天然气水合物取样器球阀结构的设计和气囊的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com第25卷第5期钻井液与完井液Vo1．25NO．52008年9月DRILLINGFLUID8LC0MPLETIONFLUIDSept．2OO8文章编号：1001—5620(2008)05—0011—03天然气水合物取样器球阀结构的设计和气囊的应用葛云峰杨军(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉)摘要天然气水合物(NGH)是21世纪潜在的新能源，对NGH的勘探工作目前仍处于调查和摸索阶段，该工作面临的一大问题是如何

2、有效地、高保真地取出水合物岩心。介绍了现阶段NGH的采样工具——保温保压取样器的基本情况及优缺点，分析探索了提高取样器保温和保压性能的方法。提出了2种材料和一种技术的应用，即在保温部分采用陶瓷材料，并结合半导体制冷技术；在保压部分采用气囊原理，并对球阀结构进行了改进设计。关键词天然气水合物钻井取样器能源中图分类号：TE821．3TE244文献标识码：AO引言心被提升到常温常压的海面时，其中含有的NGH就会全部或大部分分解。为了能获取保持在原始压天然气水合物(NGH)又称“可燃冰”，是在特定力条件

3、下的沉积物岩心，科学家们开始研制保压取区域由水与天然气在低温(<10℃)、高压(>10心器(pressurecoresampler，PCS)。1995年在国际MPa)条件下结合形成的一种外观似冰的白色结晶固大洋钻探计划(ODP)第164航次中，首次进行了使体化合物，主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉用保压取心器取样的尝试并取得了一定的成功_4]。积物中。NGH具有多孔性，其硬度和剪切模量小于随着对天然气水合物研究的深入，保压取心器也不冰，密度为0．905～O．910g／cm3，热传导率和电阻率

4、断完善和发展。目前科学家们针对海底沉积物的不远小于冰r1]。目前一般认为水合物保持稳定的条件同类型分别设计了3种保压取心器。①推进型保压为5．06~40．53MPa、2．5～25℃。因此，如果海底温取心器，适用于对黏土质含天然气水合物沉积物进度为2℃，沉积物中的地温梯度为0．035℃／m，则行取心，ODP第164航次在布莱克海底高原沉积物NGH在沉积物中的稳定深度为0～1000m[。上部100~200m曾遇到这种沉积物。②旋转型保随着钻井和取心过程中压力、温度的变化，NGH压取心器，它具有旋转钻

5、进和切割功能，适用于对较将分解成水和气体。在一定的温度条件下，当压力低深层位和比黏土质更坚硬、固结程度更高的含天然于临界稳定曲线上对应的临界点的压力值时，NGH气水合物沉积岩进行取心。③撞击型保压取心器，则会分解，释放出气体(1ma水合物可以释放出180它具有摆动锤和撞击功能，适用于对坚硬、固结程度m。左右的自由气体)；在一定的压力条件下，当温度很好的颗粒石英砂岩层、硬砂岩层和卵石层等一些高于临界稳定曲线上对应的临界点的温度值时，被认为是极难取心的层位进行取心l5]。NGH亦会分解D]。因此NG

6、H的勘探工作对取心筒和钻井液都有特殊的要求，一般采用冷却钻井液钻井2取样器保温性能的提高和保压岩心筒取心。从钻井液的冷却和取样器自身的保温隔热性能1现阶段取样器的基本情况2方面探究了如何提高取样器的保温性能。现在大多数勘探机构通过采集海底表层的沉积2．1保温性能提高对钻井工艺的要求物来分析是否存在NGH，这也是识别水合物最直在钻井过程中如何获得高保真的水合物岩样，接的方法。但是由于NGH特殊的物理性质，当岩国外的经验是：快速提取、合适的钻井液和钻井液冷基金项目：2007年中国地质大学(武汉)课余

7、科研创新计划项目(200703)。第一作者简介：葛云峰，1985年生，现在中国地质大学(武汉)探矿工程专业攻读硕士学位。地址：湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号；邮政编码430074；E-mail：gyf19850714@163．corn。维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com12钻井液与完并液2008年9月却系统。快速提取取决于钻探设备本身和操作人员要求高、无制冷剂污染的场合。由于这些优点，取样的素质。不管采用哪一种取样器，都需采用温度足器在保温方面

8、可利用半导体制冷原理保持岩心管的够低的低温钻井液，并采用合适的循环速度、钻进速内部温度，半导体制冷的动力由安装在钻具内部的度和转速，以抑制原地和未卡断岩心前取样器中水高能锂电池提供。半导体制冷可以使岩心管内部温合物的分解。具体措施是在地面组装冷却机组，保度保持在0～4℃。证钻井液的温度在一定范围内；通过向钻井液中添3取样器保压的实现加化学添加剂，增强其散热性能。但是考虑到钻井液是以水为主要介质，水的比热较大，所以化学方法从保压取样器的效率和设备稳定性能看，目前改进的成效较小。而与地面的冷却设施、