許俊良，任 紅

(勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng)257017)

美國(guó)休斯頓大學(xué)石油化學(xué)及能源教授米切爾·伊科諾米季斯撰文指出，未來(lái)石油不是來(lái)自美國(guó)大陸，也不是來(lái)自歐洲，更不是來(lái)自北極的野生生物保護(hù)區(qū)，而是深海和超深海。正是因?yàn)槿绱?，世界各?guó)為了獲得深海中的能源投入了大量的人力物力開(kāi)展深海勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究工作。自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，俄、美、德、英、加等許多發(fā)達(dá)國(guó)家甚至一些發(fā)展中國(guó)家也對(duì)其極為重視，開(kāi)展了大量的研究。自1984年始，我國(guó)科技人員對(duì)國(guó)外有關(guān)水合物調(diào)查狀況及其巨大的資源潛力進(jìn)行了系統(tǒng)的資料匯集，對(duì)80年代早、中期在南海北部陸坡區(qū)完成的2萬(wàn)多千米地震資料進(jìn)行復(fù)查，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局于1999年10月首次在我國(guó)海域南海北部西沙海槽區(qū)開(kāi)展海洋天然氣水合物前期試驗(yàn)性調(diào)查。2000年廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“探寶號(hào)”和“海洋四號(hào)”調(diào)查船在西沙海槽繼續(xù)開(kāi)展天然氣水合物的調(diào)查。2007年在我國(guó)南海北部租用輝固國(guó)際集團(tuán)公司鉆探船成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品。

1 國(guó)際大洋鉆探取樣技術(shù)現(xiàn)狀［1～10］

鉆探取樣器是利用鉆探船進(jìn)行海底深部取樣，利用特別手段取得接近地層原始狀態(tài)的樣品，也是識(shí)別水合物及其他礦元素的最直接的方法。目前利用該技術(shù)已經(jīng)在世界許多地方獲得了水合物的樣品，例如:布萊克海嶺、中美洲海溝、秘魯大陸邊緣、里海等地。但是，要獲得保持原位壓力和溫度的高保真巖心樣品，必須研究和采用高保真取樣器、原狀水合物巖心室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析裝置，后者國(guó)內(nèi)還未有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，只能通過(guò)對(duì)巖心分離氣、液和巖心巖石骨架進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究。目前高保真取樣器，國(guó)外主要有國(guó)際深海鉆探計(jì)劃(DSDP)采用的保壓取樣筒PCB(Pressure Core Barrel)、國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃(ODP)采用的保壓取樣器PCS(Pressure Core Sampler)、活塞取樣器APC(Advanced Piston Corer)。國(guó)內(nèi)針對(duì)天然氣水合物的專用取樣器還正在研制和完善中。

1.1 保壓取樣筒DSDP－PCB

DSDP－PCB是深海鉆探計(jì)劃使用的保壓取樣筒(圖1)，是由一套繩索高壓取心筒組成。在其底部裝有球閥，球閥有直徑為58 mm的孔，在其上部有取樣機(jī)構(gòu)、排氣孔和減壓閥。取樣筒沿著鉆具下放并與鉆頭鎖緊，卡斷巖心后，下放繩索打撈工具并鎖緊，向上提升繩索，產(chǎn)生的拉力激活一系列機(jī)制，首先使球閥和排氣孔關(guān)閉，最后打開(kāi)釋放機(jī)構(gòu)，使取心筒脫離鉆具。在取心筒被提升過(guò)程中，泄壓閥通過(guò)排出蓄壓器中的氮?dú)獗３謨?nèi)部壓力不大于34.4 MPa，或者通過(guò)其它機(jī)構(gòu)排出過(guò)高的壓力，而且浮動(dòng)活塞蓄壓器被預(yù)先充27.5 MPa氮?dú)?，一旦筒?nèi)壓力超過(guò)27.5 MPa，將使活塞壓縮氮?dú)?。?dāng)巖心筒內(nèi)的壓力超過(guò)34.4 MPa，泄壓閥打開(kāi)使氮?dú)馀懦?，這樣，使天然氣保持在巖樣中，且使泄壓閥不會(huì)被沉積物堵塞，當(dāng)PCB到達(dá)甲板上時(shí)，可監(jiān)測(cè)巖心的壓力和溫度，在有效控制的條件下排除高壓天然氣和流體。

圖1 DSDP－PCB的基體結(jié)構(gòu)

1.2 保壓取樣器ODP－PCS

ODP－PCS是在DSDP－PCB基礎(chǔ)上研制的用于ODP的保壓取樣器(圖2)，PCS是一種自由下落式展開(kāi)、液壓驅(qū)動(dòng)、鋼絲繩提取的取心工具。它既采用了傳統(tǒng)的油田壓力取心技術(shù)，又采用了DSDP計(jì)劃所發(fā)展起來(lái)的取心技術(shù)。PCS靠自由落體展開(kāi)，坐落鎖緊在底部鉆具組合里并一起回轉(zhuǎn)。理論上在70 MPa的高壓下 PCS可取到長(zhǎng)860 mm、直徑42 mm的巖樣，PCS在Leg146等航次取得了接近原位壓力的巖心、氣體和水樣品。

圖2 ODP－PCS的基本結(jié)構(gòu)

1.3 保壓取樣筒ESSO－PCB

ESSO－PCB主要用于含油氣層取樣，在內(nèi)管和外管間夾有第三層的傳統(tǒng)取心管，可以補(bǔ)償向上移動(dòng)期間溫度和外部壓力的變化引起的筒內(nèi)的壓力變化，從而使得巖心可以在儲(chǔ)層壓力條件下，或更確切的說(shuō)是在孔底的靜止泥漿壓力下取出?？扇r心直徑42.9 mm，巖心的長(zhǎng)度165.1 mm。

上述工具在深海鉆探計(jì)劃中使用過(guò)，并取得了較好的成績(jī)。大洋深海鉆探計(jì)劃針對(duì)水合物取樣的較多，但真正取到水合物樣品的航次很少。根據(jù)目前的資料統(tǒng)計(jì)，其中Leg164和Leg204航次獲取到了水合物樣品。在Leg164航次中，有16個(gè)孔進(jìn)行了鉆探取心，共取樣262次，取心進(jìn)尺2080.2 m，巖心長(zhǎng)1503.15 m，平均巖心收獲率72.26%，其中使用保壓取心工具在8個(gè)孔內(nèi)進(jìn)行了取樣，共取樣39次，取心進(jìn)尺39 m，巖心長(zhǎng)12.37 m，平均巖心收獲率31.72%，其中有一個(gè)孔內(nèi)取到水合物樣品(見(jiàn)圖3)。在Leg204航次中的36個(gè)孔內(nèi)進(jìn)行了取樣，共取樣467次，取心進(jìn)尺3674.5 m，巖心長(zhǎng)3068.29 m，平均巖心收獲率83.5%。使用的工具與取樣數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。其中有一個(gè)孔內(nèi)取到水合物樣品(見(jiàn)圖4)。

圖3 在Leg164航次中取到的水合物巖樣

表1 Leg204航次使用的取樣工具與取樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.4 FPC(Fugro Pressure Corer)壓力取心工具

1.4.1 結(jié)構(gòu)原理

圖4 在Leg204航次中取到的水合物巖樣

FPC壓力取心工具是根據(jù)氣液高壓設(shè)備項(xiàng)目由歐洲聯(lián)盟投資發(fā)展起來(lái)的(圖5)，是一種推力和錘擊式取心系統(tǒng)，在具有壓力和溫度環(huán)境下實(shí)現(xiàn)密封。設(shè)計(jì)的FPC壓力取樣器可以在海底的深度水合物層取心，用鉆井船或者半潛式鉆井平臺(tái)在2500 m范圍內(nèi)施工，在非常軟到硬的頁(yè)巖或松散到非常致密的土層、水泥質(zhì)的砂層或泥巖2種地層中可以獲得高質(zhì)量的水合物巖樣。

圖5 FPC的基本結(jié)構(gòu)

FPC壓力取心工具穿透地層象液體驅(qū)動(dòng)推力取樣器一樣，在穿透期間當(dāng)土壤阻力達(dá)到一個(gè)門限值時(shí)停止工作，一旦超過(guò)了這一個(gè)門限值(2.75 MPa泥漿壓力)，壓力驅(qū)動(dòng)沖擊錘工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)取心系統(tǒng)繼續(xù)工作。可以在25 MPa的壓力和溫度環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)密封巖心，可獲得直徑58 mm、長(zhǎng)度1 m的保壓巖心。自2002年該工具成功應(yīng)用在各種預(yù)探井，回收多次帶壓巖心，實(shí)際回收成功率80%。

1.4.2 作業(yè)過(guò)程

當(dāng)井眼深度到達(dá)取樣深度后分3個(gè)步驟進(jìn)行，第一步用繩索把工具送入鉆桿內(nèi)并坐到密封臺(tái)肩上，以便切削鉆頭的底部通過(guò)主要鉆頭的孔伸出;第二步開(kāi)泵，把鉆井液泵入工具，首先推動(dòng)取心筒進(jìn)入土壤地層直到土壤的阻力超過(guò)了2.75 MPa的泥漿壓力，然后泥漿壓力驅(qū)動(dòng)沖擊錘工作，處在前面的取心筒的行程達(dá)到1 m，巖心通過(guò)切削鉆頭進(jìn)入塑料襯筒內(nèi);第三步利用繩索將FPC工具回收到地面，同時(shí)拉動(dòng)巖心進(jìn)入高壓筒部分，特殊的聚能瓣閥自動(dòng)關(guān)閉，密封和保護(hù)巖心在壓力的環(huán)境中。當(dāng)工具到達(dá)甲板后立即將高壓部分從工具中分離，巖心冷卻在冰池槽內(nèi)維持水合物的穩(wěn)定，以防任何額外的損失，最后將高壓部分放進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的處理實(shí)驗(yàn)室。

FPC壓力取心工具的高壓部分的巖心管，在現(xiàn)場(chǎng)冷卻實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行處理，將高壓部分連接到轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，在不損失壓力的情況下取回巖心。然后可以借用X射線、P波速度和伽瑪射線進(jìn)行測(cè)試，在壓力環(huán)境下觀察深部的巖心分析，然后可以脫氣或者使用切割轉(zhuǎn)移箱切割，為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)可將巖心保存在高壓儲(chǔ)存箱內(nèi)。

1.4.3 主要參數(shù)

長(zhǎng)度:10 m;

直徑:100 mm;

質(zhì)量:450 kg;

巖心長(zhǎng)度:1 m;

巖心直徑:58 mm;

高壓腔最大壓力:25 MPa。

1.4.4 主要特點(diǎn)

(1)使用繩索通過(guò)鉆桿釋放;

(2)使巖心襯管/筒進(jìn)入土壤地層的力是由內(nèi)置的沖擊錘靠鉆井液(海水)提供的;

(3)高壓部分保住巖心是在高壓環(huán)境下進(jìn)行的。

1.4.5 常規(guī)鉆機(jī)設(shè)備要求

(1)回收FPC工具需要使用帶有1000～3000 kg能力的打牢繩;

(2)能與井底鉆具標(biāo)準(zhǔn)API螺紋的轉(zhuǎn)換接頭;

(3)在操作期間，工具的作用力在鉆桿上產(chǎn)生一個(gè)向上的力，為了獲得較好的巖心質(zhì)量，推薦使用一個(gè)象鉆桿夾持器一樣的底盤安裝在海底構(gòu)架上;

(4)在甲板上要有3 m×12 m的空間用來(lái)組裝、維修和服務(wù)FPC工具，另外，工具帶有自密封的7 m工作間集裝箱;

(5)泵的能力為160～250 L/min，泥漿壓力為20～50 Pa;

(6)泥漿類型，象聚合物、坂土或類似的泥漿確保鉆井過(guò)程中的裸眼潤(rùn)滑。

1.5 FRPC(Fugro Rotary Pressure Corer)旋轉(zhuǎn)壓力取心器

1.5.1 結(jié)構(gòu)原理

Fugro旋轉(zhuǎn)壓力取心器是一個(gè)很早就有的HRC(Hyace Rotary Corer)旋轉(zhuǎn)取心器，是德國(guó)的克勞斯技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)的，屬于HYACE(水合物高壓取心設(shè)備)項(xiàng)目，有歐洲聯(lián)盟投資。設(shè)計(jì)的FRPC壓力取樣器可以在海底深度的水合物承載的地層取心，用鉆井船或者半潛式鉆井平臺(tái)在2500 m范圍內(nèi)施工。最初是為沉積物和硬巖地層設(shè)計(jì)的，經(jīng)過(guò)修改，現(xiàn)在工具可以用來(lái)鉆軟、未固結(jié)和頁(yè)巖地層，增加的應(yīng)用范圍適應(yīng)各種沉積巖。

FRPC壓力取心器使用了一個(gè)內(nèi)置的水驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，通過(guò)鉆桿循環(huán)鉆井液提供能量，結(jié)合高壓系統(tǒng)，在壓力、溫度環(huán)境下對(duì)巖心進(jìn)行密封，壓力高達(dá)25 MPa，能獲得直徑50 mm、長(zhǎng)度1 m的帶壓巖心。自2002年該系統(tǒng)成功用于5種不同的預(yù)探井，回收多次全直徑和全壓的巖心，實(shí)際回收成功率90%，該系統(tǒng)一直在持續(xù)改進(jìn)，成功率也在不斷提高。FRPC的切削鞋使用了窄縫、用PDC切削元件的螺旋鉆孔方式設(shè)計(jì)，減少巖心的沖刷和污染。

1.5.2 作業(yè)過(guò)程

當(dāng)井眼深度到達(dá)取樣深度后分3個(gè)步驟進(jìn)行:第一步用繩索把工具送入鉆桿內(nèi)并坐到密封臺(tái)肩上，以便切削鉆頭的低部通過(guò)主要鉆頭的孔伸出;第二步泵入鉆井液通過(guò)工具使內(nèi)置的水驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)開(kāi)始取心作業(yè)，巖心通過(guò)切削鉆頭的領(lǐng)眼部分和特殊設(shè)計(jì)的巖心抓進(jìn)入塑料襯筒;第三步利用繩索將FPC工具回收到地面，同時(shí)拉動(dòng)巖心進(jìn)入高壓筒部分，特殊的聚能瓣閥自動(dòng)關(guān)閉。為溫度穩(wěn)定，要求工具在30 min內(nèi)升到泥線位置。工具到達(dá)甲板后立即將高壓部分從工具中分離，巖心冷卻在冰池槽內(nèi)幫助維持水合物的穩(wěn)定，防止任何額外的損失。最后將高壓部分放進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的處理實(shí)驗(yàn)室。

1.5.3 主要參數(shù)

長(zhǎng)度:10 m;

直徑:100 mm;

質(zhì)量:450 kg;

巖心長(zhǎng)度:1 m;

巖心直徑:50 mm;

高壓腔最大壓力:25 MPa。

1.5.4 主要特點(diǎn)

(1)使用繩索通過(guò)鉆桿釋放;

(2)切削鉆頭/螺旋旋轉(zhuǎn)使用一個(gè)內(nèi)置馬達(dá)，由鉆井液提供能量;

(3)高壓部分保住巖心是在壓力環(huán)境下進(jìn)行的;(4)利用鉆井液清洗切削齒;

(5)切削鉆頭的前面為窄縫領(lǐng)眼設(shè)計(jì)，避免巖心進(jìn)入內(nèi)筒之前被污染;

(6)塑料襯管在取心期間不能旋轉(zhuǎn)。

1.5.5 對(duì)設(shè)備的要求

(1)井下(旋轉(zhuǎn))取心工具;

(2)用于連接切削鞋和巖心抓的各種取心短節(jié);

(3)保持壓力達(dá)到25 MPa的高壓能力;

(4)內(nèi)襯筒;

(5)與FRPC連接到卸掉的井底鉆具組合。

1.6 FHPC(Fugro Hydraulic Piston Corer)液壓活塞取心器

FHPC是一種利用繩索回收的液力活塞式取心器，所以取樣操作是連續(xù)的、不停頓的、高效率的，能提供幾乎完整的從平臺(tái)以下(200～300 m)深層段的海底沉積巖樣。使用數(shù)年證明該工具是牢固的、靈活的，維修少，比其它所知道的任何取樣工具獲得的海洋沉積物巖樣受干擾都少。用一層清潔的塑料襯管(外徑71 mm，內(nèi)徑66 mm)，設(shè)計(jì)的FHPC工具可以在短型式(4.6 m)、長(zhǎng)型式(9.1 m)和中等多用途的型式(7.6 m)下使用，通過(guò)Fugro的井底鉆具組合進(jìn)行變換，允許它的用途象其他取心系統(tǒng)一樣多樣性，比如象Fugro先進(jìn)的保壓取樣器，F(xiàn)ugro的壓力取樣器(FPC)和Fugro的旋轉(zhuǎn)壓力取樣器(FRPC)。

設(shè)計(jì)的FHPC標(biāo)準(zhǔn)的切削鞋提供最優(yōu)的樣品質(zhì)量，內(nèi)徑與壁厚的比率對(duì)土工技術(shù)的取樣工具來(lái)說(shuō)是比較好的。

FHPC系統(tǒng)一直作為非保壓取心工具在世界范圍內(nèi)幾個(gè)水合物項(xiàng)目中使用:通過(guò)硫酸鹽甲烷界面取心;回收正在分解或分解后的水合物;回收固體狀態(tài)的水合物;氣體孔隙和膨脹裂紋的可視定位。

鉆孔到取心深度后施工程序?yàn)?

(1)利用提撈繩將FHPC系統(tǒng)下放，坐到井底鉆具組合上，切削鞋正好在鉆頭位置;

(2)加壓鉆桿到啟動(dòng)點(diǎn)(根據(jù)剪銷的數(shù)量/類型，90～195 Pa);

(3)啟動(dòng)后的FHPC系統(tǒng)通過(guò)鉆頭在控制行程速度的范圍內(nèi)進(jìn)入土層;

(4)泥漿壓力突然降低說(shuō)明行程已結(jié)束。

2 國(guó)內(nèi)天然氣水合物取樣技術(shù)研究

我國(guó)在天然氣水合物取樣鉆探技術(shù)的研究方面起步較晚，2000年8月，國(guó)土資源部率先啟動(dòng)了“天然氣水合物保壓取心鉆具研究”。2001年，國(guó)家又將“天然氣水合物保真取樣鉆具的研制”列為“863”計(jì)劃，經(jīng)過(guò)幾年的探索和研究開(kāi)發(fā)，在保真取樣鉆具及鉆探施工方案等方面取得了一定的進(jìn)展和成果［11］，但沒(méi)有進(jìn)行海試。2006年國(guó)家“863”把“天然氣水合物勘探與開(kāi)發(fā)”列為“十一五”的重大專項(xiàng)，“天然氣水合物鉆探取心關(guān)鍵技術(shù)”作為項(xiàng)目課題進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)科研人員的攻關(guān)，解決了取樣的部分關(guān)鍵技術(shù)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)外的資料調(diào)研和國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，課題組設(shè)計(jì)了3種不同方式的取樣工具，在淺海區(qū)域進(jìn)行了功能性試驗(yàn)并取樣(圖6，圖7)，工具性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖6 出心時(shí)照片

圖7 巖心照片

2.1 WEPC(Wireline Extend Pressure Corer)繩索伸出式保壓取樣器

當(dāng)進(jìn)行取樣鉆探作業(yè)時(shí)，取樣管伸出鉆頭下邊，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊加壓，有利于提高取樣收獲率。當(dāng)取樣結(jié)束，從井口下入繩索打撈系統(tǒng)與打撈機(jī)構(gòu)對(duì)接，鎖定機(jī)構(gòu)自動(dòng)解鎖，活塞及保樣管上行，拉桿與保溫保壓筒脫開(kāi)，保樣管隨同活塞上行，當(dāng)活塞到達(dá)保溫保壓筒上端時(shí)，保樣管進(jìn)入保溫保壓筒內(nèi)，安裝在保溫保壓筒內(nèi)的控制系統(tǒng)工作，啟動(dòng)球閥關(guān)閉，使保樣管處于密封腔室內(nèi)，起到保溫保壓的作用。利用繩索回收保溫保壓筒縮短巖樣從井底到地面的時(shí)間，有利于巖樣保壓保溫，使用該工具施工時(shí)，必須在鉆探船上進(jìn)行實(shí)施。

WEPC保壓取樣器的主要參數(shù):

長(zhǎng)度:7 m;

直徑:130 mm;

質(zhì)量:550 kg;

巖心長(zhǎng)度:3 m;

巖心直徑:32 mm;

高壓腔最大壓力:20 MPa;

鉆頭外徑:215 mm。

2.2 WRPC(Wireline Rotary Pressure Corer)繩索旋轉(zhuǎn)式保壓取樣器

針對(duì)沉積物以下的硬巖層取樣，課題組設(shè)計(jì)了該方案。當(dāng)進(jìn)行取樣作業(yè)時(shí)，從井口將取樣裝置投入(或鋼絲繩送入)專用鉆桿內(nèi)，取樣裝置坐在外套上，通過(guò)地面泵送的液體和轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具使取樣鉆頭鉆進(jìn)取樣。當(dāng)取樣結(jié)束，從井口下入繩索打撈系統(tǒng)與打撈機(jī)構(gòu)對(duì)接，鎖定機(jī)構(gòu)自動(dòng)解鎖，活塞及保樣管上行，拉桿與保溫保壓筒脫開(kāi)，保樣管隨同活塞上行，當(dāng)活塞到達(dá)保溫保壓筒上端時(shí)，保樣管進(jìn)入保溫保壓筒內(nèi)，啟動(dòng)板閥關(guān)閉，使保樣管處于密封腔室內(nèi)，起到保溫保壓的作用。采用繩索轉(zhuǎn)動(dòng)式水合物鉆探取樣設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在硬巖層中的連續(xù)取樣，不受巖層深淺的限制。取樣結(jié)束利用繩索上提取樣裝置，速度快，有利于縮短巖樣從井底到地面的時(shí)間和巖樣的保溫保壓。該取樣裝置不僅具有壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，而且在保壓保溫筒下邊設(shè)置了溫度壓力記錄儀，真實(shí)地反應(yīng)出巖樣在海底的溫度壓力狀況。由于在該裝置的保溫保壓筒的頂部設(shè)有懸掛軸承結(jié)構(gòu)，在鉆具帶動(dòng)取樣鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，保溫保壓筒及保樣筒相對(duì)不轉(zhuǎn)，有利于巖樣收獲率的提高。

WRPC保壓取樣器的主要參數(shù):

長(zhǎng)度:5.5 m;

直徑:130 mm;

質(zhì)量:550 kg;

巖心長(zhǎng)度:3 m;

巖心直徑:48 mm;

高壓腔最大壓力:20 MPa;

鉆頭外徑:215 mm。

2.3 DRPC(Drill-stem Rotary Pressure Corer)鉆柱式旋轉(zhuǎn)保壓取樣器

當(dāng)進(jìn)行取樣作業(yè)時(shí)，從井口將取心裝置與鉆具連接好，利用常規(guī)鉆桿將取心裝置下到井底取心層位，開(kāi)泵循環(huán)鉆井液進(jìn)行取心作業(yè)。當(dāng)取樣結(jié)束，從井口投入一鋼球坐到擋球塞處，開(kāi)泵憋壓剪斷固定擋球塞的銷釘，使擋球塞下落，球掛機(jī)構(gòu)釋放拉桿和保溫保壓筒，上提鉆具，差動(dòng)裝置差動(dòng)，外套下落，保樣筒及割心機(jī)構(gòu)一起上行，保溫保壓筒隨著外套不動(dòng)，當(dāng)活塞到達(dá)保溫保壓筒頂部，保樣筒及割心機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入到球閥上邊，設(shè)置在保溫保壓筒內(nèi)的控制系統(tǒng)發(fā)出指令，球閥關(guān)閉，使保樣筒處于密封腔室內(nèi)，起到保溫保壓的作用。采用鉆柱式水合物鉆探取心裝置可以實(shí)現(xiàn)在硬巖層中的連續(xù)取樣，不受巖層深淺的限制。取心結(jié)束利用鉆具上提提出取心裝置，在上提過(guò)程中，當(dāng)保樣筒內(nèi)的壓力降低時(shí)，壓力補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償壓力，使巖心處于接近地層的壓力，對(duì)巖心進(jìn)行保溫保壓。該取心裝置不僅具有壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，而且在保壓保溫筒下邊設(shè)置了溫度壓力記錄儀，真實(shí)地反應(yīng)出巖心在海底的溫度壓力狀況。由于在該裝置的保溫保壓筒的頂部設(shè)有懸掛軸承結(jié)構(gòu)，在鉆具帶動(dòng)取樣鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，保溫保壓筒及保樣筒相對(duì)不轉(zhuǎn)，有利于巖樣收獲率的提高。

DRPC保壓取樣器的主要參數(shù):

長(zhǎng)度:6 m;

直徑:130 mm;

質(zhì)量:550 kg;

巖心長(zhǎng)度:3 m;

巖心直徑:56 mm;

高壓腔最大壓力:20 MPa;

鉆頭外徑:244 mm。

3種工具于2010年10月在勝利油田的淺海區(qū)域進(jìn)行了功能性試驗(yàn)，基本滿足了設(shè)計(jì)要求，但也暴露出許多技術(shù)問(wèn)題，為該工具改進(jìn)提供依據(jù)。試驗(yàn)用鉆桿采用特殊設(shè)計(jì)的177.8 mm套管為本體，連接螺紋為特殊設(shè)計(jì)與加工，目的是為了便于連接和拆卸。

3 結(jié)論與建議

(1)鉆探取樣技術(shù)是解決深水深孔取樣的技術(shù)手段，根據(jù)海底土層的巖石性質(zhì)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的天然氣水合物取樣裝置，該項(xiàng)技術(shù)國(guó)外發(fā)展較早，相對(duì)比較成熟，對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展具有可借鑒作用。

(2)繩索保壓取樣器和鉆柱式保壓取樣器只有利用鉆探船才能施工，但可以獲取更深層的巖樣，若要進(jìn)行深海油氣的開(kāi)發(fā)是必須要走的路徑，所以國(guó)家要綜合利用各家的資源，采用能源聯(lián)合開(kāi)發(fā)的策略，既能節(jié)約資源，又能獲得更多的能源。

(3)建議在今后的規(guī)劃中要綜合考慮，既要利用前期的研制成果，又要完善和合成所取得的技術(shù)，對(duì)需要繼續(xù)研制的課題定要給予支持與幫助，否則卻不能發(fā)揮先有的技術(shù)。

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