[发明专利]和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置及其使用方法。

背景技术

对海底资源进行钻头取芯是海洋地质勘探的最终手段，也是获取地质储量的唯一手段。钻探取芯也是海洋工程地质调查的重要手段之一。使用大洋钻探船对海底进行钻探是目前海洋资源勘查的主要方式，但这种方式不够经济。海洋钻探船吨位大，消耗高。针对海底水合物资源调查，以及海洋工程地质调查的钻探深度一般进数十米至200米，这类钻探的发展趋势是使用通用型科考船搭载能在海底自主作业水下钻机进行钻探。为了解沉积物中是否有水合物，或者是烃渗漏，通常要求对深海沉积物岩心进行保压，即在岩心从海底提升到海面的过程中，使岩心保持海底压力不变，否则烃类气体会随压力降低而散发。以往的保压技术结构过于复杂，且自身重量大，而作为水下钻机母船的科考船通常吨位较小，甲板空间和吊车承重能力均十分有限。现有的保压技术不适合水下钻机岩心的保压。

针对使用水下钻机进行海底资源勘探和工程勘探的需求提出了本发明。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置及其使用方法。

和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置包括上密封盖、金属空心钻杆、取样管、下密封盖；金属空心钻杆内设有取样管，金属空心钻杆通过细牙螺纹与上密封盖和下密封盖连接，上密封盖和下密封盖分别包括充气阀、顶盖、压力壳体、可膨胀气垫、O形圈，压力壳体内设有顶盖、可膨胀气垫，压力壳体与顶盖、可膨胀气垫之间设有O形圈，顶盖上设有充气阀。

所述的金属空心钻杆的内径为40～200毫米，壁厚5～20毫米，单节长度2至3米，金属空心钻杆上端为外螺纹、下端为内螺纹。

所述的取样管为薄壁管材，其外径、长度与金属空心钻杆的内径匹配，壁厚不超过5毫米。

和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置的使用方法的步骤如下：

1）根据水深按如下经验公式计算上密封盖和下密封盖所需的预充气体压力，通过专用充气工具，向上密封盖和下密封盖内可膨胀气垫充氮气或空气，可膨胀气垫外顶，经验公式为：P_i/P_b=1.7×10₃×P_b+0.018，P_i是气垫预充气体的压力，P_b是海底压力，单位均为MPa；

2）海底钻机从海面到达海底后，上密封盖和下密封盖内可膨胀气垫受海水压缩，体积减至最小，可膨胀气垫贴近上密封盖和下密封盖；

3）将充满样品的取样管逐一提升至井口暂放钻探完成后，金属空心钻杆逐一被拔出，每拔出一根，即将一节充满样品的取样管放入其中，并在金属空心钻杆两端拧入上密封盖和下密封盖；

4）钻机从海底提升到海面时，容有样品和取样管的金属空心钻杆因海水温度增高，外压降低而膨胀，所形成的压降由上密封盖和下密封盖附设的可膨胀气垫内的压缩氮气或空气平衡，维持内压稳定，实现保压功能。

本发明与水下钻机配套使用，能使深海沉积物从海底提取到海面的过程保持原位压力，并保证甲烷等烃类气体不散失，水合物不融化。本发明适合于使用水下钻机队海洋沉积物的钻探取芯，将能广泛应用于海洋资源勘查，尤其是水合物和深水油气资源，也适合于大型石油平台选址过程的工程地质勘探钻探取芯。

附图说明

图1为和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压方案结构示意图；

图2为本发明的上密封盖结构示意图；

图3为本发明的下密封盖结构示意图；

图中：上密封盖1、金属空心钻杆2、取样管3、下密封盖4、充气阀5、顶盖6、压力壳体7、可膨胀气垫8、O形圈9。。

具体实施方式

如图1、2、3所示，和海底钻机配套的深海沉积物岩心保压装置包括上密封盖1、金属空心钻杆2、取样管3、下密封盖4；金属空心钻杆2内设有取样管3，金属空心钻杆2通过细牙螺纹与上密封盖1和下密封盖4连接，上密封盖和下密封盖分别包括充气阀5、顶盖6、压力壳体7、可膨胀气垫8、O形圈9，压力壳体7内设有顶盖6、可膨胀气垫8，压力壳体7与顶盖6、可膨胀气垫8之间设有O形圈9，顶盖6上设有充气阀5。

所述的金属空心钻杆2兼做保压筒，金属空心钻杆2的内径为40～200毫米，壁厚5～20毫米，单节长度2至3米，金属空心钻杆2上端为外螺纹、下端为内螺纹。当取样时，金属空心钻杆2逐节相连；取芯完成后，将充满样品的取样管3置入金属空心钻杆2内，金属空心钻杆2通过细牙螺纹与上密封盖1和下密封盖4连接，由O形圈9、上密封盖1和下密封盖4实现保压功能。