專利名稱：和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
對海底資源進(jìn)行鉆頭取芯是海洋地質(zhì)勘探的最終手段，也是獲取地質(zhì)儲(chǔ)量的唯一手段。鉆探取芯也是海洋工程地質(zhì)調(diào)查的重要手段之一。使用大洋鉆探船對海底進(jìn)行鉆探是目前海洋資源勘查的主要方式，但這種方式不夠經(jīng)濟(jì)。海洋鉆探船噸位大，消耗高。針對海底水合物資源調(diào)查，以及海洋工程地質(zhì)調(diào)查的鉆探深度一般進(jìn)數(shù)十米至200米，這類鉆探的發(fā)展趨勢是使用通用型科考船搭載能在海底自主作業(yè)水下鉆機(jī)進(jìn)行鉆探。為了解沉積物中是否有水合物，或者是烴滲漏，通常要求對深海沉積物巖心進(jìn)行保壓，即在巖心從海底提升到海面的過程中，使巖心保持海底壓力不變，否則烴類氣體會(huì)隨壓力降低而散發(fā)。以往的保壓技術(shù)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且自身重量大，而作為水下鉆機(jī)母船的科考船通常噸位較小，甲板空間和吊車承重能力均十分有限?，F(xiàn)有的保壓技術(shù)不適合水下鉆機(jī)巖心的保壓。針對使用水下鉆機(jī)進(jìn)行海底資源勘探和工程勘探的需求提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置及其使用方法。和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置包括上密封蓋、金屬空心鉆桿、取樣管、下密封蓋；金屬空心鉆桿內(nèi)設(shè)有取樣管，金屬空心鉆桿通過細(xì)牙螺紋與上密封蓋和下密封蓋連接，上密封蓋和下密封蓋分別包括充氣閥、頂蓋、壓力殼體、可膨脹氣墊、0形圈，壓力殼體內(nèi)設(shè)有頂蓋、可膨脹氣墊，壓力殼體與頂蓋、可膨脹氣墊之間設(shè)有0形圈，頂蓋上設(shè)有充氣閥。所述的金屬空心鉆桿的內(nèi)徑為40 200毫米，壁厚5 20毫米，單節(jié)長度2至3 米，金屬空心鉆桿上端為外螺紋、下端為內(nèi)螺紋。所述的取樣管為薄壁管材，其外徑、長度與金屬空心鉆桿的內(nèi)徑匹配，壁厚不超過 5毫米。和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置的使用方法的步驟如下
1)根據(jù)水深按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算上密封蓋和下密封蓋所需的預(yù)充氣體壓力，通過專用充氣工具，向上密封蓋和下密封蓋內(nèi)可膨脹氣墊充氮?dú)饣蚩諝?，可膨脹氣墊外頂，經(jīng)驗(yàn)公式為Pi/Pb=l· 7X103XPb+0. 018，Pi是氣墊預(yù)充氣體的壓力，Pb是海底壓力，單位均為MPa ；
2)海底鉆機(jī)從海面到達(dá)海底后，上密封蓋和下密封蓋內(nèi)可膨脹氣墊受海水壓縮，體積減至最小，可膨脹氣墊貼近上密封蓋和下密封蓋；
3 )將充滿樣品的取樣管逐一提升至井口暫放鉆探完成后，金屬空心鉆桿逐一被拔出， 每拔出一根，即將一節(jié)充滿樣品的取樣管放入其中，并在金屬空心鉆桿兩端擰入上密封蓋和下密封蓋；4)鉆機(jī)從海底提升到海面時(shí)，容有樣品和取樣管的金屬空心鉆桿因海水溫度增高，外壓降低而膨脹，所形成的壓降由上密封蓋和下密封蓋附設(shè)的可膨脹氣墊內(nèi)的壓縮氮?dú)饣蚩諝馄胶?，維持內(nèi)壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)保壓功能。本發(fā)明與水下鉆機(jī)配套使用，能使深海沉積物從海底提取到海面的過程保持原位壓力，并保證甲烷等烴類氣體不散失，水合物不融化。本發(fā)明適合于使用水下鉆機(jī)隊(duì)海洋沉積物的鉆探取芯，將能廣泛應(yīng)用于海洋資源勘查，尤其是水合物和深水油氣資源，也適合于大型石油平臺(tái)選址過程的工程地質(zhì)勘探鉆探取芯。


圖1為和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓方案結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的上密封蓋結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的下密封蓋結(jié)構(gòu)示意圖中上密封蓋1、金屬空心鉆桿2、取樣管3、下密封蓋4、充氣閥5、頂蓋6、壓力殼體7、 可膨脹氣墊8、0形圈9。。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3所示，和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置包括上密封蓋1、金屬空心鉆桿2、取樣管3、下密封蓋4 ；金屬空心鉆桿2內(nèi)設(shè)有取樣管3，金屬空心鉆桿2通過細(xì)牙螺紋與上密封蓋1和下密封蓋4連接，上密封蓋和下密封蓋分別包括充氣閥5、頂蓋6、 壓力殼體7、可膨脹氣墊8、0形圈9，壓力殼體7內(nèi)設(shè)有頂蓋6、可膨脹氣墊8，壓力殼體7與頂蓋6、可膨脹氣墊8之間設(shè)有0形圈9，頂蓋6上設(shè)有充氣閥5。所述的金屬空心鉆桿2兼做保壓筒，金屬空心鉆桿2的內(nèi)徑為40 200毫米，壁厚5 20毫米，單節(jié)長度2至3米，金屬空心鉆桿2上端為外螺紋、下端為內(nèi)螺紋。當(dāng)取樣時(shí)，金屬空心鉆桿2逐節(jié)相連；取芯完成后，將充滿樣品的取樣管3置入金屬空心鉆桿2內(nèi)， 金屬空心鉆桿2通過細(xì)牙螺紋與上密封蓋1和下密封蓋4連接，由0形圈9、上密封蓋1和下密封蓋4實(shí)現(xiàn)保壓功能。所述的取樣管3為薄壁管材，其外徑、長度與金屬空心鉆桿O)的內(nèi)徑匹配，壁厚不超過5毫米。和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置的使用方法的步驟如下
1)根據(jù)水深按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算上密封蓋ι和下密封蓋4所需的預(yù)充氣體壓力，通過專用充氣工具，向上密封蓋1和下密封蓋4內(nèi)可膨脹氣墊8充氮?dú)饣蚩諝猓膳蛎洑鈮|8外頂，經(jīng)驗(yàn)公式為=PiA3b=I. 7 X IO3 X Pb+0. 018，Pi是氣墊預(yù)充氣體的壓力，Pb是海底壓力，單位均為MPa ；
2)海底鉆機(jī)從海面到達(dá)海底后，上密封蓋1和下密封蓋4內(nèi)可膨脹氣墊8受海水壓縮， 體積減至最小，可膨脹氣墊8貼近上密封蓋1和下密封蓋4，外側(cè)有充氣閥5，使用前將可膨脹氣墊8預(yù)充氮?dú)饣蚩諝猓?br> 3)鉆探過程使用繩索取芯技術(shù)，將充滿樣品的取樣管3逐一提升至井口暫放鉆探完成后，金屬空心鉆桿2逐一被拔出，每拔出一根，即將一節(jié)充滿樣品的取樣管3放入其中，并在金屬空心鉆桿2兩端擰入上密封蓋1和下密封蓋4，該過程借助程序控制的機(jī)械手完成；4)鉆機(jī)從海底提升到海面時(shí)，容有樣品和取樣管3的金屬空心鉆桿2因海水溫度增高， 外壓降低而膨脹，所形成的壓降由上密封蓋1和下密封蓋4附設(shè)的可膨脹氣墊8內(nèi)的壓縮氮?dú)饣蚩諝馄胶?因此能夠維持內(nèi)壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)保壓功能。
權(quán)利要求
1.一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置，其特征在于包括上密封蓋(1)、 金屬空心鉆桿O)、取樣管(3)、下密封蓋；金屬空心鉆桿O)內(nèi)設(shè)有取樣管(3)，金屬空心鉆桿( 通過細(xì)牙螺紋與上密封蓋(1)和下密封蓋(4)連接，上密封蓋和下密封蓋分別包括充氣閥(5)、頂蓋(6)、壓力殼體(7)、可膨脹氣墊(8)、0形圈(9)，壓力殼體(7)內(nèi)設(shè)有頂蓋(6)、可膨脹氣墊(8)，壓力殼體(7)與頂蓋(6)、可膨脹氣墊⑶之間設(shè)有0形圈(9)， 頂蓋(6)上設(shè)有充氣閥(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置，其特征在于所述的金屬空心鉆桿( 的內(nèi)徑為40 200毫米，壁厚5 20毫米，單節(jié)長度2至3米， 金屬空心鉆桿( 上端為外螺紋、下端為內(nèi)螺紋。
3.如權(quán)利要求1所述的一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓方案，其特征在于所述的取樣管⑶為薄壁管材，其外徑、長度與金屬空心鉆桿⑵的內(nèi)徑匹配，壁厚不超過5毫米。
4.一種如權(quán)利要求1所述的和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置的使用方法，其特征在于它的步驟如下1)根據(jù)水深按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算上密封蓋(1)和下密封蓋(4)所需的預(yù)充氣體壓力， 通過專用充氣工具，向上密封蓋(1)和下密封蓋內(nèi)可膨脹氣墊(8)充氮?dú)饣蚩諝?，可膨脹氣墊(8)外頂，經(jīng)驗(yàn)公式為=VPb=L 7X103XPb+0. 018，Pi是氣墊預(yù)充氣體的壓力，Pb是海底壓力，單位均為MPa;2)海底鉆機(jī)從海面到達(dá)海底后，上密封蓋(1)和下密封蓋內(nèi)可膨脹氣墊(8)受海水壓縮，體積減至最小，可膨脹氣墊(8)貼近上密封蓋(1)和下密封蓋(4)；3)將充滿樣品的取樣管C3)逐一提升至井口暫放鉆探完成后，金屬空心鉆桿( 逐一被拔出，每拔出一根，即將一節(jié)充滿樣品的取樣管(3)放入其中，并在金屬空心鉆桿(2)兩端擰入上密封蓋(1)和下密封蓋(4)；4)鉆機(jī)從海底提升到海面時(shí)，容有樣品和取樣管(3)的金屬空心鉆桿O)因海水溫度增高，外壓降低而膨脹，所形成的壓降由上密封蓋(1)和下密封蓋附設(shè)的可膨脹氣墊 (8)內(nèi)的壓縮氮?dú)饣蚩諝馄胶?，維持內(nèi)壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)保壓功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種和海底鉆機(jī)配套的深海沉積物巖心保壓裝置及其使用方法。它包括上密封蓋、金屬空心鉆桿、取樣管、下密封蓋；金屬空心鉆桿內(nèi)設(shè)有取樣管，金屬空心鉆桿通過細(xì)牙螺紋與上密封蓋和下密封蓋連接，上密封蓋和下密封蓋分別包括充氣閥、頂蓋、壓力殼體、可膨脹氣墊、O形圈，壓力殼體內(nèi)設(shè)有頂蓋、可膨脹氣墊，壓力殼體與頂蓋、可膨脹氣墊之間設(shè)有O形圈，頂蓋上設(shè)有充氣閥。本發(fā)明與水下鉆機(jī)配套使用，能使深海沉積物從海底提取到海面的過程保持原位壓力，并保證甲烷等烴類氣體不散失，水合物不融化。本發(fā)明適合于使用水下鉆機(jī)隊(duì)海洋沉積物的鉆探取芯，將能廣泛應(yīng)用于海洋資源勘查，尤其是水合物和深水油氣資源。
文檔編號(hào)E21B25/10GK102182414SQ201110056030
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者葉瑛, 葉葳, 秦華偉, 陳家旺 申請人:浙江大學(xué)