CN114382414B - 潜孔随钻静力触探器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上勘探技术领域，尤其涉及一种潜孔随钻静力触探器，包括：钻具外管，内部沿轴向上下贯通；可张开或闭合的钻头，设于钻具外管的下端；探头，设于钻具外管内部并位于钻头上方；探头驱动件，设于钻具外管内部并驱动探头上下移动，探头向下移动接触钻头时使钻头张开并穿过钻头，探头向上移动离开钻头时钻头闭合；以及钻具驱动件，驱动钻具外管旋转。将静力触探器和钻进用的钻具合二为一，在下入孔内完成单一回次的静力触探试验后，可以通过钻头直接进行钻进，并在完成钻进后原地进行下一回次的静力触探试验，并以此重复循环，直至达到静力触探试验设计孔深，能够节省大量起下钻具和静力触探器的辅助时间，大幅提高作业效率。

Description

潜孔随钻静力触探器

技术领域

本发明涉及海上勘探技术领域，尤其涉及一种潜孔随钻静力触探器。

背景技术

目前，海上勘探原位测试静力触探试验有海床式静力触探和井下式静力触探两种方式。

海床式静力触探通过海上勘探平台或海上勘探船上的起吊设备，将海床式静力触探机下放至海底，通过自重提供平衡触探反力，双轮或油缸驱动触探杆将探头贯入地层中，实现静力触探试验。海床式静力触探不需要钻机等钻探设备，双轮式可连续贯入，操作简便，作业效率高，但是适应地层单一，仅适用于相对均质的土层，当地层出现软硬互层时，探头不能穿过硬层，无法测试硬层以下的地层，并且探头遇硬层时触探杆易折断，此外，信号电缆从每根触探杆轴心孔通过，导致装卸触探杆不方便。

井下式静力触探是将静力触探器通过钻机，使用钻杆(套管)将其下放至钻孔内，海底基盘的自重提供平衡触探反力，油缸驱动将探头贯入地层中，完成第一次单一回次静力触探试验，单一回次贯入长度约3米；然后从孔内提出静力触探器，下入钻具对该回次静力触探试验的地层进行钻进清孔，钻进进尺2.5米；而后提出钻具，再将静力触探器下入孔内进行第二次单一回次的静力触探试验。如此循环往复，直至达到设计孔深，完成该孔的原位静力探试验。井下式静力触探适用地层广泛，不受地层软硬影响，可完成较大孔深的静力触探试验，但是每单一回次的静力触探试验需要起、下静力触探器各一次以及起、下钻具各一次，起下静力触探器、钻具的辅助时间大幅超过了试验本身需要的时间，效率低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能实现静力触探，又能实现钻进的潜孔随钻静力触探器，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种潜孔随钻静力触探器，包括：钻具外管，内部沿轴向上下贯通；可张开或闭合的钻头，设于钻具外管的下端；探头，设于钻具外管内部并位于钻头上方；探头驱动件，设于钻具外管内部并驱动探头上下移动，探头向下移动接触钻头时使钻头张开并穿过钻头，探头向上移动离开钻头时钻头闭合；以及钻具驱动件，驱动钻具外管旋转。

优选地，还包括：基座管，内部沿轴向上下贯通；分流器，设于基座管内部，分流器内部形成有相互独立的第一油道和第二油道；换向阀，设于基座管内部，换向阀具有用于连接脐带缆中的液压管的输入口、连接第一油道的第一接口和连接第二油道的第二接口；探头驱动件为液压缸，液压缸包括无杆腔、有杆腔以及上端位于有杆腔内且下端连接探头的活塞杆，无杆腔和有杆腔分别与第一油道和第二油道相连通。

优选地，分流器包括内部中空的外壳和可沿周向转动地内套于外壳内部的芯轴，钻具驱动件设于基座管内部并连接芯轴的上端，芯轴的下端连接钻具外管的上端。

优选地，钻具驱动件为液压马达，换向阀还具有分别连接液压马达的进油口和出油口的第三接口和第四接口。

优选地，外壳上开设有连接第一接口的第一油口和连接第二接口的第二油口，第一油道和第二油道均设于芯轴内，第一油道的上端和第二油道的上端分别与第一油口和第二油口相连通，第一油道的下端和第二油道的下端均贯通芯轴的下端端面且分别与无杆腔和有杆腔相连通。

优选地，钻具外管的上端设有将钻具外管的上端封闭的钻具接头，芯轴的下端贯穿钻具接头并与钻具接头固定连接。

优选地，换向阀、钻具驱动件和外壳均与基座管之间具有间隔空间，外壳上开设有进浆口，芯轴内设有浆道，浆道的上端与进浆口相连通，浆道的下端贯通芯轴的下端端面，探头驱动件、探头和钻头均与钻具外管之间具有间隔空间。

优选地，钻具外管内部设有用于检测活塞杆的位移的检测件，检测件连接检测信号电缆，芯轴的下端安装有滑环，滑环包括分别与芯轴沿周向滑动配合和固定配合的固定端和旋转端，检测信号电缆连接旋转端，固定端连接脐带缆中的信号缆。

优选地，基座管的下端设有将基座管的下端封闭的下接头，芯轴可沿周向转动地穿设于下接头，滑环位于外壳的下端与下接头之间，芯轴内设有供检测信号电缆穿过的电缆通道。

优选地，基座管的上端设有将基座管的上端封闭的上接头，上接头上设有供脐带缆穿过的插孔。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的潜孔随钻静力触探器将静力触探器和钻进用的钻具合二为一，在下入孔内完成单一回次的静力触探试验后，无需提出静力触探器和下入钻具，可以通过钻头直接对该回次的静力触探试验的地层进行钻进，并在完成钻进后原地进行下一回次的静力触探试验，并以此重复循环，直至达到静力触探试验设计孔深，克服了现有井下式静力触探试验需要反复将静力触探器和钻具从孔内提出和下入的缺点，能够节省大量起、下钻具和起、下静力触探器的辅助时间，大幅提高作业效率。

附图说明

图1是本发明实施例的潜孔随钻静力触探器的局部剖视示意图。

图2是图1中a部的放大示意图。

图3是图1中b部的放大示意图。

图4是图1中c部的放大示意图。

图5是图3中A-A处的截面示意图。

图6是图3中B-B处的截面示意图。

图7是图3中C-C处的截面示意图。

图8是图3中D-D处的截面示意图。

图9是图3中E-E处的截面示意图。

图10是图4中F-F处的截面示意图。

图11是本发明实施例的潜孔随钻静力触探器的使用示意图。

其中，附图标记说明如下：

100 潜孔随钻静力触探器 11 第一油管接头

1 钻具外管 12 第二油管

2 钻头 13 第二油管接头

201 翼片 14 第三油管

3 探头 15 第四油管

4 探头驱动件 16 钻具接头

41 活塞杆 17 检测信号电缆

42 法兰座 18 滑环

43 螺栓 181 固定端

44 法兰 182 旋转端

45 连通孔 19 下接头

5 钻具驱动件 20 基座套

6 基座管 21 螺钉

7 分流器 22 第一密封圈

701 第一油道 23 第二密封圈

702 第二油道 24 第三密封圈

703 浆道 25 第四密封圈

704 电缆通道 26 连接件

71 外壳 27 充气接头

711 第一油口 28 上接头

712 第二油口 29 电缆

713 进浆口 01 控制器

72 芯轴 02 基盘

720 芯轴端帽 03 套管卡盘

721 第一环形槽 04 套管

722 第二环形槽 05 海底基床

723 第三环形槽 06 钻杆

73 轴承 07 波浪补偿钻机动力头

8 换向阀 08 钻杆卡盘

81 输入口 09 脐带缆卷扬

82 第一接口 010 液压动力系统控制柜

83 第二接口 011 波浪补偿钻机卷扬

84 第三接口 012 泥浆泵

85 第四接口 013 泥浆池

9 脐带缆 014 勘探船

10 第一油管 015 钻孔孔壁

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，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。

如图1至图11所示，本发明的潜孔随钻静力触探器的一种实施例。

参见图1至图4，本实施例的潜孔随钻静力触探器100包括钻具外管1、钻头2、探头3、探头驱动件4和钻具驱动件5。钻具外管1内部沿轴向上下贯通。钻头2为可张开或闭合的钻头，钻头2设于钻具外管1的下端，钻头2与钻具外管1的下端通过螺纹配合固定连接。探头3设于钻具外管1内部并位于钻头2上方。探头驱动件4设于钻具外管1内部并驱动探头3上下移动。探头3向下移动接触钻头2时使钻头2张开并穿过钻头2，探头3向上移动离开钻头2时钻头2闭合。钻具驱动件5驱动钻具外管1旋转，钻具外管1旋转时带动钻头2随之同步旋转。

使用时，通过探头驱动件4驱动探头3向下移动，使探头3顶开钻头2并穿过钻头2，可以将探头3贯入地层中，实现静力触探试验；在完成一次静力触探试验后，通过探头驱动件4驱动探头3向上移动，使探头3收回至钻具外管1内部并离开钻头2，可以使钻头2恢复闭合，再由钻具驱动件5驱动钻具外管1带动钻头2旋转，同时将潜孔随钻静力触探器100整体下放，可以实现钻头2向下回转钻进，向探头3贯入试验过的地层钻进设定深度；在完成一次钻进后，钻具驱动件5停止驱动钻具外管1和钻头2旋转，探头驱动件4再次驱动探头3向下移动，进行下一次静力触探试验；以此重复循环，直至达到静力触探试验设计孔深。

由此，本实施例的潜孔随钻静力触探器100将静力触探器和钻进用的钻具合二为一，在下入孔内完成单一回次的静力触探试验后，无需提出静力触探器和下入钻具，可以通过钻头2直接对该回次的静力触探试验的地层进行钻进，并在完成钻进后原地进行下一回次的静力触探试验，并以此重复循环，直至达到静力触探试验设计孔深，克服了现有井下式静力触探试验需要反复将静力触探器和钻具从孔内提出和下入的缺点，能够节省大量起、下钻具和起、下静力触探器的辅助时间，大幅提高作业效率。

本实施例中，参见图4，钻头2可以包括两个可相对张开或闭合设置的翼片201，两个翼片201的上端分别铰接在钻头2的钻头体上，两个翼片201的下端相对设置，两个翼片201的下端通过弹性结构(如弹簧)的弹力作用保持相对接闭合的状态，形成全断面钻进钻头。探头3向下移动接触钻头2时可以克服弹性结构的弹力顶开两个翼片201相对接闭合的下端，使钻头2张开并从两个翼片201之间穿过钻头2；探头3向上移动离开钻头2时，两个翼片201的下端在弹性结构的弹力作用下自动恢复并保持相对接闭合的状态。

参见图1至图4，优选地，本实施例的潜孔随钻静力触探器100还包括基座管6、分流器7和换向阀8。基座管6内部沿轴向上下贯通。分流器7设于基座管6内部，分流器7内部形成有相互独立的第一油道701和第二油道702。换向阀8设于基座管6内部，换向阀8具有用于连接脐带缆9中的液压管的输入口81、连接第一油道701的第一接口82和连接第二油道702的第二接口83，换向阀8还具有与脐带缆9中的液压管相连接的回油口(图中未示出)，通过换向阀8换向可以使输入口81与第一接口82相连通且回油口与第二接口83相连通，或输入口81与第二接口83相连通且回油口与第一接口82相连通，从而可将脐带缆9中的液压管输送的液压油输送至第一油道701或第二油道702中。换向阀8优选地可以采用电磁换向阀。探头驱动件4为液压缸，液压缸包括无杆腔、有杆腔以及活塞杆41，活塞杆41的上端位于有杆腔内，活塞杆41的下端连接探头3。本实施例中，较佳地，探头3和液压缸均与钻具外管1同轴设置在钻具外管1内部，且液压缸位于探头3上方，液压缸的无杆腔位于有杆腔的上方。液压缸的外周面上可以设有法兰44，钻具外管1的内壁上可以设有法兰座42，法兰44与法兰座42通过螺栓43固定连接，从而将液压缸固定安装在钻具外管1的内壁上，则钻具驱动件5驱动钻具外管1旋转时，液压缸和探头3随之同步旋转。液压缸的无杆腔和有杆腔分别与第一油道701和第二油道702相连通，则当第一油道701中有来油时，液压油进入液压缸的无杆腔内，推动活塞杆41向下移动，从而驱动探头3向下移动，此时，液压缸的有杆腔内的液压油经第二油道702、换向阀8的第二接口83和回油口回油至脐带缆9中的液压管；当第二油道702中有来油时，液压油进入液压缸的有杆腔内，推动活塞杆41向上移动，从而驱动探头3向上移动，此时液压缸的无杆腔内的液压油经第一油道701换向阀8的第一接口82和回油口回油至脐带缆9中的液压管。本实施例中，参见图4，液压缸的无杆腔通过第一油管10与第一油道701相连通，第一油管10与第一油道701之间可以通过第一油管接头11相连接；液压缸的有杆腔通过第二油管12与第二油道702相连通，第二油管12与第二油道702之间可以通过第二油管接头13相连接。液压缸与钻具外管1之间具有间隔空间，第一油管接头11、第一油管10、第二油管接头13和第二油管12均设置在液压缸与钻具外管1之间的间隔空间内。

参见图3，优选地，分流器7包括内部中空的外壳71和可沿周向转动地内套于外壳71内部的芯轴72，芯轴72优选通过轴承73可转动地支撑在外壳71的内壁上。钻具驱动件5设于基座管6内部并连接芯轴72的上端，芯轴72的下端连接钻具外管1的上端。由钻具驱动件5驱动芯轴72相对外壳71旋转，由芯轴72带动钻具外管1随之同步旋转。因此，在钻具驱动件5驱动钻具外管1和钻头2旋转钻进时，基座管6和分流器7的外壳71不转动。

较佳地，参见图2和图3，本实施例中，钻具驱动件5为液压马达，换向阀8还具有分别连接液压马达的进油口和出油口的第三接口84和第四接口85，通过换向阀8换向还可以使换向阀8的输入口81与第三接口84相连通且换向阀8的回油口与第四接口85相连通，通过输入口81和第三接口84向液压马达输送液压油，使液压马达驱动芯轴72带动钻具外管1旋转，液压马达的回油则通过第四接口85和回油口回油至脐带缆9中的液压管。

本实施例中，参见图2和图3，钻具驱动件5和分流器7同轴设于基座管6内部，钻具驱动件5位于分流器7的上方。换向阀8设于基座管6内部并位于钻具驱动件5的上方，换向阀8固定支撑在基座管6的内壁上。

本实施例中，参见图3，在基座管6内设有基座套20，基座套20与基座管6的内壁之间通过螺纹配合固定连接，基座套20内部沿轴向上下贯通。分流器7的外壳71的上端外套于基座套20的下端，分流器7的芯轴72的上端上外套有芯轴端帽720，芯轴端帽720与芯轴72的上端之间通过螺纹配合固定连接，芯轴端帽720内套于基座套20的下端并与基座套20之间具有间隙，轴承73设于芯轴72的上端并位于芯轴端帽720下方，钻具驱动件5的下端内套于基座套20的上端，且钻具驱动件5的输出轴与芯轴72的上端固定连接，钻具驱动件5的输出轴与芯轴72的上端可以采用键连接。外壳71、基座套20和钻具驱动件5通过螺钉21相连接固定，由此实现钻具驱动件5和分流器7在基座管6内的安装固定。

较佳地，参见图2和图3，本实施例中，分流器7的外壳71上开设有第一油口711和第二油口712。第一油口711连接换向阀8的第一接口82，换向阀8的第一接口82可以通过第三油管14与外壳71上的第一油口711相连通。第二油口712连接换向阀8的第二接口83，换向阀8的第二接口83可以通过第四油管15与外壳71上的第二油口712相连通。结合图5、图6和图7，本实施例中，钻具驱动件5和分流器7的外壳71均与基座管6之间具有间隔空间，基座套20与基座管6之间也具有间隔空间，第三油管14和第四油管15均设置在钻具驱动件5、基座套20和外壳71与基座管6之间的间隔空间内。为适配外壳71和基座管6的轮廓形状，优选地，第三油管14和第四油管15均为椭圆管。第一油道701和第二油道702均设于芯轴72内，且第一油道701和第二油道702均沿芯轴72的轴向延伸，第一油道701的上端和第二油道702的上端分别与外壳71上的第一油口711和第二油口712相连通，从而分别连接换向阀8的第一接口82和第二接口83。参见图3和图6，芯轴72的外周面上在第一油道701的上端处设有沿芯轴72的周向延伸的第一环形槽721，第一油道701的上端与第一环形槽721相连通，外壳71上的第一油口711位于第一环形槽721的外周侧并与第一环形槽721相连通，从而与第一油道701的上端相连通。参见图3和图7，芯轴72的外周面上在第二油道702的上端处设有沿芯轴72的周向延伸的第二环形槽722，第二油道702的上端与第二环形槽722相连通，外壳71上的第二油口712位于第二环形槽722的外周侧并与第二环形槽722相连通，从而与第二油道702的上端相连通。由此，当芯轴72相对外壳71发生旋转时，外壳71上的第一油口711通过第一环形槽721与第一油道701的上端保持相连通，第二油口712通过第二环形槽722与第二油道702的上端保持相连通。第一油道701的下端和第二油道702的下端均贯通芯轴72的下端端面且分别与探头驱动件4(液压缸)的无杆腔和有杆腔相连通。参见图4，第一油道701的下端可以通过第一油管接头11和第一油管10连通至探头驱动件4的无杆腔，第二油道702的下端可以通过第二油管接头13和第二油管12连通至探头驱动件4的有杆腔。

本实施例中，参见图3，钻具外管1的上端设有将钻具外管1的上端封闭的钻具接头16，钻具接头16与钻具外管1的上端之间可以通过螺纹配合固定连接。芯轴72的下端贯穿钻具接头16并与钻具接头16固定连接，芯轴72的下端与钻具接头16之间可以通过螺纹配合固定连接。芯轴72转动时带动钻具接头16随之转动，并由钻具接头16带动钻具外管1同步转动。芯轴72的下端贯穿钻具接头16，以便于贯通芯轴72下端端面的第一油道701的下端和第二油道702的下端分别连通至探头驱动件4(液压缸)的无杆腔和有杆腔。

参见图2和图3，本实施例中，换向阀8、钻具驱动件5和分流器7的外壳71均与基座管6之间具有间隔空间，基座套20与基座管6之间也具有间隔空间，且换向阀8、钻具驱动件5、基座套20和外壳71与基座管6之间的间隔空间相互连通，形成可供泥浆通过的通道。参见图4，探头驱动件4、探头3和钻头2均与钻具外管1之间具有间隔空间，且探头驱动件4、探头3和钻头2与钻具外管1之间的间隔空间相互连通。参见图4和图10，本实施例中，探头驱动件4上的法兰44和钻具外管1内壁上的法兰座42上开设有连通孔45，连通孔45将探头驱动件4与钻具外管1之间的间隔空间和探头3与钻具外管1之间的间隔空间相连通，形成可供泥浆通过的通道。参见图3和图8，外壳71上开设有进浆口713，芯轴72内设有浆道703，浆道703沿芯轴72的轴向延伸，且浆道703与第一油道701和第二油道702均相互独立，浆道703为泥浆通道。浆道703的上端与外壳71上的进浆口713相连通，从而与换向阀8、钻具驱动件5和外壳71与基座管6之间的间隔空间相连通。芯轴72的外周面上在浆道703的上端处设有沿芯轴72的周向延伸的第三环形槽723，浆道703的上端与第三环形槽723相连通，外壳71上的进浆口713位于第三环形槽723的外周侧并与第三环形槽723相连通，从而与浆道703的上端相连通。由此，当芯轴72相对外壳71发生旋转时，外壳71上的进浆口713与浆道703的上端保持相连通。浆道703的下端贯通芯轴72的下端端面，而芯轴72的下端贯穿钻具接头16，因此，浆道703的下端与钻具外管1内探头驱动件4与钻具外管1之间的间隔空间相连通，从而由浆道703连通基座管6内可供泥浆通过的通道与钻具外管1内可供泥浆通过的通道，使得泥浆池内的泥浆可从基座管6内经浆道703进入钻具外管1内，并到达钻头2处，在钻头2回转钻进时，到达钻头2处的泥浆可以将钻头2在地层中回转钻进形成的土屑、岩屑从钻头2底部携带走，经钻具外管1外周侧向上返回至泥浆池，由此完成孔底清孔，且泥浆沿程经过裸孔孔壁时可以对孔壁形成保护，防止孔壁坍塌。

参见图3，本实施例中，优选地，为保证分流器7的密封性，在钻具驱动件5的下端与基座套20的上端之间、外壳71的上端与基座套20的下端之间、外壳71的下端与芯轴72之间均设有第一密封圈22，使钻具驱动件5的下端与基座套20的上端之间、外壳71的上端与基座套20的下端之间、外壳71的下端与芯轴72之间均为密封配合。外壳71与芯轴72之间，在第一油口711及第一环形槽721的上下两侧、第二油口712及第二环形槽722的上下两侧、进浆口713及第三环形槽723的上下两侧均设有第二密封圈23，以保证分流器7内第一油道701、第二油道702和浆道703的密封性。

参见图3和图4，本实施例中，优选地，钻具外管1内部设有检测件(图中未示出)，检测件用于检测探头驱动件4的活塞杆41的位移，检测件连接检测信号电缆17，分流器7的芯轴72的下端安装有滑环18，滑环18包括固定端181和可相对固定端181旋转的旋转端182，滑环18的固定端181和旋转端182之间信号连接，滑环18的固定端181与芯轴72沿周向滑动配合，滑环18的旋转端182与芯轴72沿周向固定配合。检测信号电缆17连接滑环18的旋转端182，滑环18的固定端181连接脐带缆9中的信号缆，滑环18的固定端181可以通过电缆29连接至脐带缆9中的信号缆。当芯轴72相对分流器7外壳71发生旋转时，滑环18的固定端181不随芯轴72旋转而固定不动，与滑环18的固定端181相连接的电缆29及脐带缆9也不随芯轴72转动；滑环18的旋转端182则在芯轴72的带动下随之同步旋转，与滑环18的旋转端182连接的检测信号电缆17随之旋转，由此使得钻具驱动件5驱动芯轴72带动钻具外管1旋转，探头驱动件4和探头3随之同步旋转时，设于钻具外管1内的检测件和与检测件相连接的检测信号电缆17也能够与之保持同步旋转，并使得检测件的检测信号能够通过检测信号电缆17、滑环18和电缆29输送至脐带缆9中的信号缆，从而可由脐带缆9输送至控制器，实现检测件的检测信号的实时显示、记录和存储。在由探头驱动件4的活塞杆41驱动探头3向下移动，将探头3贯入地层中进行静力触探试验时，通过检测件检测探头驱动件4的活塞杆41的位移，即可测得探头3的贯入量。优选地，检测件可以采用激光测距仪，激光测距仪可以安装在探头驱动件4(液压缸)的缸底。

本实施例中，探头3也可以连接探头信号电缆，探头信号电缆可以穿过探头驱动件4(液压缸)的活塞杆41和无杆腔后与检测信号电缆17聚合，并共同连接至滑环18的旋转端182。

本实施例中，参见3和图9，基座管6的下端设有将基座管6的下端封闭的下接头19，下接头19与基座管6的下端之间可以通过螺纹配合固定连接。芯轴72可沿周向转动地穿设于下接头19，芯轴72穿过下接头19后贯穿钻具接头16并与钻具接头16固定连接，下接头19位于钻具接头16的上方并与钻具接头16之间具有间隔距离。滑环18设于钻具外管1内部并位于分流器7外壳71的下端与下接头19之间，芯轴72内设有供检测信号电缆17穿过的电缆通道704。芯轴72相对外壳71发生旋转时，穿过电缆通道704的检测信号电缆17和滑环18的旋转端182随芯轴72同步旋转，下接头19和基座管6则固定不动。本实施例中，检测信号电缆17和探头3底部连接的探头信号电缆均穿过电缆通道704而共同连接至滑环18的旋转端182，并且，检测信号电缆17和探头信号电缆与电缆通道704的侧壁之间为密封配合。

本实施例中，参见图3，基座管6的内壁上在与分流器7外壳71的下端相对应的位置处设有内部沿轴向上下贯通的连接件26，连接件26焊接在基座管6的内壁上，外壳71的下端内套于连接件26内部。在外壳71的下端与连接件26之间设有第三密封圈24，在芯轴72与下接头19之间设有第四密封圈25，从而在芯轴72、基座管6、连接件26与下接头19之间形成一密封环形腔，滑环18设于该密封环形腔内，与滑环18的固定端181相连接的电缆29穿过连接件26连接至脐带缆9中的信号缆，且电缆29与连接件26之间为密封配合。第一油道701的上端、第二油道702的上端和浆道703的上端均位于连接件26的上方，亦即外壳71上的第一油口711、第二油口712和进浆口713均位于连接件26的上方，由此，泥浆池内的泥浆进入基座管6内后可以进入浆道703，而不会进入滑环18所在的密封环形腔内。

参见图3，较佳地，下接头19上可以设有充气接头27，在本实施例的潜孔随钻静力触探器100组装调试完毕后，可以通过充气接头27向滑环18所在的密封环形腔内充气，进行耐压测试，在测试完毕后，需将充气接头27更换为丝堵，将滑环18所在的密封环形腔封堵密封后方可使用。

本实施例中，参见图2，基座管6的上端设有将基座管6的上端封闭的上接头28，上接头28与基座管6的上端之间可以通过螺纹配合固定连接。上接头28的内部沿轴向上下贯通，从而与基座管6的内部相连通，可用于向基座管6的内输入泥浆。上接头28上设有供脐带缆9穿过的插孔，换向阀8位于上接头28的下方，脐带缆9穿过上接头28上的插孔后，脐带缆9中的液压管连接至换向阀8的输入口81，脐带缆9中的信号缆连接电缆29，电缆29穿过换向阀8、钻具驱动件5、基座套20和外壳71与基座管6之间的间隔空间，并穿过连接件26连接至滑环18的固定端181。

参见图11，本实施例的潜孔随钻静力触探器100的使用依次包括以下步骤。

步骤一、潜孔随钻静力触探器100组装调试：将潜孔随钻静力触探器100的各部件组装，组装完成后，将脐带缆9的一端穿过上接头28上的插孔，脐带缆9中的液压管连接至换向阀8的输入口81和回油口，脐带缆9中的信号缆连接至电缆29，脐带缆9的另一端通过脐带缆卷扬09连接至液压动力系统控制柜010和控制器01，其中，脐带缆9中的液压管连接至液压动力系统控制柜010，液压动力系统控制柜010由液压油箱、液压油泵和控制换向阀等构成，通过脐带缆9向潜孔随钻静力触探器100提供液压动力；脐带缆9中的信号缆连接至控制器01，潜孔随钻静力触探器100的换向阀8也与控制器01信号连接。其中，控制器10和液压动力系统控制柜010均可以采用现有技术的控制器和液压站。然后，运行调试钻头2回转钻进、探头3贯入、信号传输等动作，直到符合设计要求。

步骤二、防水耐压测试：潜孔随钻静力触探器100组装调试完毕后，通过充气接头27向滑环18所在的密封环形腔内充气，进行耐压测试，充气压力0.7MPa-1.5MPa，保持充气压力8小时，若无泄压，测试完毕。在测试完毕后，将充气接头27更换为丝堵，将滑环18所在的密封环形腔封堵密封，而后方可使用。

步骤三、现场安装：通过基盘02上的套管卡盘03将套管04安装固定在基盘02上，套管04随基盘02下放至海底基床05上，将潜孔随钻静力触探器100置入套管04内，将潜孔随钻静力触探器100的上接头28连接钻杆06，依靠钻杆06将潜孔随钻静力触探器100及脐带缆9下入孔内预定位置，钻杆06上端连接波浪补偿钻机动力头07，波浪补偿钻机动力头07连接波浪补偿钻机卷扬011，将钻杆卡盘08安装在套管04上端的孔口端。此外，将泥浆泵012的输入口连通至泥浆池013，将泥浆泵012的输出口连通至波浪补偿钻机动力头07上的水接头，钻杆06内部沿轴向上下贯通，波浪补偿钻机动力头07上的水接头通过钻杆06内部连通至潜孔随钻静力触探器100的上接头28内部，套管04上端设有与泥浆池013相连通的开口。泥浆泵012与控制器01信号连接。泥浆池013、泥浆泵012、波浪补偿钻机卷扬011、脐带缆卷扬09、液压动力系统控制柜010和控制器01均设于勘探船014上。

步骤四、静力触探试验：操作套管卡盘03和钻杆卡盘08分别卡住套管04和钻杆06，将套管04和钻杆06固定，以为潜孔随钻静力触探器100探头3贯入提供支撑反力；按下液压动力系统控制柜010上的启动按钮，液压动力系统控制柜010开始工作，通过脐带缆卷扬09和脐带缆9输送液压油至换向阀8的输入口81，控制器01控制换向阀8将换向阀8的输入口81与第一接口82相连通且回油口与第二接口83相连通，液压油依次经过第一接口82、第三油管14、第一油口711、第一环形槽721、第一油道701、第一油管接头11和第一油管10进入探头驱动件4(液压缸)的无杆腔内，推动活塞杆41向下移动，从而驱动探头3向下移动，此时，探头驱动件4(液压缸)的有杆腔内的液压油依次经过第二油管12、第二油管接头13、第二油道702、第二环形槽722、第二油口712、第四油管15、第二接口83和换向阀8的回油口回油至脐带缆9中的液压管，探头3向下移动顶开钻头2的两个相对接闭合的翼片201，从两个翼片201之间穿过钻头2，并贯入地层中，进行第一回次的静力触探试验。探头3向下移动贯入地层时的反力向上通过钻杆06传递给钻杆卡盘08、通过钻杆卡盘08传递给套管04、通过套管04传递给套管卡盘03、通过套管卡盘03传递给基盘02。在探头3贯入地层的过程中，探头3的测量信号通过探头信号电缆、检测件(激光测距仪)检测到的探头驱动件4活塞杆41的位移信号通过检测信号电缆17均输送至滑环18，并经滑环18和电缆29、脐带缆9中的信号缆输送至控制器01，控制器01接收该信号，并实时显示、记录和存储接收到的信号。第一回次的静力触探试验完成后，控制器01控制换向阀8换向，将换向阀8的输入口81与第二接口83相连通且回油口与第一接口82相连通，使液压油依次经过第二接口83、第四油管15、第二油口712、第二环形槽722、第二油道702、第二油管接头13和第二油管12进入探头驱动件4(液压缸)的有杆腔内，推动活塞杆41向上移动，从而驱动探头3向上移动，此时，探头驱动件4(液压缸)的无杆腔内的液压油依次经过第一油管10、第一油管接头11、第一油道701、第一环形槽721、第一油口711、第三油管14、第一接口82和换向阀8的回油口回油至脐带缆9中的液压管，探头3向上移动离开钻头2时，钻头2的两个翼片201的下端在弹性结构的弹力作用下自动恢复并保持相对接闭合的状态，恢复成全断面钻进钻头。至此，第一回次的静力触探试验结束。而后，根据钻进深度和钻杆06长度需要，在波浪补偿钻机动力头07下增加一根钻杆06，操作钻杆卡盘08松开钻杆06，使钻杆06可以自由上下移动，为潜孔随钻静力触探器100进行钻进做好准备。

步骤五、钻进清孔：控制器01控制换向阀8换向，将换向阀8的输入口81与第三接口84相连通且换向阀8的回油口与第四接口85相连通，使液压油经过第三接口84进入钻具驱动件5(液压马达)内，驱动件5(液压马达)内的回油则经过第三接口84和回油口回油至脐带缆9中的液压管，钻具驱动件5回转并将扭矩依次经过分流器7的芯轴72、钻具接头16和钻具外管1传递至钻头2，使钻头2回转；通过波浪补偿钻机卷扬011匀速下放波浪补偿钻机动力头07，使回转的钻头2在潜孔随钻静力触探器100、钻杆06和波浪补偿钻机动力头07的自重作用下，向下匀速回转钻进，向第一回次静力触探试验中探头3贯入试验过的地层钻进设定深度(该钻进设定深度比静力触探试验的贯入试验深度小0.5m)。在钻头2向下匀速回转钻进的过程中，控制器01控制泥浆泵012启动，泥浆泵012将泥浆从泥浆池013中吸入并以一定压力输出，依次经过波浪补偿钻机动力头07上的水接头、钻杆06内部、上接头28内部进入基座管6内部，并依次经过换向阀8、钻具驱动件5、基座套20和外壳71与基座管6之间的间隔空间，进入外壳71上的进浆口713和芯轴72内的浆道703，由浆道703进入钻具外管1内部，并依次经过探头驱动件4与钻具外管1之间的间隔空间、探头驱动件4上的法兰44和钻具外管1内壁上的法兰座42上的连通孔45、探头3和钻头2与钻具外管1之间的间隔空间，到达钻头2底部，泥浆将钻头2在地层中回转钻进形成的土屑、岩屑从钻头2底部携带走，依次经过潜孔随钻静力触探器100外周侧与钻孔孔壁015之间的间隙、钻杆06外周侧与钻孔孔壁015之间的间隙、钻杆06外周侧与套管04之间的间隙和套管04上端与泥浆池013相连通的开口，向上返回至泥浆池013，由此完成孔底清孔，随着泥浆不断从泥浆池013进入孔底并上返返回泥浆池013，泥浆沿程经过钻孔孔壁015时可以对孔壁形成保护，防止孔壁坍塌。完成第一回次的钻进清孔后，控制器01控制泥浆泵012关闭，泥浆泵012停止输送泥浆。

步骤六、重复循环上述步骤四和步骤五，直至达到静力触探试验设计孔深。

综上所述，本实施例的潜孔随钻静力触探器100具有以下优点：

(1)能够大幅提高静力触探试验效率。

(2)能够适应软硬互层、夹层地层。

(3)能够精准划分地层，遇硬地层静力触探器无法贯入时，可通过缩短钻进清孔回次进尺，即缩短单一回次钻进设定深度，如可采取钻进进尺5cm-10cm/回次，频繁进行静力触探贯入试验，避免由于钻进清孔进尺过大而错过可进行静力触探贯入试验的地层。

(4)能够适用于较大孔深的静力触探试验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种潜孔随钻静力触探器，其特征在于，包括：

钻具外管(1)，内部沿轴向上下贯通；

可张开或闭合的钻头(2)，设于所述钻具外管(1)的下端；

探头(3)，设于所述钻具外管(1)内部并位于所述钻头(2)上方；

探头驱动件(4)，设于所述钻具外管(1)内部并驱动所述探头(3)上下移动，所述探头(3)向下移动接触所述钻头(2)时使所述钻头(2)张开并穿过所述钻头(2)，所述探头(3)向上移动离开所述钻头(2)时所述钻头(2)闭合；以及

钻具驱动件(5)，驱动所述钻具外管(1)旋转；

基座管(6)，内部沿轴向上下贯通；

分流器(7)，设于所述基座管(6)内部，所述分流器(7)内部形成有相互独立的第一油道(701)和第二油道(702)；

换向阀(8)，设于所述基座管(6)内部，所述换向阀(8)具有用于连接脐带缆(9)中的液压管的输入口(81)、连接所述第一油道(701)的第一接口(82)和连接所述第二油道(702)的第二接口(83)；

所述探头驱动件(4)为液压缸，所述液压缸包括无杆腔、有杆腔以及上端位于所述有杆腔内且下端连接所述探头(3)的活塞杆(41)，所述无杆腔和所述有杆腔分别与所述第一油道(701)和所述第二油道(702)相连通；

所述分流器(7)包括内部中空的外壳(71)和可沿周向转动地内套于所述外壳(71)内部的芯轴(72)，所述钻具驱动件(5)设于所述基座管(6)内部并连接所述芯轴(72)的上端，所述芯轴(72)的下端连接所述钻具外管(1)的上端；

所述外壳(71)上开设有连接所述第一接口(82)的第一油口(711)和连接所述第二接口(83)的第二油口(712)，所述第一油道(701)和所述第二油道(702)均设于所述芯轴(72)内，所述第一油道(701)的上端和所述第二油道(702)的上端分别与所述第一油口(711)和所述第二油口(712)相连通，所述第一油道(701)的下端和所述第二油道(702)的下端均贯通所述芯轴(72)的下端端面且分别与所述无杆腔和所述有杆腔相连通。

2.根据权利要求1所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述钻具驱动件(5)为液压马达，所述换向阀(8)还具有分别连接所述液压马达的进油口和出油口的第三接口(84)和第四接口(85)。

3.根据权利要求1所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述钻具外管(1)的上端设有将所述钻具外管(1)的上端封闭的钻具接头(16)，所述芯轴(72)的下端贯穿所述钻具接头(16)并与所述钻具接头(16)固定连接。

4.根据权利要求3所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述换向阀(8)、所述钻具驱动件(5)和所述外壳(71)均与所述基座管(6)之间具有间隔空间，所述外壳(71)上开设有进浆口(713)，所述芯轴(72)内设有浆道(703)，所述浆道(703)的上端与所述进浆口(713)相连通，所述浆道(703)的下端贯通所述芯轴(72)的下端端面，所述探头驱动件(4)、所述探头(3)和所述钻头(2)均与所述钻具外管(1)之间具有间隔空间。

5.根据权利要求1所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述钻具外管(1)内部设有用于检测所述活塞杆(41)的位移的检测件，所述检测件连接检测信号电缆(17)，所述芯轴(72)的下端安装有滑环(18)，所述滑环(18)包括分别与所述芯轴(72)沿周向滑动配合和固定配合的固定端(181)和旋转端(182)，所述检测信号电缆(17)连接所述旋转端(182)，所述固定端(181)连接所述脐带缆(9)中的信号缆。

6.根据权利要求5所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述基座管(6)的下端设有将所述基座管(6)的下端封闭的下接头(19)，所述芯轴(72)可沿周向转动地穿设于所述下接头(19)，所述滑环(18)位于所述外壳(71)的下端与所述下接头(19)之间，所述芯轴(72)内设有供所述检测信号电缆(17)穿过的电缆通道(704)。

7.根据权利要求1所述的潜孔随钻静力触探器，其特征在于，所述基座管(6)的上端设有将所述基座管(6)的上端封闭的上接头(28)，所述上接头(28)上设有供所述脐带缆(9)穿过的插孔。