海底钻机行走系统及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910162083.7 (22)申请日 2019.02.23 (71)申请人 中国石油大学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 肖文生崔俊国赵海洋梅连朋 康永田庞罕刘健邹文强 刘思缈 (51)Int.Cl. E21B 7/02(2006.01) E21B 7/124(2006.01) E21B 7/132(2006.01) (54)发明名称 海底钻机行走系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种海底钻机行走系统及方 法， 涉及钻。

2、井设备技术领域， 包括： 装载平台、 连 接柱、 浮箱和动力装置； 装载平台与浮箱之间通 过连接柱连接， 装载平台用于装载海底钻机钻井 装置； 浮箱包括充排水装置， 用于通过浮箱排水， 使海底钻机行走系统上升， 或通过浮箱吸水， 使 海底钻机行走系统下降； 动力装置装载在连接柱 上， 用于在海底钻机行走系统处于漂浮状态时推 动海底钻机行走系统进行移动， 以到达目标区 域。 本发明具有运动灵活， 精度高， 操作比较方 便， 适用性更强， 实用范围更加的广泛， 成本低的 优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 109944546 A 2019.06.28 CN 109944546 A 。

3、1.一种海底钻机行走系统， 其特征在于， 包括： 装载平台(1)、 连接柱(2)、 浮箱(3)和动 力装置(5)； 装载平台(1)与浮箱(3)之间通过连接柱(2)连接， 装载平台(1)用于装载海底钻机钻井 装置； 浮箱(3)包括充排水装置， 用于通过浮箱(3)排水， 使海底钻机行走系统上升， 或通过浮 箱(3)吸水， 使海底钻机行走系统下降； 动力装置(5)装载在连接柱(2)上， 用于在海底钻机行走系统处于漂浮状态时推动海底 钻机行走系统进行移动， 以到达目标区域。 2.根据权利要求1所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 所述浮箱(3)包括至少两个 独立工作的小浮箱。 3.根据权利要求1或2。

4、所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 所述动力装置(5)包括螺 旋桨装置。 4.根据权利要求3所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 所述螺旋桨装置包括向前推 进螺旋桨装置(51)、 向后推进螺旋桨装置(52)、 向左推进螺旋桨装置(53)和向右推进螺旋 桨装置(54)； 向前推进螺旋桨装置(51)、 向后推进螺旋桨装置(52)、 向左推进螺旋桨装置(53)和向 右推进螺旋桨装置(54)分别安装在连接柱(2)的不同外侧面上， 向前推进螺旋桨装置(51) 用于进行向前推进运动控制， 向后推进螺旋桨装置(52)用于进行向后推进运动控制， 向左 推进螺旋桨装置(53)用于进行向左推进运动控制， 向。

5、右推进螺旋桨装置(54)用于进行向右 推进运动控制。 5.根据权利要求1-4任一项所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 还包括： 支撑脚 (4)； 支撑脚(4)连接位于浮箱(3)的底部， 用于将浮箱(3)架起地坐落在海底地面上。 6.根据权利要求5所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 所述支撑脚(4)与浮箱(3)之 间通过能够相对运动的方式进行连接。 7.根据权利要求5或6所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 所述支撑脚(4)包括伸缩 装置， 用于调整支撑脚(4)的长度。 8.根据权利要求1-7任一项所述的海底钻机行走系统， 其特征在于， 还包括： 定位装置， 用于对海底钻机行走系统进行。

6、实时定位。 9.一种海底钻机行走方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 浮箱(3)吸水， 使海底钻机行走系统下降； 动力装置(5)推动海底钻机行走系统在下降的同时进行粗调大位移移动； 判断海底钻机行走系统是否到达预设区域； 当海底钻机行走系统到达预设区域时， 浮箱(3)停止吸排水， 使海底钻机行走系统停止 下降； 动力装置(5)推动海底钻机行走系统进行微调小位移移动； 判断海底钻机行走系统是否到达目标区域， 目标区域在预设区域内部； 当海底钻机行走系统到达目标区域时， 动力装置(5)停止推动， 使海底钻机行走系统停 止移动； 权利要求书 1/2 页 2 CN 109944546 A 2 浮箱(3。

7、)吸水， 使海底钻机行走系统下降， 以坐落在海底地面上。 10.根据权利要求9所述的海底钻机行走方法， 其特征在于， 还包括以下步骤： 浮箱(3)排水， 使海底钻机行走系统上升； 动力装置(5)推动海底钻机行走系统在上升的同时进行移动， 以到达下一目标区域上 方。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109944546 A 3 海底钻机行走系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及钻井设备技术领域， 具体涉及一种海底钻机行走系统及方法。 背景技术 0002 随着海洋石油的不断向深水开发以及其他新能源如可燃冰的开发， 海底钻机展现 了其独特的应用前景。 而传统的海底钻机都是一个固定结构在海底进行作。

8、业， 不可以移动。 0003 为了解决上述传统的海底钻机的不可以移动的缺陷， 目前也给出了一些解决方 案， 例如， 海底钻机通过拖船运送到目标地区， 然后通过使用浮吊把海底钻机吊起慢慢送到 目标地区， 这就对控制浮吊的工作人员要求特别高， 而且存在的误差也是比较大的， 成本比 较高的。 完成工作后， 需要拆装后再通过浮吊吊走， 通过拖船运送到下一目标地区。 发明内容 0004 因此， 本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的海底钻机移动不便捷。 0005 为此， 本发明实施例的一种海底钻机行走系统， 包括： 装载平台、 连接柱、 浮箱和动 力装置； 0006 装载平台与浮箱之间通过连接柱连。

9、接， 装载平台用于装载海底钻机钻井装置； 0007 浮箱包括充排水装置， 用于通过浮箱排水， 使海底钻机行走系统上升， 或通过浮箱 吸水， 使海底钻机行走系统下降； 0008 动力装置装载在连接柱上， 用于在海底钻机行走系统处于漂浮状态时推动海底钻 机行走系统进行移动， 以到达目标区域。 0009 优选地， 所述浮箱包括至少两个独立工作的小浮箱。 0010 优选地， 所述动力装置包括螺旋桨装置。 0011 优选地， 所述螺旋桨装置包括向前推进螺旋桨装置、 向后推进螺旋桨装置、 向左推 进螺旋桨装置和向右推进螺旋桨装置； 0012 向前推进螺旋桨装置、 向后推进螺旋桨装置、 向左推进螺旋桨装置和。

10、向右推进螺 旋桨装置分别安装在连接柱的不同外侧面上， 向前推进螺旋桨装置用于进行向前推进运动 控制， 向后推进螺旋桨装置用于进行向后推进运动控制， 向左推进螺旋桨装置用于进行向 左推进运动控制， 向右推进螺旋桨装置用于进行向右推进运动控制。 0013 优选地， 还包括： 支撑脚； 0014 支撑脚连接位于浮箱的底部， 用于将浮箱架起地坐落在海底地面上。 0015 优选地， 所述支撑脚与浮箱之间通过能够相对运动的方式进行连接。 0016 优选地， 所述支撑脚包括伸缩装置， 用于调整支撑脚的长度。 0017 优选地， 还包括： 定位装置， 用于对海底钻机行走系统进行实时定位。 0018 本发明实施。

11、例的一种海底钻机行走方法， 包括以下步骤： 0019 浮箱吸水， 使海底钻机行走系统下降； 0020 动力装置推动海底钻机行走系统在下降的同时进行粗调大位移移动； 说明书 1/5 页 4 CN 109944546 A 4 0021 判断海底钻机行走系统是否到达预设区域； 0022 当海底钻机行走系统到达预设区域时， 浮箱停止吸排水， 使海底钻机行走系统停 止下降； 0023 动力装置推动海底钻机行走系统进行微调小位移移动； 0024 判断海底钻机行走系统是否到达目标区域， 目标区域在预设区域内部； 0025 当海底钻机行走系统到达目标区域时， 动力装置停止推动， 使海底钻机行走系统 停止移动；。

12、 0026 浮箱吸水， 使海底钻机行走系统下降， 以坐落在海底地面上。 0027 优选地， 还包括以下步骤： 0028 浮箱排水， 使海底钻机行走系统上升； 0029 动力装置推动海底钻机行走系统在上升的同时进行移动， 以到达下一目标区域上 方。 0030 本发明实施例的技术方案， 具有如下优点： 0031 1.本发明实施例提供的海底钻机行走系统， 通过浮箱排水， 使海底钻机上升， 通过 动力装置使海底钻机移动到目标区域， 然后通过浮箱吸水， 使海底钻机下降， 坐落到目标区 域， 实现在海底下行走。 通过行走装置可以比较准确地到达目标地区， 并且可以自行移动到 下一个工作地点， 运动灵活， 精。

13、度高， 操作比较方便， 适用性更强， 而且实用范围更加的广 泛。 同时， 省去了传统海底钻机拆装和浮吊吊动的过程所需要的成本， 可以极大地减少成 本。 0032 2.本发明实施例提供的海底钻机行走方法， 通过浮箱充排水和动力装置粗调大位 移移动和微调小位移移动控制的结合， 提高了自行移动的速度和效率， 并且提高了移动精 度， 能够比较准确地到达目标地区。 附图说明 0033 为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案， 下面将对具体实施方式描 述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发明的一些实 施方式， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提。

14、下， 还可以根据这些附 图获得其他的附图。 0034 图1为本发明实施例1中海底钻机行走系统的一个具体示例的结构示意图； 0035 图2为本发明实施例1中海底钻机行走系统的另一个具体示例的结构示意图； 0036 图3为本发明实施例2中海底钻机行走方法的一个具体示例的流程图。 0037 附图标记： 1-装载平台， 2-连接柱， 3-浮箱， 4-支撑脚， 5-动力装置， 51-向前推进螺 旋桨装置， 52-向后推进螺旋桨装置， 53-向左推进螺旋桨装置， 54-向右推进螺旋桨装置。 具体实施方式 0038 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施 例是本发明一。

15、部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0039 在本发明的描述中， 需要说明的是， 本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目 说明书 2/5 页 5 CN 109944546 A 5 的， 而并非旨在限制本发明。 除非上下文明确指出， 否则如本文中所使用的单数形式 “一” 、 “一个” 和 “该” 等意图也包括复数形式。 使用 “包括” 和/或 “包含” 等术语时， 是意图说明存在 该特征、 整数、 步骤、 操作、 元素和/或组件， 而不排除一个或多个其他特征、 整数、 步骤、。

16、 操 作、 元素、 组件、 和/或其他组合的存在或增加。 术语 “和/或” 包括一个或多个相关列出项目 的任何和所有组合。 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“内” 、“外” 等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描 述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 术语 “安装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是 固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是 直。

17、接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 还可以是两个元件内部的连通； 可以是无线连 接， 也可以是有线连接。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 0040 尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程， 然而可以理解的 是， 该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。 另外， 可以理解的是， 术语控制器/控制 单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。 存储器被配置成存储模块， 处理器被专门配 置成执行上述存储模块中存储的过程， 从而执行一个或多个过程。 0041 此外， 下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构 成冲。

18、突就可以相互结合。 0042 实施例1 0043 本实施例提供一种海底钻机行走系统， 如图1所示， 包括： 装载平台1、 连接柱2、 浮 箱3、 支撑脚4、 动力装置5和定位装置。 0044 装载平台1与浮箱3之间通过连接柱2连接， 装载平台1用于装载海底钻机钻井装 置。 连接柱2根据装载平台1的大小选择合适的个数， 以达到稳固连接。 优选地， 个数为4个以 上， 如图1所示， 连接柱2的个数为4个， 分别连接在装载平台1的长方形的四个角处。 0045 浮箱3包括充排水装置， 用于通过浮箱3排水， 使海底钻机行走系统上升， 或通过浮 箱3吸水， 使海底钻机行走系统下降。 浮箱3可以为一个整体的。

19、浮箱， 由一个整体的浮箱来进 行充排水。 优选地， 浮箱3包括至少两个独立工作的小浮箱， 每个小浮箱都可以独立充排水 工作， 使装载平台1能够略带倾斜地移动， 规避障碍物， 或修正因海洋复杂环境如洋流等的 影响而造成的海底钻机行走系统的倾斜。 如图1所示， 浮箱3包括两个独立工作的小浮箱， 分 别位于装载平台1下方的左右两侧， 每个小浮箱连接2根连接柱2与装载平台1连接。 通过控 制吸排水量， 可实现控制海底钻机慢慢下降和上升， 提高移动精度。 0046 动力装置5装载在连接柱2上， 用于在海底钻机行走系统处于漂浮状态时推动海底 钻机行走系统进行移动， 以到达目标区域。 此处的移动指的是因前、。

20、 后、 左、 右方向(如图1中 所示的正负x轴、 y轴方向)的推动力产生的移动， 以及因前、 后、 左、 右方向的推动力和浮箱 充排水共同产生的移动。 0047 优选地， 动力装置5包括但不限于螺旋桨装置。 如图2所示， 螺旋桨装置包括向前推 进螺旋桨装置51、 向后推进螺旋桨装置52、 向左推进螺旋桨装置53和向右推进螺旋桨装置 54。 向前推进螺旋桨装置51、 向后推进螺旋桨装置52、 向左推进螺旋桨装置53和向右推进螺 旋桨装置54分别安装在连接柱2的不同外侧面上， 如图2所示， 四组螺旋桨装置51、 52、 53、 54 说明书 3/5 页 6 CN 109944546 A 6 均安装。

21、在连接柱2的外侧面上， 使得推进时水流不被阻挡， 提高了推进效率。 两个向前推进 螺旋桨装置51分别安装在左前方和右前方连接柱2的左侧面和右侧面上， 用于进行向前推 进运动控制， 两个向后推进螺旋桨装置52分别安装在左后方和右后方连接柱2的左侧面和 右侧面上， 用于进行向后推进运动控制， 两个向左推进螺旋桨装置53分别安装在左前方和 左后方连接柱2的前侧面和后侧面上， 用于进行向左推进运动控制， 两个向右推进螺旋桨装 置54分别安装在右前方和右后方连接柱2的前侧面和后侧面上， 用于进行向右推进运动控 制。 每组螺旋桨装置通过设置两个， 既能保证平移推进的稳定进行， 又能实现有角度的转弯 移动控。

22、制， 提高了动力装置推进运动的灵活性。 优选地， 采用动力装置的行走控制和定位装 置的定位， 有粗调和微调两种移动方式， 粗调即通过控制螺旋桨装置实现海底钻机大位移 行走， 运动到目标钻井区域； 然后微调， 即控制螺旋桨装置微小位移运动， 使海底钻机找准 钻井井位。 0048 支撑脚4连接位于浮箱3的底部， 用于将浮箱3架起地坐落在海底地面上。 如图1所 示， 浮箱底部连接有四个支撑脚4， 起到支撑工作平台和减少与海底泥沙的接触的作用， 这 样在浮箱排水上升的时候， 可以有效的减少泥沙与底部浮箱的接触产生的摩擦力， 解决由 浮箱与海底泥沙产生粘附力的问题。 0049 优选地， 支撑脚4与浮箱3。

23、之间通过能够相对运动的方式进行连接。 支撑脚4与浮箱 3之间能够相对运动， 以适应不同的海底状况， 相对运动方式可通过齿轮齿条或液压等方式 实现。 0050 优选地， 支撑脚4包括伸缩装置， 用于调整支撑脚4的长度， 以适应高低不平的海底 地面， 使装载平台保持水平。 0051 定位装置用于对海底钻机行走系统进行实时定位。 定位装置密封装载在装载平台 1上， 优选地， 安装在井口装置边缘附近。 0052 上述海底钻机行走系统， 通过浮箱排水， 使海底钻机上升， 通过动力装置使海底钻 机移动到目标区域， 然后通过浮箱吸水， 使海底钻机下降， 坐落到目标区域， 实现在海底下 行走。 通过行走装置可。

24、以比较准确地到达目标地区， 并且可以自行移动到下一个工作地点， 运动灵活， 精度高， 操作比较方便， 适用性更强， 而且实用范围更加的广泛。 同时， 省去了传 统海底钻机拆装和浮吊吊动的过程所需要的成本， 可以极大地减少成本。 0053 实施例2 0054 本实施例提供一种海底钻机行走方法， 应用于实施例1的海底钻机行走系统， 如图 3所示， 该方法包括以下步骤： 0055 S1、 浮箱3吸水， 使海底钻机行走系统下降。 0056 S2、 动力装置5推动海底钻机行走系统在下降的同时进行粗调大位移移动。 例如， 粗调大位移移动的方法为螺旋桨装置采用较大的转速产生出较大的推力控制海底钻机行 走系统。

25、进行移动， 根据定位装置采集的实时坐标位置和预设路线， 调整八个螺旋桨装置和 浮箱的吸水速度， 将海底钻机按照预设路线移动。 0057 S3、 判断海底钻机行走系统是否到达预设区域， 预设区域包围目标区域， 一般设置 在方圆几米的范围内。 当海底钻机行走系统到达预设区域时， 进入S4； 当海底钻机行走系统 没有到达预设区域时， 保持移动。 0058 S4、 浮箱3停止吸排水， 使海底钻机行走系统停止下降， 以使海底钻机漂浮在稳定 说明书 4/5 页 7 CN 109944546 A 7 的高度， 以便于后续对海底钻机平移微调控制， 提高移动控制精度。 0059 S5、 动力装置5推动海底钻机行。

26、走系统进行微调小位移移动， 微调小位移移动的方 法为判断海底钻机定位位置的变化量是否小于或者等于预设变化量， 预设变化量可根据实 际海况来设定； 当海底钻机定位位置的变化量小于或者等于预设变化量时， 视为海底钻机 已处于稳定漂浮状态， 根据海底钻机当前位置和目标区域之间的距离， 计算出移动距离并 解算分解为x轴和y轴方向的移动量； 分别控制八个螺旋桨装置使海底钻机移动x轴和y轴方 向的移动量， 以到达目标区域上方， 从而提高了移动精度。 0060 S6、 判断海底钻机行走系统是否到达目标区域， 目标区域在预设区域内部。 当海底 钻机行走系统到达目标区域时， 进入S7； 当海底钻机行走系统没有到。

27、达目标区域时， 保持移 动。 0061 S7、 动力装置5停止推动， 使海底钻机行走系统停止移动。 0062 S8、 浮箱3吸水， 使海底钻机行走系统下降， 以坐落在海底地面上， 即目标区域。 0063 优选地， 海底钻机行走方法还包括以下步骤： 0064 S9、 浮箱3排水， 使海底钻机行走系统上升。 0065 S10、 动力装置5推动海底钻机行走系统在上升的同时进行移动， 以到达下一目标 区域上方， 优选地， 移动方法可采用上述的粗调大位移移动和微调小位移移动， 只是将其中 的吸水动作换作为排水动作， 然后动力装置5停止推动， 使海底钻机行走系统停止移动。 然 后浮箱3吸水， 使海底钻机行。

28、走系统下降， 以坐落在海底地面上， 即下一目标区域。 0066 上述海底钻机行走方法， 通过浮箱充排水和动力装置粗调大位移移动和微调小位 移移动控制的结合， 提高了自行移动的速度和效率， 并且提高了移动精度， 能够比较准确地 到达目标地区。 0067 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定。 对 于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 说明书 5/5 页 8 CN 109944546 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 109944546 A 9 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 109944546 A 10 。