[發明專利]海洋天然氣水合物相變制冷繩索取心鉆具及取心方法

有效

• 申請號: 201811016786.0
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109098679B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王元;郭威;孫友宏;楊翔
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B25/00
• 分類號: E21B25/00;E21B25/18;E21B43/01
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

海洋天然氣水合物相變制冷繩索取心鉆具及取心方法，本發明采用相變流體作為冷凍劑通過快速排氣機構將相變流體氣化產生的氣體從鉆具內部排出，解決由于冷凍劑相變產生的氣體在深海靜水壓力作用下無法排出，致使腔體內的壓力過大，達到流體的相變壓力臨界點，流體不再相變吸熱，導致鉆具的制冷量不足的問題；在取心結束后，向鉆具內投入鋼球，堵住鉆井液循環通道，通過鉆井液壓力為快速排氣機構提供動力，并且實現冷凍劑注入孔底冷凍機構的過程。將繩索取心與孔底冷凍結合，實現不提鉆快速取心；鉆進時內管總成不回轉，因而在較大程度上避免了因鉆具回轉產生的機械力對天然氣水合物巖心的破壞，更有效地提高了巖心采取率、完整度和代表性。

技術領域

本發明涉及一種海洋天然氣水合物相變制冷繩索取心鉆具及取心方法，尤其適用于深海含天然氣水合物沉積物鉆探取心。

背景技術

天然氣水合物作為一種潛在能源，具有分布范圍廣、資源量大、埋藏淺、能量密度高、潔凈等特點，是國際公認的最具商業開發前景的新型清潔能源，也是石油天然氣最理想的接替能源。要想真正的認識天然氣水合物，必須獲得高保真的天然氣水合物樣品。鉆探取心是獲取天然氣水合物樣品最直接的方法，也是驗證其他方法調查成果的必要手段。由于天然氣水合物賦存的不穩定性，只能存在于溫度低于0℃～10℃，壓力高于10MPa的條件下，一旦溫度升高或壓力降低，甲烷氣體則會逸出，固體天然氣水合物便會分解；因此，在進行天然氣水合物鉆探取樣時，伴隨溫度壓力的改變，天然氣水合物很容易從固態變為氣態，很難獲得原狀沒有分解的天然氣水合物保真樣品。

目前針對海洋天然氣水合物的取樣方法一種可行思路是通過制冷劑將天然氣水合物巖心冷凍至常壓時的臨界溫度值以下，確保天然氣水合物巖心處在相平衡的穩定區域，抑制天然氣水合物分解。但是由于常規的冷凍劑很難實現將天然氣水合物巖心快速冷凍至要求的低溫。因此提出采用相變流體：液氮、酒精-干冰混合物、液氨、丙酮-干冰混合物等，采用具有較大汽化潛熱的相變流體作為冷凍劑通過相變吸熱實現天然氣水合物巖心的快速冷凍；然而，在實際應用中由于孔底的靜水壓力較大，例如我國南海天然氣水合物的儲層位于海面1400米以下，靜水壓力大于14Mpa，在靜水壓力的作用下，制冷劑相變產生的氣體無法通過簡單的排氣機構排出，導致鉆具內的壓力升高達到制冷劑的相平衡臨界點以上，此時制冷劑停止氣化吸熱，導致提供的冷凍能量不足以將天然氣水合物巖心冷凍至要求的溫度，導致冷凍天然氣水合物巖心失敗。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種結構簡單、能夠實現在孔底高壓下將冷凍劑氣化產生的氣體從鉆具內排出的天然氣水合物相變制冷繩索取心鉆具及取心方法。

為達到上述目的，本所發明采用如下的技術方案：

海洋天然氣水合物相變制冷繩索取心鉆具，由打撈器、內管總成和外管總成組成，其特征在于，內管總成包括懸掛機構、調節機構、快速排氣機構、冷源存儲機構和孔底冷凍機構，

所述打撈器包括鋼絲繩、固定套、連接軸、第一上軸承座、第一軸承、第二圓螺母、第一下軸承座、緊固螺釘、第一彈簧、打撈鉤、第一彈性銷與軸套，鋼絲繩的端部通過固定套壓緊在連接軸上部；第一上軸承座與第一下軸承座通過螺紋連接；第一軸承安裝在第一上軸承座的內孔中，并通過第二圓螺母與連接軸之間的螺紋連接固定第一軸承；第一下軸承座與軸套通過緊固螺釘連接；第一彈簧通過打撈鉤上的凸起壓緊在連接軸上；打撈鉤的一端與連接軸通過第一彈性銷連接，打撈鉤的另一端卡在撈矛頭上；

所述懸掛機構包括撈矛頭、懸掛環及座環，撈矛頭與懸掛環通過螺紋連接；懸掛環的外徑不大于座環的外徑，懸掛環坐在座環上，二者為接觸式連接；座環與第一外管通過螺紋連接，使內管總成整體懸掛在外管總成內，內管總成底部與鉆頭之間具有2mm～4mm的間隙；