[發(fā)明專利]振動式海洋水合物保壓取樣器

有效

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• 申請日: 2017-11-25
• 公開（公告）號: CN107727432B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭威;張鵬宇;孫友宏;賈瑞;王元;康家浩;楊翔
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發(fā)明公開了一種振動式海洋水合物保壓取樣器，其是由定位機構(gòu)、振動取心機構(gòu)、液力提升機構(gòu)、沖洗機構(gòu)和保壓機構(gòu)組成。天然氣水合物穩(wěn)定存在于高壓低溫的海底及凍土帶，對溫度壓力變化敏感，非保壓的水合物取樣會造成水合物的分解。海洋水合物一般存在于海底淺層沉積砂巖的孔隙中，固結(jié)程度不高，松散易遭受沖刷，取心困難。本發(fā)明針對海底泥質(zhì)粉砂型水合物，采用鎧裝電纜提供動力、振動方式取心、清洗液消除固相顆粒、翻板閥保壓的方式進(jìn)行水合物層的原位保壓取心。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種振動式海洋水合物保壓取樣器，尤其適用于松散易遭受沖刷泥質(zhì)粉砂沉積層水合物的原位保真取樣。

背景技術(shù)

天然氣水合物是一種由水和氣體在高壓低溫環(huán)境下形成籠形結(jié)晶化合物，海洋天然氣水合物儲量巨大、清潔、熱值高，是一種極具前景的潛在能源。多個國家對海洋水合物進(jìn)行了探測研究。海洋水合物的存在依據(jù)主要是依靠①BSR擬海底反射地震帶，②隨鉆測井技術(shù)，③海底沉積物取樣技術(shù)。天然氣水合物取樣的作為水合物存在的直接證據(jù)，對巖心的測試也可以分析水合物的形成原因、評價區(qū)域水合物的儲量，由于天然氣水合物的開采可能會引發(fā)地質(zhì)不穩(wěn)定等問題，可以通過對保壓狀態(tài)的水合物沉積層巖心進(jìn)行巖土力學(xué)測試，為海洋水合物的持續(xù)穩(wěn)定開采提供依據(jù)。天然氣水合物對溫度壓力變化敏感，在非保溫保壓水合物取樣時，水合物因壓力的降低分解，不利于儲層評價。目前針對海洋水合物的取樣方法以保壓技術(shù)為主，所面臨的主要問題有：

(1)水合物巖心易受沖刷，巖心獲取率偏低。海洋水合物常賦存于海洋淺層的泥質(zhì)粉砂沉積層中，儲層未完全固結(jié)，在沖洗液的作用下，巖心難以成柱狀，且易被沖洗液沖刷遺失，造成巖心不完整、地層信息丟失。

(2)保壓成功率偏低。由于海底環(huán)境復(fù)雜，取樣器機械結(jié)構(gòu)可靠性降低，固相顆粒對保壓機構(gòu)的影響較大，保壓成功率不高、壓力保持率偏低是目前保壓取樣的主要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種振動式海洋水合物保壓取樣器。通過鎧裝電纜輸送動力，激振器沖擊取心筒超前鉆頭取樣，使巖心免受鉆井液污染沖刷，提升巖心獲取率；采用機械結(jié)構(gòu)可靠的翻板閥進(jìn)行保壓，在閥門關(guān)閉前，用沖對保壓腔進(jìn)行清洗，消除固相顆粒的影響，提升保壓的穩(wěn)定性。

本發(fā)明是由定位機構(gòu)、振動取心機構(gòu)、提升機構(gòu)、沖洗機構(gòu)、保壓機構(gòu)組成，該取樣器可用于海洋水合物的原位保壓取樣。

定位機構(gòu)是由外管、彈卡、彈卡銷、張簧、懸掛環(huán)、座環(huán)組成。鉆遇含水合物目的層后，投入該取樣器進(jìn)行取心，彈卡在張簧作用下張開，由外管組成的彈卡室限制彈卡上移，防止取樣器向上竄動；懸掛環(huán)坐落于座環(huán)上，防止取樣器向下竄動。取樣器在彈卡和懸掛環(huán)的上下限制作用下保持穩(wěn)定。

振動取心機構(gòu)是由鎧裝電纜、電纜接頭、激振器、偏振片、密封室、承沖砧、取心管、排液孔組成。激振器通過密封室與外界隔絕。鎧裝電纜中集成有供電線路，通過電纜接頭與取樣器主體連接，取樣器到達(dá)指定位置后，通過供電線路向激振器輸送動力，帶動偏振片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激振力，通過沖擊承沖砧，將沖擊力作用在取心管上，取心管下行，擊入水合物沉積層，完成取心。

液力提升機構(gòu)是由鎧裝電纜及其中的沖洗介質(zhì)通道、第一沖洗孔、第一電機、第一球閥、第二電機、第二球閥、提升管、滑軌組成。含水合物巖心進(jìn)入取心管之后通過第二電機關(guān)閉第二球閥，通過第一電機開啟第一球閥，鎧裝電纜中集成有沖洗介質(zhì)通道，向沖洗介質(zhì)通道中泵入沖洗介質(zhì)，通過第一沖洗孔流至提升管和滑軌組成的腔體中，隨著壓力的升高，推動提升管上行，提升管帶動下部取心管上行，完成提升過程。

沖洗機構(gòu)是由鎧裝電纜及其中的沖洗介質(zhì)通道、第二沖洗孔、止位彈卡組成。鎧裝電纜泵出的沖洗介質(zhì)除了用于液力提升取心管的作用外，還可用于在取樣器中形成清潔的流場，消除固相顆粒對取樣器密封件的影響。第一球閥和第二球閥處于開啟狀態(tài)，沖洗介質(zhì)經(jīng)第二沖洗孔流至保壓腔中，對保壓腔及翻板閥進(jìn)行清洗。