[发明专利]振动式海洋水合物保压取样器

说明书

本发明公开了一种振动式海洋水合物保压取样器，其是由定位机构、振动取心机构、液力提升机构、冲洗机构和保压机构组成。天然气水合物稳定存在于高压低温的海底及冻土带，对温度压力变化敏感，非保压的水合物取样会造成水合物的分解。海洋水合物一般存在于海底浅层沉积砂岩的孔隙中，固结程度不高，松散易遭受冲刷，取心困难。本发明针对海底泥质粉砂型水合物，采用铠装电缆提供动力、振动方式取心、清洗液消除固相颗粒、翻板阀保压的方式进行水合物层的原位保压取心。

技术领域

本发明涉及一种振动式海洋水合物保压取样器，尤其适用于松散易遭受冲刷泥质粉砂沉积层水合物的原位保真取样。

背景技术

天然气水合物是一种由水和气体在高压低温环境下形成笼形结晶化合物，海洋天然气水合物储量巨大、清洁、热值高，是一种极具前景的潜在能源。多个国家对海洋水合物进行了探测研究。海洋水合物的存在依据主要是依靠①BSR拟海底反射地震带，②随钻测井技术，③海底沉积物取样技术。天然气水合物取样的作为水合物存在的直接证据，对岩心的测试也可以分析水合物的形成原因、评价区域水合物的储量，由于天然气水合物的开采可能会引发地质不稳定等问题，可以通过对保压状态的水合物沉积层岩心进行岩土力学测试，为海洋水合物的持续稳定开采提供依据。天然气水合物对温度压力变化敏感，在非保温保压水合物取样时，水合物因压力的降低分解，不利于储层评价。目前针对海洋水合物的取样方法以保压技术为主，所面临的主要问题有：

(1)水合物岩心易受冲刷，岩心获取率偏低。海洋水合物常赋存于海洋浅层的泥质粉砂沉积层中，储层未完全固结，在冲洗液的作用下，岩心难以成柱状，且易被冲洗液冲刷遗失，造成岩心不完整、地层信息丢失。

(2)保压成功率偏低。由于海底环境复杂，取样器机械结构可靠性降低，固相颗粒对保压机构的影响较大，保压成功率不高、压力保持率偏低是目前保压取样的主要问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种振动式海洋水合物保压取样器。通过铠装电缆输送动力，激振器冲击取心筒超前钻头取样，使岩心免受钻井液污染冲刷，提升岩心获取率；采用机械结构可靠的翻板阀进行保压，在阀门关闭前，用冲对保压腔进行清洗，消除固相颗粒的影响，提升保压的稳定性。

本发明是由定位机构、振动取心机构、提升机构、冲洗机构、保压机构组成，该取样器可用于海洋水合物的原位保压取样。

定位机构是由外管、弹卡、弹卡销、张簧、悬挂环、座环组成。钻遇含水合物目的层后，投入该取样器进行取心，弹卡在张簧作用下张开，由外管组成的弹卡室限制弹卡上移，防止取样器向上窜动；悬挂环坐落于座环上，防止取样器向下窜动。取样器在弹卡和悬挂环的上下限制作用下保持稳定。

振动取心机构是由铠装电缆、电缆接头、激振器、偏振片、密封室、承冲砧、取心管、排液孔组成。激振器通过密封室与外界隔绝。铠装电缆中集成有供电线路，通过电缆接头与取样器主体连接，取样器到达指定位置后，通过供电线路向激振器输送动力，带动偏振片旋转，产生激振力，通过冲击承冲砧，将冲击力作用在取心管上，取心管下行，击入水合物沉积层，完成取心。

液力提升机构是由铠装电缆及其中的冲洗介质通道、第一冲洗孔、第一电机、第一球阀、第二电机、第二球阀、提升管、滑轨组成。含水合物岩心进入取心管之后通过第二电机关闭第二球阀，通过第一电机开启第一球阀，铠装电缆中集成有冲洗介质通道，向冲洗介质通道中泵入冲洗介质，通过第一冲洗孔流至提升管和滑轨组成的腔体中，随着压力的升高，推动提升管上行，提升管带动下部取心管上行，完成提升过程。

冲洗机构是由铠装电缆及其中的冲洗介质通道、第二冲洗孔、止位弹卡组成。铠装电缆泵出的冲洗介质除了用于液力提升取心管的作用外，还可用于在取样器中形成清洁的流场，消除固相颗粒对取样器密封件的影响。第一球阀和第二球阀处于开启状态，冲洗介质经第二冲洗孔流至保压腔中，对保压腔及翻板阀进行清洗。