近岸海底钻探的制作方法

1.本发明涉及一种海底立式钻探机以及用于海床钻探的相关方法，特别是设置桩或套壳并且钻入海床中以形成离岸基座的方法。本发明特别适用于近岸应用，例如用于形成风能设备的基础桩。


背景技术：

2.对可再生能源系统的兴趣已经引起各种离岸能源的应用，诸如离岸风电场。随着离岸风电场的领域发展，已经观察到期望移动到更远离海岸的位置，移动到具有更大水深的海洋位置。
3.为了实现这一点，能量设备(诸如，风车)必须在海床中具有稳定的基座，和/或锚定到海床。朝向增加的水深和增加的离岸的距离发展使得当形成基座时存在挑战。同时，在海床上钻探和打桩对海洋环境的影响(例如，会对海洋生物造成干扰的噪声和振动)必须保持在控制之下。
4.在“bauer maritime technologies”，bauer maschinen gmbh1.2016中以及可经由http：//www.bauerrenewables.co.uk/export/shared/documents/pdf/bst/print/905_042_2_seabed-drilling-for-marine-energy.pdf下载的“seabed drilling for marine energy”中，示出了用于海床钻探的各种系统。
5.在http：//www.tms.nl/documents/news-items/subsea-pile-drilling-tool.xml？lang＝en中描述了一种用于顶压桩的释放钻探的海底桩钻探工具。
6.然而，它们都具有有限的生产率和下推能力，并且无法在一定范围内的不同地面条件(诸如，岩石)下，提供进行足够钻探深度的可能性。此外，通常这些钻探工具需要在钻探操作期间夹紧到其上的套壳，该套壳已经设置到地面中或在钻探操作期间钻入地面中。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种具有增加的钻探速率的海底钻探机。
8.本发明的另一目的是提供一种提供增加的在海床设置桩或轴并且钻入海床中的生产率的海底钻探机。
9.本发明的另一目的是提供一种能够在较大水深下实现大的钻探深度的海底钻探机。
10.通过如权利要求1所限定的海底钻探机、如权利要求11所限定的海底钻探机、和/或如权利要求14所限定的海底钻探机来实现这些目的中的至少一些目的。
11.本发明的实施例被保护在从属权利要求中。
12.在第一方面中，提供了一种海底钻探机，包括：
13.钻机组件，包括：
14.升流管，具有第一端、第二端以及在所述第一端和所述第二端之间延伸的长度；和
15.钻探机主体，联结到所述升流管的第一端，所述钻探机主体包括钻头；以及
16.进给系统，被配置成沿第一方向推进所述钻机组件；
17.其中，所述升流管设置有沿所述升流管的长度的至少一部分延伸的至少一个齿条；并且其中，所述进给系统包括联接到小齿轮的马达，所述小齿轮布置成与所述齿条啮合以推进所述钻机组件。
18.齿条和小齿轮配合以使得能够基本上连续将钻头推进到海床中以及从海床缩回钻头。不需要为了诸如在冲程结束时重置系统或类似的解决方案而中断钻探动作。而且，齿条和小齿轮系统能够增加钻头进入海床的下推力。因此，可以实现增加钻探速率。
19.进给系统使得能够对钻头的切割表面处所施加的钻探速率和钻力进行精细进给控制。这使得钻探机能够应用于一定范围内的不同地面条件，从松散砂砾到硬粘土和硬岩石。
20.在替代方案中，配合的齿条和小齿轮可以用液压布置代替，如在本文下面将参考本发明的第二方面进一步详细描述的。
21.如上文所限定的，包括钻头的钻探机主体悬挂至升流管，并且由升流管驱动。
22.通过如本文所限定的钻机组件，升流管接收、反作用和/或传递操作钻探扭矩、冠部力和拉回力。它还对环境波、风和电流负载作出反应。来自钻头的扭矩经由升流管而传递到进给系统，并且进一步传递到进给系统例如通过夹紧方式而固定到的结构。
23.齿条优选地形成为升流管的一体式结构。
24.升流管的长度和齿条沿升流管的延伸设定了钻探深度，这可以在不中断操作的情况下实现。因此，海底钻探机被称为单程系统。
25.至少一个齿条优选地在升流管的基本整个长度上延伸。因此，机器所能够实现的钻探深度可以被最大化。
26.优选地，升流管设置有多个所述齿条，所述齿条沿所述升流管的圆周分布，每个齿条沿升流管的长度的至少一部分延伸，并且其中，所述进给系统包括对应的多个小齿轮或小齿轮组，每个小齿轮或小齿轮组被布置成与一个齿条配合。齿条优选地沿升流管的基本上整个长度延伸，并且沿升流管的圆周对称地分布。优选地，升流管上设置有2、3或4个齿条。因此，可以实现升流管相对于进给系统的稳定定位和移动。
27.立式进给系统可以针对每个齿条包括多个小齿轮。通过布置多个小齿轮来与每个齿条啮合，可以增加推进动作的稳定性和/或可靠性。
28.当已经到达期望的钻探深度时，立式进给系统也可以进行反向操作，以在钻探操作结束时缩回钻机组件。而且，例如当设置有套壳并且将套壳钻入海床时(如下面将进一步更详细描述的)，立式进给系统可以为了在操作期间部分地缩回钻头而进行反向操作。
29.进给系统通常是立式进给系统，并且所述第一方向是竖直方向。那么，由于海底钻探机被设计为用于基本上垂直地钻入地面或海床，因此海底钻探机也可以被称为立式钻探机。然而，钻探机可以被布置为在除了竖直方向之外的方向上钻探，以例如用于在离岸或近岸结构上设置架式桩。
30.钻头设置有钻机单元和/或切割器，这可以根据钻探位置的土壤或地面条件来选择。因此，钻头可以适应于一定范围内的不同地面条件。
31.钻头可以包括下扩孔器。当被激活时，下扩孔器从钻头径向向外延伸，从而使海底钻探机的切割直径延伸。通常在钻头中设置下扩孔器的制动装置(例如，对下扩孔器供电)。
32.钻头(特别是钻机单元和/或切割器)可以经由布置在钻探机主体中的海底齿轮箱和马达而被局部驱动。
33.钻头优选地被设计成使得钻头的直径可以变化。直径通常在2至3.5米的范围内，或者甚至更大。在许多应用中，使用3米的标称或默认直径。
34.此外，钻探机主体的外径可以是可调节的，以便匹配钻探直径。为此，钻探机主体可以设置有可调节和/或可互换的外部滑板。通过根据钻探直径来设定这些，可以在钻机推进期间提供钻探机主体的稳定性。
35.用于向布置在钻探机主体中的部件提供控制、电力供给和/或其他服务的液压和/或电气脐带、电缆或布线可以被布置在升流管的内部。因此，可以保护它们免受环境和/或操作元素的影响。
36.进一步有利地，升流管在其第二端或上端处配备有用于联接到提升工具的对接特征或对接站，以用于将钻机组件提升到水中和从水中提升出来。
37.升流管优选地包括多个升流管模块，每个升流管模块设置有沿其长度延伸的至少一个齿条；所述升流管模块彼此联接，使得不同模块的至少一个齿条基本上彼此对准。因此，提升管的长度可以被设定成大致对应于桩基座的长度。升流管可以被组装成使得，升流管的长度对应于桩基座的长度。模块优选地在钻探操作之前被螺栓连接在一起，从而形成完整的升流管。因此，将无需在钻探操作期间添加升流管模块或部分。升流管模块或部分的长度在5至15米之间的范围内，优选为10米。
38.进给系统可以联接到管(也称为打捞管)，所述管被配置成联接到第二实体(诸如，钻台的钻探机接收部分)，并且相对于所述第二实体基本上固定所述进给系统。为此，管可以设置有套环，该套环也可以称为着陆接口。因此，进给系统可以以夹紧方式和/或以其他方式固定地联接到钻台(诸如，海床钻台、导体钻台和/或桩门)，以被驱动到海床中。套筒可以被配置成在外部夹紧钻台以进行带套壳的套筒钻探和开孔套筒钻探，或者在内部夹紧桩以进行桩释放钻探。因此，钻探载荷和环境载荷可以被传递到钻台或被释放钻探的桩。通过这种布置，可以提高旋转切割速度，从而提供高钻探生产率。可以增加旋转扭矩，从而提供高钻探动力。对于套壳安装，可以实现高下推能力。因此，可以实现比现有技术系统更高的生产率。
39.打捞管进一步在钻探操作之前和/或之后保护所述钻头。在将钻机插入钻台之前和期间，打捞管包围钻头。在钻探操作之后，可以在将钻机从钻台和/或在钻探操作期间插入到海床中的牺牲套壳中提升出来之前，将钻头缩回到打捞管中。
40.在一些实施例中，海底钻探机进一步优选地包括废物去除系统；所述废物去除系统包括：延伸穿过所述钻头和所述升流管的导管，以及没置在所述升流管的第二端处的废物排出口。因此，固体废物管被设置在升流管和钻头的内部，从而由升流管保护。废物管被布置成将废屑传递远离钻头和设置在钻头上的钻机切割面，并且传递到废物排出口。海底钻探机优选地包括布置在所述钻探机主体中(特别是布置在钻头中或钻头附近)的泵(也被称为排泥泵)，所述泵被布置成将所述废物从所述钻头泵送到所述废物排出口。因此，与空气提升废物去除系统相比，可以增加废物去除能力，从而增加钻探速率。
41.可选地，在其它实施例中，钻探机可以被配置成使用空气提升废物去除。
42.根据上文，钻探机的部件(即，被有利地由螺栓连接在一起的多个部分或模块组成
的升流管、包括钻头的钻探机主体、以及进给系统)被组装在一起，以便形成可以通过起重机从船舶提升，并且相对于钻台定位和下降，并且随后从起重机释放的单个单元。在钻探操作期间，不需要起重机。因此，船舶的起重机可用于在船舶上或从船舶执行的其它操作。
43.海底钻探机可以进一步包括一个或多个控制单元，该一个或多个控制单元被配置成控制进给系统、钻探机(特别是钻头驱动系统)、和/或废物去除系统中的一个或多个的操作。控制单元可以被配置成控制进给系统、钻探机和/或废物去除系统的一个或多个部分或部件的操作。因此，海底钻探机或其至少一部分可以被配置成进行独立的(半)自主操作。
44.根据第二方面，提供了一种海底钻探机，包括：
45.钻机组件，包括：
46.升流管，具有第一端、第二端以及在所述第一端和所述第二端之间延伸的长度；和
47.钻探机主体，联接到所述升流管的第一端，所述钻探机主体包括钻头；以及
48.进给系统，被配置成沿第一方向推进所述钻机组件，
49.其中，所述进给系统包括：
50.第一进给子系统，包括被布置成引起第一夹持器沿所述第一方向移动的第一组液压致动器，所述第一夹持器包括第一夹持装置，在致动所述第一夹持装置时，所述第一夹持装置夹持和/或夹紧所述升流管；和
51.第二进给子系统，包括被布置成引起第二夹持器沿所述第一方向移动的第二组液压致动器，所述第二夹持器包括第二夹持装置，在致动所述第二夹持装置时，所述第二夹持装置夹持和/或夹紧所述升流管。
52.根据第二方面的钻探机的进给系统形成了第一方面的钻探机的进给系统以及设置在升流管上的一个或多个齿条的替代方案。第一夹持装置和第二夹持装置可以包括囊状物装置，该囊状物装置可以液压地和/或气动地操作，以用足以承载升流管的重量的力来夹持或夹紧升流管，并且施加将钻机组件推进到地面或海床中的推力。
53.通过以交替方式操作第一和第二进给子系统，钻机组件(特别是钻头)可以基本上被连续地推进。在第一组液压致动器正在操作，以经由被激活以夹持或夹紧升流管的第一夹持装置，来使升流管沿第一方向移动时，第二夹持装置处于停用状态，使得没有夹持或夹紧升流管，并且当第一组液压致动器到达其冲程末端或致动间隔时，将第二组液压致动器设置或重置成初始状态，以使得准备好激活。当第一组液压致动器到达其冲程末端(即，第一组液压致动器的移动范围的末端)时，第二夹持装置被致动并且第一夹持装置被停用，并且第二组液压致动器被致动，从而继续推进升流管。因此，通过以交替方式操作第一和第二进给子系统，可以以基本上连续的方式来推进钻机组件。
54.因此，针对第一方面描述的由齿条和小齿轮实现的优点可以至少在很大程度上通过使用液压致动器来替代地实现。
55.第一方面的钻探机的各种实施例可以应用于第二方面的钻探机。
56.根据第三方面，提供了一种海底钻探机，包括：
57.钻机组件，包括：
58.升流管，具有第一端、第二端以及在所述第一端和所述第二端之间延伸的长度；和
59.钻探机主体，联接到所述升流管的第一端，所述钻探机主体包括钻头；
60.进给系统，被配置成沿第一方向推进所述钻机组件，以及
61.废物去除系统，包括延伸穿过所述钻头和所述升流管的导管，以及设置在所述升流管的第二端处的废物排出口。
62.如上面参考根据第一方面的钻探机的废物去除系统所描述的，内部的废物去除系统能够实现有效的废物去除，从而有助于增加钻探速率。
63.钻探机优选地包括布置在所述钻探机主体中的泵(也称为排泥泵)，所述泵被布置成将所述废物从所述钻头泵送到所述废物排出口。
64.第三方面的海底钻探机可以进一步包括第一方面的海底钻探机的任何一个或多个特征和/或实施例。
65.第一方面、第二方面和第三方面的海底钻探机分别可以包括如上所述的相应特征和/或实施例，以及它们的相应技术效果和优点。
66.根据第四方面，提供了一种在海床中钻孔的方法，该方法包括以下步骤：
67.提供钻机组件，所述钻机组件包括升流管和联接到所述升流管的第一端的钻探机主体，所述钻探机主体包括钻头；
68.提供进给系统，所述进给系统被配置成沿第一方向推进所述钻机；
69.将所述钻机组件与所述进给系统进行组装以形成钻探机；
70.将钻台布置在海床上，所述钻台包括一个或多个钻探机接收部分；
71.将所述钻探机布置在所述钻探机接收部分中的一个中；
72.相对于所述钻台固定所述进给系统；
73.在操作所述钻头时，通过操作所述进给系统，以相对于所述进给系统基本上连续地移动所述升流管，来将所述钻头推进到所述海床中；并且
74.在到达所述竖直钻孔的最终深度之后，从所述钻孔缩回所述钻机。
75.使用根据第一方面或第二方面的海底钻探机来有利地执行根据第四方面的方法。因此，利用该方法实现了如上所述的技术效果和优点。
76.通过旋转与沿所述升流管的长度的至少一部分延伸的齿条啮合的小齿轮来有利地执行推进所述钻头的步骤。这可以由第一方面的海底钻探机来执行。
77.可选地，可以通过交替地操作第一进给子系统和第二进给系统来执行推进所述钻机组件的步骤；其中，操作第一和第二进给子系统中的一个来推进钻机组件，同时重置第一和第二进给子系统中的另一个。这可以由第二方面的海底钻探机来执行。
78.该方法可以进一步包括以下步骤：
79.在将所述钻探机布置在所述钻探机接收部分中的一个中的所述步骤之前，将套壳布置成基本上围绕所述钻探机主体。
80.由于根据本发明的钻探机不需要套壳或带套壳的孔来将钻头推进到地面中，因此套壳的长度不需要对应于钻探深度。套壳的长度可以被选择为使得，在钻探操作期间和在随后的操作期间(诸如，将桩引入到钻孔中)使钻孔稳定。因此，对应于地面或海床的不稳定层的深度的套壳长度可能是足够的。当在钻探操作之后被留在孔中时，套壳可以被称为牺牲套壳。
81.套壳可以有利地通过设置在钻探机主体上的夹紧单元(例如，呈囊状物形式)相对于钻探机主体被夹紧或固定。通过使囊状物膨胀/收缩，套壳可以相对于钻探机主体被夹紧/松开。
82.可以通过将钻机组件下降到套壳上方，来将套壳布置在钻探机上，从而使钻探机主体进入套壳中。一旦已经达到套壳与钻探机主体之间的特定关系，就可以激活夹紧单元，以便暂时地相对于钻探机主体锁定套壳。套壳和钻探机可以同时下降到海床上。套壳和钻探机可以作为一个单元而被同时推进到海床的至少一定深度。
83.在钻机组件设置有如上文参考第一方面所述的打捞管的实施例中，套壳优选地布置在打捞管与钻探机主体之间，以这种方式，使得当将钻探机下降到水中时，套壳基本上完全布置在打捞管与钻探机主体之间。
84.套壳可以有利地与钻机组件一起被推进到海床中。
85.钻头相对于套壳的外端的位置可以根据钻机位置处的地面条件来设定。因此，根据本发明的钻探机适用于宽范围的不同地面条件。如果需要，可以在钻探操作期间调节钻头相对于套壳的位置。
86.在将钻机组件推进到海床中的所述步骤期间，所述钻头可以突出在套壳前面。这在岩石中钻探时是有利的。通过将钻头突出到套壳之外，钻头可在套壳前面移动，使得可以将套壳推进到由钻头的操作形成的孔中。因此，借助于岩石地面中的钻头，可以将套壳推进到地面中。
87.可选地，在将钻机组件推进到海床中的所述步骤期间，所述钻头可以布置在所述套壳内。这在不稳定层(诸如，砂砾和/或粘土层)中钻探时是有利的。操作在套壳内的钻头有助于在砂砾和/或粘土中钻探时进行稳定的钻探操作。
88.该方法可以包括以下步骤：当套壳已经插入海床中至套壳深度时，进一步将所述钻头推进到地面中。如上所述，所述深度可以被设置成使得覆盖钻探位置处的不稳定层，从而使钻孔稳定。
89.推进所述钻头的步骤可以包括：激活和操作所述钻头的扩孔切割器，以便以等于或大于所述套壳的外径的直径进行钻探。
90.该方法可以包括经由布置在所述钻探机主体和所述升流管内的废物返回管去除废物，并且在布置在所述升流管的第二端处的废物排出口处排出所述废物。
91.缩回步骤可以有利地通过反向操作所述进给系统来执行。
92.也可以在钻探操作的一部分期间反向操作进给系统，例如如果在推进钻探组件时撞击了巨石或类似物。在这种情况下，钻机组件的推进可能中断，随后在继续推进钻机组件之前，将钻机组件重置或重新定位。
93.当推进设置有套壳的钻机组件时，如上所述，进给系统可以反向操作，例如以便在重新开始推进钻机组件和套壳之前调节套壳的位置和/或定向。
94.上述方法可以有利地半自主地执行。上文所描述的一个或多个步骤可以(半)自主地或自动地执行。
95.本文所述的海底钻探机(也称为立式海底钻探机)可以有利地应用于桩钻探和驱动，以例如形成用于海上能量设备(诸如，离岸风电场)的基座。本文所述的海底钻探机同样适用于其它类型的海洋能量设备(诸如，潮汐涡轮机)。
96.如本文所述的钻探机将预期地在50至100米的水深(例如，70米)下使用，并且钻探深度高达50米。然而，如本文所述的钻探机可以在高达200米的水深下使用。
97.如上所述，钻探机提供开孔套筒钻探、带套壳的套筒钻探、以及桩释放钻探。
98.通过将升流管组装成匹配钻探深度，并且设置有与立式进给系统的小齿轮配合的齿条，已经实现了单程钻探系统。
99.如上所述，钻探机可以被配置成以独立的、半自主的方式操作。
100.钻探机可以在各种地面条件下使用，包括不稳定层(诸如，砂砾)，其中可以以高稳定性设置基座桩并且钻入海床。可以使用如上所述的机器和方法来设置带套壳的钻孔并且钻入不稳定层和下层基岩中。
附图说明
101.通过非限制性和非排他性实施例的方式，根据本发明的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。这些实施例不应被解释为限制保护范围。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想和简化本发明的其他替代和等同实施例来实践。将参考附图描述本发明的实施例，其中相似或相同的附图标记表示相似、相同或对应的部件，在附图中：
102.图1示出离岸风能设备的示意图；
103.图2a示出根据实施例的海底钻探机的立体图；
104.图2b示出图2a的示意性横截面；
105.图3a示出图2a所示的钻探机的一部分的细节；
106.图3b示出图3a的示意性横截面，示出了根据实施例的进给系统的细节；
107.图4示出根据实施例的钻头的细节；
108.图5示出根据替代实施例的海底钻探机的示意图；
109.图6a示意性地示出布置在海床上的海床钻台；
110.图6b示出了其中布置有根据实施例的海底钻探机的海床钻台的一部分；
111.图7a示出在钻探机主体上安装套壳；以及
112.图7b至图7d示意性地示出根据本发明实施例的钻探机的进给过程。
具体实施方式
113.图1示意性地示出了经由基座2而安装在或锚定到海床中的风车1形式的能量设备。图1示出了不同类型的基座2，所有基座2都包括钻入并且形成在海床6中的桩4。风车位于海洋中的水深d1处，桩4具有钻探深度d2。如上所述，越来越多的兴趣在于，将海上风车定位在更深的水中，这导致了各种挑战，包括即使在较差的地面条件下，钻探到更大的水深并且到达更大的钻探深度。本发明提供一种以高钻探或生产率钻探到通常约70至100米或甚至高达200米的水深的海底钻探机。
114.图2a和2b示出根据本发明的海底钻探机8(也称为立式海底钻探机)的实施例。图2a示出钻探机8的立体图，而图2b示出钻探机8的示意性横截面。尽管本文描述了立式海底钻探机，但是可以注意到，相同的概念也可以应用于在相对于竖直方向倾斜的方向上钻探的钻探机。
115.如在图2a、图2b中可见，钻探机包括升流管10和包括钻头14的钻探机主体12。钻探机主体12被布置在升流管10的下端16(也称为第一端)。升流管和钻探机主体组装在一起，从而形成本文所称的钻机组件。
116.在升流管10的上端18(也被称为第二端)处，没置有废物(spoil)排出口20，废物排出口20连接到布置在提升管内的废物管48。此外，用于提升布置的对接站22被设置和/或联接到升流管的上端18。
117.钻探机8进一步包括立式进给系统24，该立式进给系统24被布置成用于引起升流管10的移动，以便使钻机组件在相对于立式进给系统的竖直方向上推进。因此，在钻探操作期间将钻头推进到海床中。
118.如在图3a和图3b中可以更详细看见的，升流管10设置有基本上沿升流管10的整个长度延伸的多个齿条26。立式进给系统24包括各自由马达28驱动的相应的多组小齿轮27。小齿轮27与齿条26啮合，以便推进钻机组件。
119.齿条26围绕升流管的圆周对称地分布。立式进给系统24包括多组小齿轮27和相关联的马达28，每组小齿轮与齿条26中的一个相关联。在所示实施例中，设置了已经被看到提供钻机组件的稳定且准确的推进的四个齿条和四组小齿轮。小齿轮组包括与每个齿条相关联的四个小齿轮。然而，其他数量也是可以的。
120.钻探机主体12悬挂至升流管10，并且在钻探操作期间，借助于协作的齿条和小齿轮系统而被推进到海床中，这可以在图3b中详细看到。通过沿升流管10的长度延伸的齿条26以及与齿条26啮合的小齿轮27，钻探机主体可以以基本上连续的方式推进。钻探深度主要受限于升流管10的长度，特别是受限于设置在升流管10上的齿条26的延伸。
121.如在图2b中可见，升流管10由多个升流管模块(或部分)30组成，这些升流管模块(或部分)30螺栓连接在一起，从而形成一个升流管10。不同的模块30相对于彼此定向，使得齿条对准。通过这种布置，升流管10的长度可以根据预期的钻探深度d2来设定。在钻探操作开始之前，将模块安装在一起。
122.如图2a和图2b所示，立式进给系统24联接到打捞管32，打捞管32设置有套环34，套环34被配置为联接到钻台的钻探机接收部分，如下面将进一步描述的。套环34也可以被称为着陆和锁定套环。因此，立式进给系统24可以相对于海床钻台和/或套壳基本上固定。
123.包括升流管10和钻探机主体12的钻机组件可以与立式进给系统24和打捞管32组装在一起，诸如形成单个钻机。该单个钻机可以经由对接站22从船舶提升并且下降到海洋中，以下降到海床钻台上，如下面将进一步描述的。打捞管还用于在钻探操作之前和/或之后保护钻头14，特别是在将钻机组件下降到海床钻台中时。
124.图4示出了钻头14的细节。
125.如在图4中可见，钻头14包括多个切割器38(也称为钻机单元)，多个切割器38在钻探操作期间形成切割和/或挖掘动作。根据钻探地点的地面条件来选择切割器。钻头14还可以包括多个下扩孔器40，多个下扩孔器40可以在钻探操作期间被激活以在径向方向上延伸，从而增加钻探直径。
126.钻头驱动系统可以设置在钻探机主体中，以用于控制和操作钻头(即操作切割器38)，并且如果适用的话，用于操作下扩孔切割器40。
127.钻探机还可以包括一个或多个控制单元(未示出)，以用于控制钻探机的一个或多个部件的操作，特别是进给系统24、包括钻头14的钻探机主体12、和/或废物去除系统(在下文中描述)。因此，钻探机可以被配置用于半自主操作。
128.如图2b所示，海底钻探机还包括废物去除系统，该废物去除系统包括布置在钻头
14、钻探机主体12和升流管10内部并且至少部分地延伸穿过钻头14、钻探机主体12和升流管10的废物管48。计量泵被布置成用于将钻屑或废物抽吸到布置在钻头中或钻头附近的废物入口46中，从而使钻屑或废物通过废物管，以经由废物排出口20将钻屑或废物排出。
129.根据替代方案，上文参考图2a、图2b、图3a和图3b描述的包括与设置在升流管上的齿条配合的小齿轮的进给系统可以用液压布置代替，这在图5中示出。
130.图5示出包括基于液压布置的替代进给系统的海底钻探机108的一部分。海底钻探机108包括升流管110，升流管110不必需设置有齿条。钻探机108的其它特征类似于上文参考图2a、2b、3a和3b所描述的特征。进给系统(特别是立式进给系统)包括第一进给子系统126和第二进给子系统128。
131.第一进给子系统126包括被布置成引起第一夹持器132沿竖直方向移动的第一组液压致动器130或者液压缸。第一夹持器包括用于在致动第一夹持装置时夹持和/或夹紧升流管110的第一夹持装置(未示出)。
132.第二进给子系统128包括被布置成引起第二夹持器136沿竖直方向移动的第二组液压致动器或者液压缸134。第二夹持器136包括用于在致动第二夹持装置时夹持和/或夹紧升流管的第二夹持装置(未示出)。
133.第一夹持装置和第二夹持装置可以包括液压或气动操作的囊状物装置，该囊状物装置用于以足以承载升流管的重量的力来夹持或夹紧升流管，并且用于施加使钻机组件推进到地面或海床中的推力。
134.当第一组液压致动器正在操作，以经由被激活以夹持或夹紧升流管的第一夹持装置，来使升流管沿第一方向移动时，第二夹持装置处于停用状态，使得没有夹持或夹紧升流管，并且当第一组液压致动器到达其冲程末端或致动间隔时，将第二组液压致动器设置或重置成初始状态，以使得准备好激活。当第一组液压致动器到达其冲程末端(即，第一组液压致动器的移动范围的末端)时，第二夹持装置被致动并且第一夹持装置被停用，并且第二组液压致动器被致动，从而继续推进升流管。因此，通过以交替方式操作第一和第二进给子系统，可以以基本上连续的方式来推进钻机组件。
135.海底钻探机被配置成在钻探操作期间与钻台(诸如图6a中所示的海床钻台50)一起使用，以相对于海床安装和/或保持海底钻探机。钻台50通常使用位于船舶上的起重机来船舶提升并且下降到海床上，并且随后以已知的方式调平。
136.海床钻台50包括用于接收钻机组件和立式进给系统的一个或多个钻探机接收部分52。当钻探机已经下降到部分52中的一个中时，设置在钻台上的致动器54(在图7b中示出)被激活，以便以本领域已知的方式定位和定向钻探机。一旦钻探机已经被正确定位，就停用钻台的致动器，并且经由套环34使进料系统24相对于钻台固定。
137.图6b示意性地示出了海床钻台的钻探机接收部分52，其中海底钻探机8被布置在钻探机接收部分52中，并且钻探机接收部分52已经钻入海床6一定距离。套环34与海床钻台的部分52啮合。
138.海底钻探机和海底钻探系统的操作(诸如钻探机朝向海底钻台下降、将钻探机联接到海底钻台、以及钻头的操作)通常从位于部署钻探机的船舶上的操作员控制台进行操作。
139.还提供一种机器监测系统，以用于监测和/或显示与海底钻探即的操作相关联的
各种参数。这些参数可以包括钻探深度、钻探推进速率、钻探推进力、切割面旋转速度、排泥泵压力、机器诊断等。机器监测系统可以包括一个或多个控制单元，如上所述，一个或多个控制单元配置钻探机用于自主或半自主操作。
140.图7a至7d示出了使用上述的海底钻探机在海床上钻探竖直孔或洞的方法的初始步骤。尽管本文中参考使用经由齿条和小齿轮系统的进给方式的根据第一实施例的钻探机进行描述，但是以下方法可以类似地应用于使用液压进给系统的根据第二实施例的钻探机。为了便于说明，图7b至7d仅示出一个钻探机接收部分52。本领域技术人员应当理解，海床钻台可以包括一个或多个这样的部分52。
141.图7a示出钻探机主体上的可用作牺牲套壳的套壳64的布置。如上所述，该套壳可以在将钻头推进到地面中(特别是推进到一定深度)的同时钻入地面中，以便使在正在被钻探的孔周围的不稳定地面层稳定。还如上所述，可以基于钻探位置处的地面条件，来调整钻头相对于套壳的外端的位置。
142.如图7a中的左侧所示，设置有打捞管32的钻探机8被下降到套壳64上方。该操作通常在进行钻探操作的船舶上执行。
143.图7a的中间部分示出了基本上完全插入在钻探机主体12与打捞管32之间的套壳64。通过设置在钻探机主体上的夹紧单元(例如，以囊状物装置的形式)，将套壳相对于钻探机主体临时夹紧或固定。
144.如图7a中的左侧所示，在套壳已经安装并固定到钻探机主体之后，布置有套壳的钻探机可以作为一个单个单元提升，从而被调动到水中。
145.如图6a所示，海床钻台已经布置在海床上，并且优选地相对于海床调平，以便使部分52的中心轴线具有基本上竖直的定向。因此，孔或桩可以基本上竖直地钻探，以便例如形成竖直定向的基座。
146.在钻探操作的第一步骤中，如图7b所示，钻探机8在竖直方向56上朝向钻探机接收部分52下降，从而被定位在接收部分52中。在将钻机下降到接收部分期间和/或之后，可以通过设置在海床钻台中的致动器54来调节钻机的位置和定向，以便例如将钻机设置在接收部分的中心位置处并且使钻机在竖直方向上定向。
147.尽管未在图7b中示出，但在将钻探机朝向钻探机接收部分52下降之前，钻探机可以设置有如参考图7a所描述的套壳64。然而，这对于所有应用可能不是必需的，并且无论是否设置这种套壳，以下描述均适用。
148.一旦被正确定位定向，就将立式进给系统24相对于海床钻台固定，如上文所描述的。
149.如图7c所示，在钻探操作期间，借助于上述的齿条和小齿轮系统，将钻头14(如果适用的话与套壳64一起)沿竖直方向56推进到海床6中。在沿竖直方向的推进期间，例如通过使钻头的钻头单元沿旋转方向58旋转来操作钻头，以便执行挖掘动作。在钻探期间产生的废物经由上述的废物去除系统去除。
150.如图7d所示，钻探操作以及相关联的将钻头14推进到海床6中可以在由升流管10的长度和齿条沿升流管的延伸所设定的距离上是连续的(基本上连续)。
151.一旦已经实现预期的钻探深度，和/或如果在钻探操作期间需要，钻头14可以通过反向操作立式进给系统(即，通过在反向方向上驱动小齿轮)而被从钻孔缩回。因此，还可以
以基本上连续的方式执行钻头(实际上是钻机组件)的缩回。
152.本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前面讨论的示例，而是在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以进行对本发明的若干修改和改变。虽然已经在附图和说明书中详细示出和描述了本发明，但是这样的说明和描述仅被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例，而是包括可以带来优点的所公开的实施例的任何组合。
153.通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在说明书和权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。事实上，应被解释为表示“至少一个”。在相互不同的从属权利要求中记载特定特征这一事实并不表示这些特征的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。可以组合上述实施例和方面的特征，除非它们的组合导致了明显的技术冲突。