴杆上的从动齿轮旋转，并最终使得探轴杆带动钻探头旋转，利用钻探头下端面的钻探刀具对海底进行钻探处理；

25、s4、钻探头钻探过程中，利用推进电机带动升降丝杠旋转，升降盘在升降丝杠的作用下沿箱体内部向下移动，并带动推进套管和钻探头向下移动。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

27、第一、本发明的设备结构设计合理，利用钻探船将设备投放至海底即可完成海洋地质的钻探工作，具有较高的使用便利性，提高了海洋地质钻探效率，为海洋地质调查的取样研究奠定了基础；

28、第二、本方面的钻探组件旋转过程中，利用推进组件不断钻探组件向海底深层移动，提高了钻探效率；同时本发明利用震动盘带动各个震动杆在连接套上往复移动，震动杆移动过程中带动延长座和钻探刀具在钻探头上摆动，从而能够在钻探过程中对海底坚硬的岩土层进行震动破碎，为钻探工作的顺利进行提供了保障；

29、第三、本发明利用挤压组对推进套管的移动进行辅助，不仅降低了推进电机的工作负荷，而且使得推进套管的移动更加顺畅，提高钻探效率的同时降低了设备的故障率。