中控式海底多头连续取样钻机

权利要求书： 1.一种中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，包括钻机，所述钻机上具有钻具运移机构、用于带动钻杆向下钻进的动力钻进机构、以及用于存储钻杆和岩心管的钻具存储机构，其中：所述动力钻进机构具有两个以上，所有所述钻具存储机构围绕所述钻机的中轴线设置，且相邻所述钻具存储机构之间均存在一个所述动力钻进机构；

所述钻具运移机构位于所述钻机的中心，并能以所述钻机的中轴线为转轴360°转动，所述钻具运移机构能在转动过程中抓取所有所述钻具存储机构内不同位置的所述钻杆和所述岩心管，并将所述钻杆和所述岩心管在对应所述动力钻进机构和所述存储机构之间运移；

所述钻具存储机构包括钻库，所述钻库的径向截面为扇环形，且所述扇环形的圆心位于所述钻机的中轴线上，所述钻库包括相连接的上盘、底盘和两个以上传送盘，其中：所述传送盘的数量为两个以上，所有所述传送盘均位于所述上盘和所述底盘之间并在竖直方向上间隔布置，所述传送盘呈扇环形并位于水平面内，所述钻杆和岩心管竖直穿过所有所述传送盘；

所述传送盘内形成有两条以上分别用于传送钻杆和岩心管的传送通道，所述传送通道的入口侧有所述钻杆或所述岩心管放入时，能从出口侧输出另一所述钻杆或所述岩心管；

所述传送盘包括由内至外依次间隔布置的至少三个传送机构，所述传送机构内和/或相邻所述传送机构之间形成所述传送通道，所述钻杆和所述岩心管被所述传送机构夹持于对应的所述传送通道内；

所述上盘的底面和/或所述底盘的上面设置有导轨，所述钻杆和所述岩心管的端部延伸至所述导轨内，当所述钻杆在所述岩心管在所述传送通道内移动时能沿所述导轨滑动；

所述传送机构均包括上壳、下壳、传送带和轴承部，其中：

所述上壳和所述下壳相连接，所述传送带通过所述轴承部在所述上壳和所述下壳之间可移动的设置，所述钻杆和所述岩心管夹持在两侧的所述传送带之间；所述钻具运移机构将所述钻杆或所述岩心管送入所述传送通道的入口侧时能推动所述传送通道两侧的所述传送带移动，进而推动所述传送通道入口侧的所述钻杆或所述岩心管输出。

2.根据权利要求1所述的中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻具运移机构包括有中心柱和位于所述中心柱上的驱动装置、上旋转筒、下旋转筒和抓手组件，其中：所述抓手组件的上端和下端分别连接有上旋转筒和下旋转筒，所述下旋转筒套设在所述上旋转筒的下端，所述驱动装置的驱动端与所述上旋转筒连接，用于带动所述抓手组件以所述中心柱为轴心360°转动；

所述抓手组件至少包括两个手臂，所述手臂之间的夹角可调节的设置；每个所述手臂的背离所述中心柱的一端均设置有机械手，所述机械手用于抓取和释放钻杆和岩心管。

3.根据权利要求2所述的中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述抓手组件包括开合油缸、第一手臂、第二手臂、第三手臂和第四手臂，其中：所述第一手臂和所述第二手臂位于同一水平面内且两者的端部均铰接于所述上旋转筒上，所述第三手臂和所述第四手臂位于同一水平面内且两者的端部均铰接于所述下旋转筒上；

所述上旋转筒外套设有弹性部件，所述弹性部件的上端限位于所述上旋转筒上，其下端与所述下旋转筒连接，且所述弹性部件上设置有滑动件，所述开合油缸水平布置并固定于滑动件上，且所述开合油缸的伸缩端连接有滑块；所述第一手臂、所述第二手臂、所述第三手臂和所述第四手臂均与所述滑块之间连接有开合臂，所述开合臂的两端均与所述滑块和对应手臂铰接，所述开合油缸伸缩时能够驱动所述第一手臂和所述第二手臂之间、所述第三手臂和所述第四手臂之间开合。

4.根据权利要求1所述的中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻机还包括有位于所述钻机底部的调平机构，其包括调平底座以及位于所述调平底座上的两个以上的支脚，每个支脚均连接有调平油缸、支脚伸缩油缸和支脚旋转油缸，其中：所有所述支脚伸缩油缸的伸缩端均背离所述调平底座的中心设置，且所述支脚伸缩油缸的伸缩端连接有伸缩梁，所述伸缩梁与所述调平底座滑动连接；所述调平油缸转动连接于所述伸缩梁的背离所述支脚伸缩油缸的一端，所述调平油缸的伸缩端向下设置并与所述支脚相连接；

所述支脚旋转油缸固定在所述伸缩梁内，其伸缩端铰接有一偏心杆，所述偏心杆与所述调平油缸相连接，且所述偏心杆相对于所述调平油缸的中轴线偏心设置，所述支脚旋转油缸伸缩时能带动所述支脚在水平面内旋转180°以将所述支脚打开和收回。

5.根据权利要求1所述的中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述动力钻进机构包括立轴、用以与钻杆连接的动力头、机架和回转系统，其中：所述立轴竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，所述立轴与所述动力头传动连接能带动所述动力头转动，且所述动力头能上下移动给进；

所述回转系统包括有驱动装置、传动轴、离合器和变速箱，其中，所述立轴转动连接于所述机架上，所述立轴的下部设置有用于夹持所述钻杆的卡盘；所述驱动装置位于所述钻机顶部，所述传动轴水平布置，且所述驱动装置的输出轴与所有所述传动轴传动连接，每根所述传动轴的另一端分别与对应所述立轴的顶端传动连接，所述驱动装置转动能带动所有所述立轴以自身轴线为中心转动；且所述离合器位于所述传动轴和所述立轴之间，用于切断两者的动力传输；

所述变速箱位于所述立轴上，所述立轴与所述动力头之间通过变速箱传动连接；所述动力头包括有竖直布置的螺纹连接部，所述螺纹连接部的下部设置有用以与所述钻杆螺纹连接的外螺纹端。

6.根据权利要求5所述的中控式海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述动力钻进机构还包括有给进系统，所述给进系统包括有长给进油缸、短给进油缸、上滑座和下滑座，其中：所述上滑座和所述下滑座均滑动连接于所述机架上，且两者在竖直方向上间隔布置，所述变速箱和所述动力头均连接于所述下滑座上；

所述长给进油缸竖直布置，且其伸缩端与所述上滑座铰接；所述短给进油缸的固定端铰接于所述下滑座上，且其伸缩端与所述上滑座铰接。

7.根据权利要求5所述的海底多头连续取样钻机，其特征在于，所述钻机的顶部还设置有取心机构，且每个所述动力钻进机构上均连接一个所述取心机构，所述取心机构包括绞车和捞矛头，其中：所述绞车上缠绕有绳索，所述绞车用于回收或释放所述绳索，所述捞矛头固定在所述绳索的自由端，且所述捞矛头位于所述动力头的正上方。

说明书： 一种中控式海底多头连续取样钻机技术领域[0001] 本发明涉及钻机设备技术领域，尤其是涉及一种中控式海底多头连续取样钻机。背景技术[0002] 海底地壳中蕴藏着极其丰富的矿产资源，包括石油、天然气水合物、多金属结核、富钴结壳等，开发海底资源可以有效缓解全球资源匮乏的情况，海底取样装备是开展海洋

地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的技术装备。根

据取样深度要求不同，开发了多种海底取样设备。其中，海底取心钻机是一种钻探系统完全

工作于海底的钻探设备，于浅层取样设备相比具有取样深度深，样品采取率高、数量多，自

动化、智能化程°高等优点；而与需要依托钻探船或钻井平台海洋钻机相比，海底钻机在水

下工作时与承载船只需要一条具有承载能力的脐带缆即可实现远程的能量供应和通讯控

制，拥有钻探成本低、效率高，样品扰动小、易保压，设备体积小、易操作和船舶适应性强等

优点。目前，海底取心钻机已成为海底资源勘探、海洋地质调查和海洋科学考察不可或缺的

重要技术装备，得到了世界各海洋强国的重视和应用，许多科研成果已经应用于实际的海

洋调查项目，取得了可观的经济效益和社会效益，也突显了海底钻机的科学价值。

[0003] 根据钻探深度、功能以及设计理念的不同，海底钻机主要分为四代，目前取样作业以第三代钻机为主，这代钻机采用绳索取心方法，其钻探深度已达200m，配备有物探设备以

及各种测试仪，增加了保压系统。取芯效率、质量，钻机的功能多样性、智能化都有了较大提

升。

[0004] 绳索取心方法是在在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需要将钻杆提升到孔外，而是以钻杆内孔为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于钻杆内部的

岩心管中的岩心提升到孔位的取心钻进方法。由于不需要将钻杆提升到孔外，极大的减少

了起下钻具的时间。

[0005] 本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现今的海底钻机只有一个动力头，单次海底作业时，只能对一个点位进行取样，取样数量少、效率低。且钻机携带钻具数量

少，内部空间利用率低。

发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种中控式海底多头连续取样钻机，以解决现有技术中存在的现有钻机进行作业时，取样效率低的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选

技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：[0008] 本发明提供的中控式海底多头连续取样钻机，包括钻机，所述钻机上具有钻具运移机构、用于带动钻杆向下钻进的动力钻进机构、以及用于存储钻杆和岩心管的钻具存储

机构，其中：

[0009] 所述动力钻进机构具有两个以上，所有所述钻具存储机构围绕所述钻机的中轴线设置，且相邻所述钻具存储机构之间均存在一个所述动力钻进机构；

[0010] 所述钻具运移机构位于所述钻机的中心，并能以所述钻机的中轴线为转轴360°转动，所述钻具运移机构能在转动过程中抓取所有所述钻具存储机构内不同位置的所述钻杆

和所述岩心管，并将所述钻杆和所述岩心管在对应所述动力钻进机构和所述存储机构之间

运移。

[0011] 优选的，所述钻具存储机构包括钻库，所述钻库的径向截面为扇环形，且所述扇环形的圆心位于所述钻机的中轴线上，所述钻库包括相连接的上盘、底盘和两个以上传送盘，

其中：

[0012] 所述传送盘的数量为两个以上，所有所述传送盘均位于所述上盘和所述底盘之间并在竖直方向上间隔布置，所述传送盘呈扇环形并位于水平面内，所述钻杆和岩心管竖直

穿过所有所述传送盘；

[0013] 所述传送盘内形成有两条以上分别用于传送钻杆和岩心管的传送通道，所述传送通道的入口侧有所述钻杆或所述岩心管放入时，能从出口侧输出另一所述钻杆或所述岩心

管。

[0014] 优选的，所述传送盘包括由内至外依次间隔布置的至少三个传送机构，所述传送机构内和/或相邻所述传送机构之间形成所述传送通道，所述钻杆和所述岩心管被所述传

送机构夹持于对应的所述传送通道内；

[0015] 所述上盘的底面和/或所述底盘的上面设置有导轨，所述钻杆和所述岩心管的端部延伸至所述导轨内，当所述钻杆在所述岩心管在所述传送通道内移动时能沿所述导轨滑

动。

[0016] 优选的，所述传送机构均包括上壳、下壳、传送带和轴承部，其中：[0017] 所述上壳和所述下壳相连接，所述传送带通过所述轴承部在所述上壳和所述下壳之间可移动的设置，所述钻杆和所述岩心管夹持在两侧的所述传送带之间；所述钻具运移

机构将所述钻杆或所述岩心管送入所述传送通道的入口侧时能推动所述传送通道两侧的

所述传送带移动，进而推动所述传送通道入口侧的所述钻杆或所述岩心管输出。

[0018] 优选的，所述钻具运移机构包括有中心柱和位于所述中心柱上的驱动装置、上旋转筒、下旋转筒和抓手组件，其中：

[0019] 所述抓手组件的上端和下端分别连接有上旋转筒和下旋转筒，所述下旋转筒套设在所述上旋转筒的下端，所述驱动装置的驱动端与所述上旋转筒连接，用于带动所述抓手

组件以所述中心柱为轴心转动；

[0020] 所述抓手组件至少包括两个手臂，所述手臂之间的夹角可调节的设置；每个所述手臂的背离所述中心柱的一端均设置有机械手，所述机械手用于抓取和释放钻杆和岩心

管。

[0021] 优选的，所述抓手组件包括开合油缸、第一手臂、第二手臂、第三手臂和第四手臂，其中：

[0022] 所述第一手臂和所述第二手臂位于同一水平面内且两者的端部均铰接于所述上旋转筒上，所述第三手臂和所述第四手臂位于同一水平面内且两者的端部均铰接于所述下

旋转筒上；

[0023] 所述上旋转筒外套设有弹性部件，所述弹性部件的上端限位于所述上旋转筒上，其下端与所述下旋转筒连接，且所述弹性部件上设置有滑动件，所述开合油缸水平布置并

固定于滑动件上，且所述开合油缸的伸缩端连接有滑块；所述第一手臂、所述第二手臂、所

述第三手臂和所述第四手臂均与所述滑块之间连接有开合臂，所述开合臂的两端均与所述

滑块和对应手臂铰接，所述开合油缸伸缩时能够驱动所述第一手臂和所述第二手臂之间、

所述第三手臂和所述第四手臂之间开合。

[0024] 优选的，所述钻机还包括有位于所述钻机底部的调平机构，其包括调平底座以及位于所述调平底座上的两个以上的支脚，每个支脚均连接有调平油缸、支脚伸缩油缸和支

脚旋转油缸，其中：

[0025] 所有所述支脚伸缩油缸的伸缩端均背离所述调平底座的中心设置，且所述支脚伸缩油缸的伸缩端连接有伸缩梁，所述伸缩梁与所述调平底座滑动连接；所述调平油缸转动

连接于所述伸缩梁的背离所述支脚伸缩油缸的一端，所述调平油缸的伸缩端向下设置并与

所述支脚相连接；

[0026] 所述支脚旋转油缸固定在所述伸缩梁内，其伸缩端铰接有一偏心杆，所述偏心杆与所述调平油缸相连接，且所述偏心杆相对于所述调平油缸的中轴线偏心设置，所述支脚

旋转油缸伸缩时能带动所述支脚在水平面内旋转180°以将所述支脚打开和收回。

[0027] 优选的，所述动力钻进机构包括立轴、用以与钻杆连接的动力头、机架和回转系统，其中：

[0028] 所述立轴竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，所述立轴与所述动力头传动连接能带动所述动力头转动，且所述动力头能上下移动给进；

[0029] 所述回转系统包括有驱动装置、传动轴、离合器和变速箱，其中，所述立轴转动连接于所述机架上，所述立轴的下部设置有用于夹持所述钻杆的卡盘；所述驱动装置位于所

述钻机顶部，所述传动轴水平布置，且所述驱动装置的输出轴与所有所述传动轴传动连接，

每根所述传动轴的另一端分别与对应所述立轴的顶端传动连接，所述驱动装置转动能带动

所有所述立轴以自身轴线为中心转动；且所述离合器位于所述传动轴和所述立轴之间，用

于切断两者的动力传输；

[0030] 所述变速箱位于所述立轴上，所述立轴与所述动力头之间通过变速箱传动连接；所述螺纹连接部的下部设置有用以与所述钻杆螺纹连接的外螺纹端。

[0031] 优选的，所述动力钻进机构还包括有给进系统，所述给进系统包括有长给进油缸、短给进油缸、上滑座和下滑座，其中：

[0032] 所述上滑座和所述下滑座均滑动连接于所述机架上，且两者在竖直方向上间隔布置，所述变速箱和所述动力头均连接于所述下滑座上；

[0033] 所述长给进油缸竖直布置，且其伸缩端与所述上滑座铰接；所述短给进油缸的固定端铰接于所述下滑座上，且其伸缩端与所述上滑座铰接。

[0034] 优选的，所述钻机的顶部还设置有取心机构，且每个所述动力钻进机构上均连接一个所述取心机构，所述取心机构包括绞车和捞矛头，其中：所述绞车上缠绕有绳索，所述

绞车用于回收或释放所述绳索，所述捞矛头固定在所述绳索的自由端，且所述捞矛头位于

所述动力头的正上方。

[0035] 本发明提供的中控式海底多头连续取样钻机，与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0036] 动力钻进机构具有两个以上，每个动力钻进机构存在于相邻钻具存储机构之间，钻具运移机构位于钻机的中心，且钻具运移机构能以所述钻机的中轴线为转轴360°转动；

三者的配合充分利用了钻机内部空间，有效实现钻探作业。该中控式海底多头连续取样钻

机，充分利用钻机内部空间，优化钻库布局，使钻机能携带更多钻具下海作业，提高单次取

样作业效率；一次下放作业时可同时进行多点位取样，实现水下多头连续取样，提高了岩芯

数量和质量，同时保证取样时岩芯扰动小。且结构紧凑，便于运输与甲板下放。

附图说明[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本

发明的一些实施例，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下，还可以

根据这些附图获得其他的附图。

[0038] 图1是本发明中控式海底多头取样钻机的结构示意图；[0039] 图2是本发明中控式海底多头取样钻机的内部结构示意图；[0040] 图3是本发明中控式海底多头取样钻机的钻具存储机构结构示意图；[0041] 图4是本发明的钻具存储机构的传送盘的结构示意图；[0042] 图5是本发明的传送盘中传送机构的结构示意图；[0043] 图6是本发明中控式海底多头取样钻机的钻具运移机构的结构示意图；[0044] 图7是钻具运移机构的轴向剖面结构示意图；[0045] 图8是本发明的钻具运移机构中机械抓手的结构示意图；[0046] 图9是本发明的机械手的两个爪部闭合时的示意图；[0047] 图10是机械手的两个爪部张开时的示意图；[0048] 图11是钻具存储机构与钻机运移机构配合的工作方式示意图；[0049] 图12是本发明中控式海底多头取样钻机的调平机构结构示意图；[0050] 图13是本发明中控式海底多头取样钻机的调平机构下视示意图；[0051] 图14是调平机构中其中一个支脚打开时的结构示意图；[0052] 图15是本发明中控式海底多头取样钻机的多头动力钻进系统结构示意图；[0053] 图16是图15中A处的结构示意图。[0054] 图中：100、钻机；101、顶壳；102、底座；200、钻杆；300、岩心管；400、钻孔；[0055] 1、动力钻进机构；11、立轴；12、动力头；121、螺纹连接部；122、外螺纹端；120、从动轮；13、机架；141、液压马达；142、传动轴；143、变速箱；1431、主动轮；1432、中间轮；144、离合器；15、给进系统；151、长给进油缸；152、短给进油缸；153、上滑座；154、下滑座；16、卡盘；[0056] 2、钻具运移机构；20、中心柱；21、驱动装置；211、八分角摆动油缸；212、四分角摆动油缸；213、半角摆动油缸；22、上旋转筒；23、下旋转筒；24、抓手组件；240、开合油缸；241、第一手臂；242、第二手臂；243、第三手臂；244、第四手臂；245、开合臂；246、滑块；247、机械手；2471、抓手油缸；2472、抓手座；2473、爪部；25、压缩弹簧；26、滑动件；

[0057] 3、钻具存储机构；30、钻库；31、上盘；32、底盘；33、传送盘；34、导轨；35、连接柱；36、连接板；331、第一传送机构；332、第二传送机构；333、第三传送机构；334、第四传送机

构；335、传送通道；3301、上壳；3302、下壳；3303、传送带；3304、轴承部；

[0058] 4、取心机构；41、绞车；42、捞矛头；43、绳索；[0059] 5、调平机构；50、调平底座；51、支脚；52、调平油缸；53、偏心杆；54、支脚伸缩油缸；55、伸缩梁；56、支脚旋转油缸。

具体实施方式[0060] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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的前提下所得到的所有

其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

[0061] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”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设备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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个

以上。

[0062] 本发明实施例提供了一种中控式海底多头连续取样钻机，配合充分利用了钻机内部空间，使钻机能携带更多钻具下海作业，提高单次取样作业效率。

[0063] 下面结合图1?图16对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。[0064] 实施例一[0065] 现有技术中的绳索取心方法是在钻进过程中，当岩心充满岩心管后，不需要将钻杆提升到孔外，而是以钻杆内孔为通道，借助于绳索和专用打捞工具，把钻进过程中贮存于

钻杆内部的岩心管中的岩心提升到孔位的取心钻进方法。由于不需要将钻杆提升到孔外，

极大的减少了起下钻具的时间。岩心管作为钻杆中的内管，当岩心穿满岩心管后将岩心管

从钻杆中捞出。

[0066] 如图1?图16所示，本实施例提供了一种中控式海底多头连续取样钻机，包括钻机100，钻机100上具有钻具运移机构2、用于带动钻杆200向下钻进的动力钻进机构1、以及用

于存储钻杆200和岩心管300的钻具存储机构，其中：动力钻进机构1具有两个以上，所有钻

具存储机构围绕钻机100的中轴线设置，且相邻钻具存储机构之间均存在一个动力钻进机

构1；钻具运移机构2位于钻机100的中心，并能以钻机100的中轴线为转轴360°转动，钻具运

移机构2能在转动过程中抓取所有钻具存储机构3内不同位置的钻杆和岩心管，并将钻杆和

岩心管在对应动力钻进机构1和存储机构之间运移。

[0067] 其中，钻机100上设置有下放回收结构，其位于钻机顶端，与钻机钻机100连接，主要用于将收放时的力均匀传递给钻机主体，其为本领域内的成熟技术，在此不做赘述。钻机

顶壳101用于连接下放回收结构以及各个钻机100，钻机底座102连接动力钻进机构1、钻具

运移机构2、钻具存储机构，保证钻机整体结构性。

[0068] 本实施例的中控式海底多头连续取样钻机，动力钻进机构1具有两个以上，每个动力钻进机构1存在于相邻钻具存储机构之间，钻具运移机构2位于钻机100的中心，且钻具运

移机构2能以钻机100的中轴线为转轴360°转动；三者的配合充分利用了钻机内部空间，有

效实现钻探作业。该中控式海底多头连续取样钻机，充分利用钻机内部空间，优化钻库30布

局，使钻机能携带更多钻具下海作业，提高单次取样作业效率；一次下放作业时可同时进行

多点位取样，实现水下多头连续取样，提高了岩芯数量和质量，同时保证取样时岩芯扰动

小。且结构紧凑，便于运输与甲板下放。

[0069] 其中，上述动力钻进机构1用于与钻杆200连接，并提供钻杆向下给进的动力。钻具存储机构用于存储钻杆200和岩心管300，其中，内部存储的钻杆用以与正在使用的钻杆连

接以延长钻杆组件的长度(钻杆组件指的是首尾相互连接的多根钻杆)，内部存储的岩心管

用于不断为钻杆内补充新的岩心管。钻具运移机构2用于将钻杆内使用后的岩心杆转移至

钻具存储机构中、将钻具存储机构中新的岩心管转移至向下钻进的钻杆内、转移新钻杆至

动力钻进机构1处以延长钻杆组件。

[0070] 为了能够使得钻机一次携带多根钻杆和岩心管，钻具存储机构的结构至关重要。参见图1?图5所示，本实施例中提供了一种钻具存储机构的具体实施方式：

[0071] 参见图2和图3所示，本实施例的钻具存储机构包括有四个，四个钻具存储机构之间间隔布置并围绕中心的钻具运移机构2设置，这样，钻具运移机构2在360°转动时能够抓

取四个钻具存储机构内不同位置的钻杆200和岩心管300，结构紧凑，且充分利用了钻机的

内部空间。

[0072] 具体的，本实施例的钻具存储机构包括钻库30，参见图3和图4所示，钻库30的径向截面为扇环形，且扇环形的圆心位于钻机100的中轴线上，钻库30包括相连接的上盘31、底

盘32和两个以上传送盘33，其中：参见图2，上盘31和底盘32间隔布置并通过连接板36连接，

传送盘33的数量为两个以上，参见图3所示，本实施例中，每个钻库30包括有四个传送盘33，

所有传送盘33均位于上盘31和底盘32之间并在竖直方向上间隔布置，连接柱35穿过所有传

送盘33并将所有传送盘33连接在一起；传送盘33同样呈扇环形并位于水平面内，钻杆和岩

心管竖直穿过所有传送盘33；换言之，每根钻杆和岩心管的不同部分被限位在不同的传送

盘33中，这样在传送钻杆200和岩心管300的过程中能够保证钻杆和岩心管始终保持竖直状

态，并能够稳定在钻库30内传送。每个传送盘33内形成有两条以上分别用于传送钻杆200和

岩心管300的传送通道335，传送通道335的入口侧有钻杆或岩心管放入时，能从出口侧输出

另一钻杆或岩心管。

[0073] 参见图2和图3、图4所示，当从钻杆内吊取内部充满岩心的岩心管后，钻具运移机构2抓取该岩心管，并将其由传送通道335的入口侧推入传送通道内，此时，传送通道335从

其出口侧将另一新的未使用的岩心管，钻具运移机构2再抓取该新的岩心管将其转移至动

力钻进机构1位置处，进而便于岩心管吊装至钻孔底部的钻杆内，继续取样。

[0074] 作为可选的实施方式，参见图4所示，传送盘33包括由内至外依次间隔布置的至少三个传送机构，参见图4，本实施例的传送盘33包括由内至外依次布置的第一传送机构331、

第二传送机构332、第三传送机构333和第四传送机构334，如图4，第一传动机构内形成有上

述传送通道335，且第一传送机构331与第二传送机构332之间、第二传送机构332与第三传

送机构333之间、第三传送机构333与第四传送机构334之间也形成有传送通道335，即每个

传送盘33内形成有上述四条传送通道335，在该四条传送通道335中，其中两条用于存储钻

杆，另外两条用于存储岩心管，且用于钻杆和岩心管的传送通道335间隔布置，钻杆和岩心

管传送机构夹持于对应的传送通道335内，并能在传送通道335内移动。

[0075] 参见图3和图4所示，上盘31的底面和/或底盘32的上面设置有导轨34，位于上盘31底面上的导轨34开口向下，位于底盘32上表面的导轨34开口向上，钻杆和岩心管的端部延

伸至导轨34内，当钻杆在岩心管在传送通道335内移动时能沿导轨34滑动。该结构能够使得

钻杆和岩心管在传送通道335内移动时，钻杆和岩心管的两端与上盘31和底盘32滑动连接，

从而保证钻杆和岩心管始终保持竖直状态，并平稳移动。

[0076] 下面提供了一种传送通道335能够传送钻杆和岩心管的具体结构，参见图5所示，每个传送机构均包括上壳3301、下壳3302、传送带3303和轴承部3304，其中：上壳3301和下

壳3302相连接，传送带3303通过轴承部3304在上壳3301和下壳3302之间可移动的设置，参

见图11，钻杆200和岩心管300夹持在两侧的传送带3303之间；本实施例的传送机构无需动

力装置，当钻具运移机构2将钻杆200或岩心管300送入传送通道335的入口侧时能推动传送

通道335两侧的传送带3303移动，两侧传送带3303移动进而带动夹持的钻杆或岩心管移动，

从而能够将传送通道335入口侧的钻杆200或岩心管300推出传送通道335，此时钻具运移机

构2将被传送通道推出的钻杆或岩心管夹持固定，便于转移。

[0077] 其中，上壳3301和下壳3302之间可设置限制传送带3303运动轨迹的导轨34，轴承部3304转动连接在上壳3301和下壳3302之间，且轴承部3304的外圈与传送带3303相贴合接

触，在外力作用下轴承转动时能够带动传送带3303移动。所有传送机构共同配合实现钻杆

和岩心管的移动。

[0078] 本实施例中的钻具存储机构能够通过传送盘33上的不同传送通道335输送钻杆和岩心管，当一侧有钻杆或岩心管置入时，另一侧能够同时输出另一钻杆或岩心管。

[0079] 参见图2和图3所示，本实施例的钻机中包括有四个钻库30，每个钻库30均为扇环形，所有钻库30围绕钻机100的中心轴线均匀布置，动力钻进机构1位于相邻钻库30之间，这

样，所有动力钻进机构1部和所有钻库30形成圆柱形结构，钻具运移机构2位于钻机内部中

心位置，充分利用了钻机的内部空间，一个钻具运移机构2即能够实现将钻杆和岩心管在不

同动力钻进机构1和不同钻库30之间的运移。

[0080] 实施例二[0081] 本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，本实施例中提供了一种钻具运移机构2的具体实施方式，参见图2和图6、图7所示，本实施例的钻具运移机构2包括有中心柱

20和位于中心柱20上的驱动装置21、上旋转筒22、下旋转筒23和抓手组件24，其中：抓手组

件24的上端和下端分别连接有上旋转筒22和下旋转筒23，下旋转筒23套设在上旋转筒22的

下端，如图7所示，驱动装置21的驱动端与上旋转筒23连接，用于带动抓手组件24以中心柱

20为轴心360°转动；抓手组件24至少包括两个手臂，手臂之间的夹角可调节的设置；每个手

臂的背离中心柱20的一端均设置有机械手247，机械手247用于抓取和释放钻杆200和岩心

管300。

[0082] 具体的，参见图6所示，上述驱动装置21包括八分角摆动油缸211、四分角摆动油缸212和半角摆动油缸213，三个摆动油缸皆是套在中心柱20上，其中八分角摆动油缸211可转

动45°，位于钻机中心柱20最上部，油缸转动头与四分角摆动油缸212连接；四分角摆动油缸

212可绕中心柱20的中轴线旋转，油缸转动头可相对于四分角油缸转动90°，油缸转动头与

半角摆动油缸213连接；半角摆动油缸213可绕中心柱20的中轴线旋转，油缸转动头可相对

于半角摆动油缸213转动180°，油缸转动头与上旋转筒22连接，上旋转筒22连接抓手组件

24。这样，在八分角摆动油缸211、四分角摆动油缸212和半角摆动油缸213的共同作用下能

够带动上旋转筒22、抓手组件24和下旋转筒23转动45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、

360°，使抓手组件刚好对应动力头以及传送通道335的中心位置，如图11所示，从而抓取四

个钻库30内的钻杆或岩心管，且能够将岩心管放置于不同钻库30的不同传送通道335中。

[0083] 两个手臂之间的夹角可调节，其中一个手臂可用于将岩心管推入传送通道335的入口侧，另一手臂可将该传送通道出口侧输出的岩心管夹持固定，这样两个手臂能够同时

实现在同一传送通道335中放入使用后的岩心管，并取出新的岩心管，提高了运移效率。

[0084] 作为可选的实施方式，参见图6所示，本实施例提供了一种抓手组件24的具体实施方式，本实施例的抓手组件24包括开合油缸240、第一手臂241、第二手臂242、第三手臂243

和第四手臂244，其中：第一手臂241和第二手臂242位于同一水平面内且两者的端部均铰接

于上旋转筒22上，第三手臂243和第四手臂244位于同一水平面内且两者的端部均铰接于下

旋转筒23上；上旋转筒22外套设有弹性部件，弹性部件的上端限位于上旋转筒22上，其下端

与下旋转筒23连接，如图7所示，弹性部件可以采用压缩弹簧25，参见图6所示，压缩弹簧25

套设在中心柱20上，且压缩弹簧25上设置有滑动件26，开合油缸240水平布置并固定于滑动

件26上，且开合油缸240的伸缩端连接有滑块246；第一手臂241、第二手臂242、第三手臂243

和第四手臂244均与滑块246之间连接有开合臂245，开合臂245的两端均与滑块246和对应

手臂铰接，开合油缸240伸缩时能够驱动第一手臂241和第二手臂242之间、第三手臂243和

第四手臂244之间开合。

[0085] 具体的，参见图6所示，该开合油缸240伸出时，能够推动滑块246向靠近中心柱20的方向移动，此时四个开合臂245在滑块246的带动下朝向中心柱20移动，第一手臂241和第

二手臂242之间、第三手臂243和第四手臂244之间的夹角均增大，上旋转筒22和下旋转筒23

之间的距离减小，压缩弹簧25被相应压缩。该开合油缸240收缩时，能够拉动滑块246向背离

中心柱20的方向移动，此时四个开合臂245在滑块246的带动下背离中心柱20移动，第一手

臂241和第二手臂242之间、第三手臂243和第四手臂244之间的夹角均减小，上旋转筒22和

下旋转筒23之间的距离减小，在压缩弹簧25弹性恢复力的作用下上旋转筒22与下旋转筒23

之间的距离相应增大。

[0086] 其中，参见图4、图11所示，由于不同传送通道335入口侧与出口侧之间的夹角大小不相同，因此，当第一手臂241和第二手臂242之间、第三手臂243和第四手臂244之间的夹角

均增大时，能够对第三传送机构333与第四传送机构334之间的传送通道内的岩心管和钻杆

进行运移；当第一手臂241和第二手臂242之间、第三手臂243和第四手臂244之间的夹角均

减小时，能够对第一传送机构331内的传送通道、第一传送机构331与第二传送机构332之间

的传送通道内的岩心管和钻杆进行运移。

[0087] 本实施例中提供了一种机械手247的具体实施方式，参见图8?图10所示，机械手247包括有抓手油缸2471、抓手座2472和至少两个爪部2473，其中：抓手油缸2471的伸缩端

与所有爪部2473的第一端均铰接，且所有爪部2473均与抓手座2472铰接，参见图10，抓手油

缸2471伸出时，推动两个爪部2473相互分离，参见图9，抓手油缸2471收缩时拉动两个爪部

2473相互靠近。

[0088] 本实施例中的钻具运移机构2，其工作原理是，参见图11所示，通过三个摆动油缸可以使转盘转动45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、360°8个方位；通过开合油缸240可

以控制位于同一平面内的手臂的开合角度。两者配合完成对不同孔位、钻杆库中钻杆、岩心

管的接卸、存取。

[0089] 实施例三[0090] 本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，本实施中的钻机还包括有位于钻机100底部的调平机构5，调平机构5用于支撑钻机平稳置于海床。

[0091] 本实施例中提供了一种调平机构5的具体实施方式，参见图12?图14所示，本实施例的调平机构5包括调平底座50以及位于调平底座50上的两个以上的支脚51，每个支脚51

均连接有调平油缸52、支脚伸缩油缸54和支脚旋转油缸56，其中：参见图13所示，所有支脚

伸缩油缸54的伸缩端均背离调平底座50的中心设置，且支脚伸缩油缸54的伸缩端连接有伸

缩梁55，伸缩梁55与调平底座滑动连接。

[0092] 参见图12和图14所示，调平油缸52转动连接于伸缩梁55的背离支脚伸缩油缸54的一端，调平油缸52的伸缩端向下设置并与支脚51相连接。

[0093] 参见图14，图14中为了看清楚支脚旋转油缸与调平油缸52的连接结构，省略了一个伸缩梁55，支脚旋转油缸56固定在伸缩梁55内，其伸缩端铰接有一偏心杆53，偏心杆53与

调平油缸52相连接，且偏心杆53相对于调平油缸52的中轴线偏心设置，支脚旋转油缸56伸

缩时能带动支脚51在水平面内旋转180°以将支脚51打开和收回。

[0094] 当支脚伸缩油缸54伸展时，能够通过伸缩梁55带动调平油缸52、支脚51相互远离；当支脚伸缩油缸54收缩时，能够通过伸缩梁55带动调平油缸52、支脚51相互靠近。当调平油

缸52伸缩时，能够带动支脚51在竖直方向上移动；当支脚旋转油缸56伸出时，由于偏心杆53

相较于调平油缸52的中轴线偏心设置，因此能够通过偏心杆53带动调平油缸52、支脚51旋

转180°，进而使支脚51打开，参见图12所示，图12中的其中一个支脚51处于打开状态。

[0095] 上述结构的调平机构5能够实现所有支脚51在同一平面内相互靠近和远离，在竖直方向上上升、下降，以及实现支脚51的旋转，从而使得钻机100平稳利于海床。

[0096] 实施例四[0097] 本实施例是在上述实施例的基础上进行的改进，本实施中提供了一种动力钻进机构的具体实施方式，参见图2、图15和图16所示，动力钻进机构包括立轴、用以与钻杆连接的

动力头12、机架和回转系统，其中：立轴11竖直布置，并以自身轴线为中心可转动的设置，立

轴11与动力头12传动连接能带动动力头12转动，且动力头12能上下移动给进。

[0098] 参见图2和图16所示，本实施例的动力钻进机构1还包括有机架13和回转系统，回转机构用于带动动力头12在水平面内转动，回转系统包括有驱动装置、传动轴142、离合器

144和变速箱143，其中：立轴11转动连接于机架13上，立轴11的下部设置有用于夹持钻杆的

卡盘16；驱动装置位于钻机100顶部，传动轴142水平布置，且驱动装置的输出轴与所有传动

轴142传动连接，每根传动轴142的另一端分别与对应立轴11的顶端传动连接，驱动装置转

动能带动所有立轴11以自身轴线为中心转动；且离合器144位于传动轴和立轴之间，用于切

断两者的动力传输。

[0099] 具体的，参见图3所示，本实施例的钻机100包括有四个钻库30和四个动力钻进机构1，传动轴142有四根，每根传动轴142的端部与立轴11的顶端通过两个锥齿轮啮合实现传

动连接(或采用其它常见传动结构)；离合器144用于切断传动轴142和立轴11之间的动力传

输，切断某一立轴11动力传输后，变速箱143可将所需动力头12顺转变为逆转动，之后再离

合器144再闭合，动力头12逆转动(用于拧开动力头12以及钻杆的螺纹连接，同时保证其他

动力头12可以继续顺转动进行钻进工作。离合器144为常见结构，在此不做赘述。

[0100] 驱动装置为液压马达141，液压马达141的输出端设置有锥形的输出齿轮，每个传动杆的端部可设置一个与输出齿轮啮合的从动锥齿轮，从而实现液压马达141与传动轴142

之间的传动连接。

[0101] 参见图3所示，图3中省略了其中一个变速箱143的箱体，以便于看到内部结构，变速箱143位于立轴11上，变速箱143内存在有主动轮1431、中间轮1432，主动轮1431固定套设

在立轴11外，动力头12包括有竖直布置的螺纹连接部121，螺纹连接部121的上端固定有从

动轮120，主动轮1431与从动轮120之间通过中间轮1432啮合传动，以使螺纹连接部121在立

轴11的带动下转动。参见图4，螺纹连接部121的下部设置有用以与钻杆螺纹连接的外螺纹

端122。

[0102] 上述结构的回转系统，参见图2?图4所示，液压马达141转动时，能够带动四根传动轴142(或者其他数量)转动，传动轴142将动力传递至立轴11，立轴11以自身轴线为轴心转

动；参见图4，立轴11通过变速箱143中的主动轮1431、中间轮1432带动动力头12的螺纹连接

部121转动，从而实现动力头12的回转。当动力头12的外螺纹端122与钻杆连接后，能够实现

钻杆的回转，为钻进提供回转动力。

[0103] 为了保证钻杆能够在动力头12的带动下进行钻探工作，本实施例的动力钻进机构1还包括有给进系统15，给进系统15用于带动动力头12和连接在动力头12上的钻杆上下移

动。参见图3和图4所示，给进系统15包括有长给进油缸151、短给进油缸152、上滑座153和下

滑座154，其中：上滑座153和下滑座154均滑动连接于机架13上，且两者在竖直方向上间隔

布置，变速箱143和动力头12均连接于下滑座154上；长给进油缸151竖直布置，且其伸缩端

与上滑座153铰接；短给进油缸152的固定端铰接于下滑座154上，且其伸缩端与上滑座153

铰接。

[0104] 参见图3和图4所示，短给进油缸152伸展和收缩时，能够推动和拉动下滑座154及位于下滑座154上的变速箱143和动力头12上下移动；长给进油缸151伸展和收缩时，能推动

和拉动上滑座153沿机架13上下运动，上滑座153移动时同时带动短给进油缸152、下滑座

154和动力头12上下移动，为钻进提供给进压力。

[0105] 上述长给进油缸151和短给进油缸152的配合结构，能够在有限的竖直空间内延长动力头的可移动距离。如，当长给进油缸151完全伸出，不能继续带动动力头下降时，短给进

油缸152伸出，能够使得动力头运动至长给进油缸151伸缩端以下的位置，从而延长动力头

的可移动距离。

[0106] 上述给进系统15和回转系统能够实现动力头12在上下方向上的给进和水平面内的旋转，分别为钻进提供回转动力和给进压力，当动力头12与钻杆连接后，能够进行钻孔作

业。

[0107] 螺纹连接部121转动时，转动的外螺纹端122能够与其正下方的钻杆螺纹连接，(现有技术中的钻杆通常与动力头12之间采用螺纹连接的方式，在此不做赘述)。

[0108] 其中，应当理解的是，当动力头12的螺纹连接部121与钻杆螺纹连接时，不但需要螺纹连接部121能够进行旋转，同样需要螺纹连接部121能够在竖直方向上移动，才能实现

螺纹连接部121与钻杆完成连接。螺纹连接部121的旋转动力通过上述回转系统实现，其竖

直方向的移动可通过上述给进系统15实现。

[0109] 实施例五[0110] 为了能够将钻杆内的岩心管打捞、将新的岩心管置于钻杆内，本实施例中的钻机还包括有设置在钻机顶部的取心机构，参见图2和图15所示，每个动力钻进机构1上均连接

一个取心机构4，取心机构4包括绞车41和捞矛头42，其中：绞车41上缠绕有绳索43，绞车41

用于回收或释放绳索43，捞矛头42固定在绳索43的自由端，且捞矛头42位于动力头12的正

上方。

[0111] 上述绞车41为本领域内的成熟技术，主要利用转动的辊筒释放和回收绳索43，从而将捞矛头42提升和下降，在此对其结构不做赘述。捞矛头42同样为本领域内的成熟技术，

当捞矛头42伸入至岩心管内时，捞矛头42能够与岩心管内的结构锁定从而与岩心管连接将

岩心管拉起或下放，作为本领域内技术人员熟知的现有技术，在此对其结构不做赘述。

[0112] 应当理解的是，当岩心管内充满岩芯后，取心机构4中的捞矛头42下放，捞矛头42与钻杆内使用后的岩心管锁定后，将岩心管提升，之后利用钻具运移机构2将使用后的岩心

管存放至钻具存储机构3中，且钻具运移机构2取出一新的岩心管300转移至动力钻进机构1

处，捞矛头42将该新的岩心管下放至钻孔底部的钻杆200内部，继续取样。

[0113] 其中，钻具存储机构3中存储钻杆的目的是：随着钻探的深入，钻杆需要不断延长，使用钻具运移机构2能够不断取用新的钻杆，从而实现与动力头12连接的钻杆组件的不断

延长。(钻杆的首尾端能够相互套接，作为本领域的成熟技术，在此不做赘述)。与岩心管不

同的是，在上述过程中，钻具存储机构3中的钻杆是不断消耗的，随着钻探的不断进行，钻具

存储机构3中的钻杆越来越少。

[0114] 本发明的具体工作过程是：[0115] 1.钻机下放至海底，在临近海床面时，调平机构5的支脚伸缩油缸54前进，使伸缩梁55伸出，同时支脚旋转油缸56回收，使支脚51旋转180°，之后根据传感器测量所得数据，

调整调平油缸52，保证钻机垂直于海床面。

[0116] 2.半角摆动油缸213，四分角摆动油缸212，八分角摆动油缸211转动，使抓手组件24转到钻库30中心位置，后开合油缸240前进，滑块246通过开合臂245带动四个手臂，使其

打开一定角度，使机械手247对准钻库30存放钻杆200或岩心管300的传送通道335，之后抓

手油缸2471给进，机械手247打开。抓取钻杆或岩心管后，开合油缸240回收，相对两个手臂

之间合并，同时三个摆动油缸配合使抓手组件24转动到钻孔400的位置。

[0117] 3.接卸卡盘16夹紧钻具，同时液压马达141启动，动力通过分动箱、传动轴分别传递至四个立轴11，变速箱调整转速，动力头12开始旋转，短给进油缸开始前进，动力头12与

钻杆连接，卡盘16松开。

[0118] 4.重复2、3动作，使所有钻孔400位置的动力头均连接钻杆200。之后，短给进油缸152和长给进油缸151配合，为钻进提供钻压，钻探作业开始。

[0119] 5.取芯作业。在一根钻杆完全给进后，绳索取心机构4开始工作，绞车下放捞矛头42打捞岩心管，机械手247抓取岩心管。之后，三个摆动油缸驱动使抓手组件24转到钻库30

中心位置，后开合油缸240前进，滑块通过开合臂245带动第一手臂241与第二手臂242、第三

手臂243与第四手臂244，使其打开一定角度，使机械手对准钻库30存放岩心管的传送通道

335，两侧抓手油缸2471前进，将岩心管放入传送通道335。由于传送机构作用，将会从另一

出口侧送出未使用岩心管，右侧机械手247抓取岩心管后，开合油缸240回收，第一手臂241

与第二手臂242合并、第三手臂243与第四手臂244合并，同时三个摆动油缸配合使抓手组件

24转动到钻孔400位置，如图11。捞矛头42卡住岩心管后，绞车41工作，下放岩心管300至孔

底，重复动作2、3，连接新钻具继续进行钻探作业。

[0120] 本发明的中控式海底多头连续取样钻机：动力钻进机构保证了在四个动力头给进深度不同时、取芯作业时以及接卸钻杆时的钻机正常作业；变速箱能改变钻进钻速以及方

向以适应不同条件；四个钻库呈扇形围在中心，充分利用了钻机的内部空间；钻库的传送结

构使钻具的存取更加简便，通过位于中心的钻具运移机构即可完成钻具的运移工作，减少

了存取杆时间，使得钻探作业更具有效率；调平机构中的支脚可以旋转回收，利于钻机下

放，钻探作业时可向外伸出，使钻机更稳定；整个钻机动力由液压系统提供，控制简单方便，

使用安全可靠。

[0121] 在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0122] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特

点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不

必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任

一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技

术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结

合和组合。

[0123] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵

盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。