專利名稱:一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具的制作方法
【專利摘要】一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，屬于地質(zhì)勘測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。所述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具包括隨鉆測量全面鉆具、保壓取芯鉆具和大直徑不保壓取芯鉆具；所述隨鉆測量全面鉆具、保壓取芯鉆具和大直徑不保壓取芯鉆具匹配同一規(guī)格的繩索取芯鉆桿。采用本實用新型所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，大大縮短了海洋天然氣水合物地層勘探的鉆進時間，節(jié)省了施工費用，具有明顯的經(jīng)濟效益。
【專利說明】
一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種地質(zhì)勘探鉆具，尤其是一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，屬于地質(zhì)勘測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物(Natural Gas Hydrate，簡稱NGH)，大多分布于海底地層中，不僅儲量豐富，而且其能量密度大(I體積的水合物最多可產(chǎn)生164體積的天然氣)，同時天然氣水合物還具有燃燒后產(chǎn)生的污染氣體少等優(yōu)點，因此是一種理想的清潔能源。
[0003]自從在海底發(fā)現(xiàn)儲存有大量天然氣水合物以來，如何進行高效而又經(jīng)濟的勘探開發(fā)成為一個亟待解決的問題。目前進行海洋水合物勘探的方法主要有BSR(BottomSimulating Reflector模擬海底反射層)技術(shù)、鉆探取樣技術(shù)和測井技術(shù)，而通過地質(zhì)鉆探進行海底水合物取樣是一種最直接的方法。為此，國內(nèi)外很多專家學者對水合物的取樣技術(shù)進行了研究，開發(fā)出了眾多的保溫保壓鉆具。但是，目前上述保溫保壓取樣鉆具匹配的鉆進工藝是先選好孔位鉆進，然后用保壓鉆具進行全孔取芯或者提鉆取芯，由于這種方法取芯次數(shù)多，鉆進速度慢，造成鉆探成本也隨之提高。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，它可根據(jù)不同地層特點，實現(xiàn)在繩索鉆桿內(nèi)快速更換不同鉆具，達到提高鉆進速度、降低鉆探成本的目的。
[0005]本實用新型上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]—種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，包括隨鉆測量全面鉆具、保壓取芯鉆具和大直徑不保壓取芯鉆具;所述隨鉆測量全面鉆具、保壓取芯鉆具和大直徑不保壓取芯鉆具匹配同一規(guī)格的繩索取芯鉆桿。
[0007]上述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，所述隨鉆測量全面鉆具包括從上至下依次設(shè)置的第一打撈機構(gòu)、第一彈卡定位機構(gòu)、第一懸掛機構(gòu)、第一單動機構(gòu)和傳扭機構(gòu);所述傳扭機構(gòu)的下端設(shè)置傳感器測量短節(jié)，所述傳感器測量短節(jié)中設(shè)有電阻率傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器;所述第一單動機構(gòu)的下端連接電池短節(jié)、信號存儲及發(fā)送短節(jié)，所述信號存儲及發(fā)送短節(jié)通過泥漿脈沖將傳感器測量短節(jié)采集的信號發(fā)送至鉆探船上的數(shù)據(jù)接收模塊。
[0008]上述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，所述保壓取芯鉆具包括從上至下依次設(shè)置的第二打撈機構(gòu)、第二彈卡定位機構(gòu)、第二懸掛機構(gòu)、取芯管、第一超前取芯鉆頭和取芯攔簧;所述第二彈卡定位機構(gòu)為雙彈卡結(jié)構(gòu);所述取芯管配裝行程控制機構(gòu)和球閥密封機構(gòu)，所述球閥密封機構(gòu)用于實現(xiàn)巖芯的密閉保壓，抑制天然氣水合物樣品在打撈過程中的二次分解。
[0009]上述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，所述大直徑不保壓取芯鉆具針對堅硬地層結(jié)構(gòu)，用于獲取長度及直徑尺寸大的巖芯樣品，它設(shè)有第三打撈機構(gòu)、第三彈卡定位機構(gòu)、第三懸掛機構(gòu)、第二單動機構(gòu)、取芯卡簧和第二超前取芯鉆頭，所述第三打撈機構(gòu)、第三彈卡定位機構(gòu)、第三懸掛機構(gòu)、第二單動機構(gòu)、取芯卡簧和第二超前取芯鉆頭從上至下依次串聯(lián)連接。
[0010]本實用新型主要用于海洋天然氣水合物地層的識別和取樣，其隨鉆測量全面鉆具、保壓取芯鉆具和大直徑不保壓取芯鉆具匹配同一規(guī)格的繩索取芯鉆桿，可根據(jù)不同的鉆進目的，通過繩索打撈工藝實現(xiàn)在繩索鉆桿內(nèi)自由更換。鉆進過程中，首先在繩索鉆桿內(nèi)下入隨鉆測量全面鉆具，進行鉆孔的全面鉆進，以提高鉆井效率，由于隨鉆測量全面鉆具的前端安裝了傳感器測量短節(jié)，可將采集的地層溫度、壓力和電阻率的變化信息，通過信號存儲及發(fā)送短節(jié)及時傳遞到鉆探船上，鉆探船上的工作人員根據(jù)獲得的海底地層測量數(shù)據(jù)，來判斷地層中是否含有天然氣水合物；當?shù)貙訙y量的數(shù)據(jù)顯示出異常后，可通過繩索打撈工具及時將隨鉆測量全面鉆具打撈出來，更換保壓取芯鉆具或者大直徑非保壓取芯鉆具進行取樣操作。由此可見，采用本實用新型所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，大大縮短了鉆進時間，節(jié)省了施工費用，具有明顯的經(jīng)濟效益。
【附圖說明】

[0011 ]圖1是隨鉆測量全面鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是圖1中的A部分(上半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0013]圖3是圖1中的B部分(下半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0014]圖4是保壓取芯鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是圖4中的C部分(上半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0016]圖6是圖4中的D部分(下半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0017]圖7是大直徑不保壓取芯鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8是圖7中的E部分(上半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0019]圖9是圖7中的F部分(下半部分)結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0020]圖中各標號清單為:1、隨鉆測量全面鉆具，1-1、第一打撈機構(gòu)，1-2、第一彈卡定位機構(gòu)，1-3、第一懸掛機構(gòu)，1-4、第一單動機構(gòu)，1-5、信號存儲及發(fā)送短節(jié)，1-6、電池短節(jié)，1-
7、傳扭機構(gòu)，1-8、傳感器和測量短節(jié)，2、保壓取芯鉆具，2-1、第二打撈機構(gòu)，2-2、第二彈卡定位機構(gòu)，2-3、第二懸掛機構(gòu)，2-4、取芯管，2-5、行程控制機構(gòu)，2-6、球閥密封機構(gòu)，2_7、第一超前取芯鉆頭，2-8、取芯攔簧，3、大直徑不保壓取芯鉆具，3-1、第三打撈機構(gòu)，3-2、第三彈卡定位機構(gòu)，3-3、第三懸掛機構(gòu)，3-4、第二單動機構(gòu)，3-5、取芯卡簧，3-6、第二超前取芯鉆頭。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0022]參看圖1、圖4、圖7，本實用新型為一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，包括隨鉆測量全面鉆具1、保壓取芯鉆具2和大直徑不保壓取芯鉆具3三部分，所述隨鉆測量全面鉆具1、保壓取芯鉆具2和大直徑不保壓取芯鉆具3匹配同一規(guī)格的繩索取芯鉆桿，可根據(jù)不同的鉆進目的，通過繩索打撈工藝實現(xiàn)在繩索鉆桿內(nèi)自由更換。本實用新型所述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具能夠滿足深海海底天然氣水合物地層勘探取樣的需要，它既可以在水深1500m、海底鉆進深度500m以內(nèi)的勘探孔使用，也可以用于海底其他礦產(chǎn)資源的勘探。
[0023]參看圖1至圖3，在本實用新型所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具中，所述隨鉆測量全面鉆具I包括從上至下依次設(shè)置的第一打撈機構(gòu)1-1、第一彈卡定位機構(gòu)1-
2、第一懸掛機構(gòu)1-3、第一單動機構(gòu)1-4和傳扭機構(gòu)1-7 ；所述傳扭機構(gòu)1-7的下端設(shè)置傳感器測量短節(jié)1-8，所述傳感器測量短節(jié)1-8中設(shè)有電阻率傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；所述第一單動機構(gòu)1-4的下端連接電池短節(jié)1-6、信號存儲及發(fā)送短節(jié)1-5，所述信號存儲及發(fā)送短節(jié)1-5通過泥漿脈沖將傳感器測量短節(jié)采集的信號發(fā)送至鉆探船上的數(shù)據(jù)接收模塊。所述第一打撈機構(gòu)1-1用于保證隨鉆測量全面鉆具在不提鉆的情況下，實現(xiàn)快速繩索打撈。所述第一彈卡定位機構(gòu)1-2、第一懸掛機構(gòu)1-3用于保證整個鉆具的定位，防止鉆具上下竄動。所述第一單動機構(gòu)1-4實現(xiàn)了鉆具上下兩部分的運動分離，減少了鉆具的磨損。所述傳扭機構(gòu)1-7通過和外鉆頭花鍵配合確保隨鉆測量鉆具和外管一起回轉(zhuǎn)鉆進，提高鉆進速度。在海洋天然氣水合物地層勘探鉆進過程中，首先在繩索鉆桿內(nèi)下入隨鉆測量全面鉆具I，進行鉆孔的全面鉆進，以提高鉆井效率，并可通過隨鉆測量全面鉆具I前端安裝的傳感器測量短節(jié)1-8采集地層溫度、壓力和電阻率的變化信息，再通過信號存儲及發(fā)送短節(jié)1-5及時傳遞到鉆探船上，鉆探船上的工作人員根據(jù)獲得的海底地層測量數(shù)據(jù)，來判斷地層中是否含有天然氣水合物，然后確定是否通過繩索打撈來更換芯鉆具；當?shù)貙訙y量的數(shù)據(jù)顯示出異常后，可通過繩索打撈工具及時將隨鉆測量全面鉆具I打撈出來，更換保壓取芯鉆具2或者大直徑非保壓取芯鉆具3進行取樣操作。
[0024]參看圖4至圖6，在本實用新型所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具中，所述保壓取芯鉆具2適用于天然氣水合物可疑地層的鉆進，它能夠保持天然氣水合物巖芯的原位壓力，抑制天然氣水合物的分解。所述保壓取芯鉆具2包括從上至下依次設(shè)置的第二打撈機構(gòu)2-1、第二彈卡定位機構(gòu)2-2、第二懸掛機構(gòu)2-3、取芯管2-4、第一超前取芯鉆頭2-7和取芯攔簧2-8;所述第二彈卡定位機構(gòu)2-2為雙彈卡結(jié)構(gòu);所述取芯管2-4配裝行程控制機構(gòu)2-5和球閥密封機構(gòu)2-6。在鉆具下放的過程中，通過懸掛機構(gòu)2-3保證鉆具軸向位置到位;在鉆進的過程中，通過第二彈卡定位機構(gòu)2-2保證鉆具內(nèi)外管之間不發(fā)生錯動，實現(xiàn)軸向位置固定;在鉆進取芯時，由于淺層取芯是針對未成巖的沉積地層，采用第一超前取芯鉆頭2-7，可防止鉆頭水眼噴出的泥漿破壞巖芯樣品，并可通過取芯攔簧2-8代替普通卡簧防止進入取芯管2-4的巖芯掉落。保壓取芯鉆具2的具體工作步驟為:在發(fā)現(xiàn)水合物可疑地層后，下放保壓取芯鉆具2，進行保壓取芯鉆具的繩索打撈，可通過打撈器上拉第二打撈機構(gòu)2-1，帶動取芯管2-4沿軸向向上運動，到達一定位置后通過行程控制機構(gòu)2-7帶動球閥密封機構(gòu)2-6關(guān)閉，實現(xiàn)巖芯的密閉保壓，抑制天然氣水合物樣品在打撈過程中的二次分解。
[0025]參看圖7至圖9，在本實用新型所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具中，所述大直徑不保壓取芯鉆具3適于堅硬地層結(jié)構(gòu)，用于獲取長度及直徑尺寸大的巖芯樣品，它設(shè)有第三打撈機構(gòu)3-1、第三彈卡定位機構(gòu)3-2、第三懸掛機構(gòu)3-3、第二單動機構(gòu)3-4、取芯卡簧3-5和第二超前取芯鉆頭3-6，所述第三打撈機構(gòu)3-1、第三彈卡定位機構(gòu)3-2、第三懸掛機構(gòu)3-3、第二單動機構(gòu)3-4、取芯卡簧3-5和第二超前取芯鉆頭3-6從上至下依次串聯(lián)連接。當需要大量巖芯進行地質(zhì)分析時，即可將該大直徑不保壓取芯鉆具3下入井底，其第三懸掛機構(gòu)3-3和第三彈卡定位機構(gòu)3-2用于實現(xiàn)鉆具的定位，防止在鉆進過程中鉆具上下竄動，第二超前的取芯鉆頭3-6可減少鉆井液對巖礦芯的沖蝕，當鉆進深度達到巖芯管的長度上限時，即可通過第三打撈機構(gòu)3-1實現(xiàn)鉆具的不提鉆打撈，方便快捷。
【主權(quán)項】
1.一種復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，其特征是，所述復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具包括隨鉆測量全面鉆具(I)、保壓取芯鉆具(2)和大直徑不保壓取芯鉆具(3);所述隨鉆測量全面鉆具(1)、保壓取芯鉆具(2)和大直徑不保壓取芯鉆具(3)匹配同一規(guī)格的繩索取芯鉆桿。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，其特征是，所述隨鉆測量全面鉆具(I)包括從上至下依次設(shè)置的第一打撈機構(gòu)(1-1)、第一彈卡定位機構(gòu)(1-2)、第一懸掛機構(gòu)(1-3)、第一單動機構(gòu)(1-4)和傳扭機構(gòu)(1-7);所述傳扭機構(gòu)(1-7)的下端設(shè)置傳感器測量短節(jié)(1-8)，所述傳感器測量短節(jié)(1-8)中設(shè)有電阻率傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器;所述第一單動機構(gòu)(1-4)的下端連接電池短節(jié)(1-6)、信號存儲及發(fā)送短節(jié)(1-5)，所述信號存儲及發(fā)送短節(jié)(1-5)通過泥漿脈沖將傳感器測量短節(jié)采集的信號發(fā)送至鉆探船上的數(shù)據(jù)接收模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，其特征是，所述保壓取芯鉆具(2)包括從上至下依次設(shè)置的第二打撈機構(gòu)(2-1)、第二彈卡定位機構(gòu)(2-2)、第二懸掛機構(gòu)(2-3)、取芯管(2-4)、第一超前取芯鉆頭(2-7)和取芯攔簧(2-8);所述第二彈卡定位機構(gòu)(2-2)為雙彈卡結(jié)構(gòu);所述取芯管(2-4)配裝行程控制機構(gòu)(2-5)和球閥密封機構(gòu)(2-6)，所述球閥密封機構(gòu)(2-6)用于實現(xiàn)巖芯的密閉保壓，抑制天然氣水合物樣品在打撈過程中的二次分解。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合式海洋天然氣水合物地層勘探鉆具，其特征是，所述大直徑不保壓取芯鉆具(3)適于堅硬地層結(jié)構(gòu)，用于獲取長度及直徑尺寸大的巖芯樣品，它設(shè)有第三打撈機構(gòu)(3-1)、第三彈卡定位機構(gòu)(3-2)、第三懸掛機構(gòu)(3-3)、第二單動機構(gòu)(3-4)、取芯卡簧(3-5)和第二超前取芯鉆頭(3-6)，所述第三打撈機構(gòu)(3-1)、第三彈卡定位機構(gòu)(3-2)、第三懸掛機構(gòu)(3-3)、第二單動機構(gòu)(3-4)、取芯卡簧(3-5)和第二超前取芯鉆頭(3-6)從上至下依次串聯(lián)連接。
【文檔編號】E21B25/00GK205713966SQ201620321699
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】李小洋, 王漢寶, 尹浩, 張永勤, 孫建華, 劉秀美, 梁健, 李鑫淼, 吳紀修, 李寬, 王志剛
【申請人】中國地質(zhì)科學院勘探技術(shù)研究所, 地質(zhì)礦產(chǎn)廊坊聚力巖土工程科技開發(fā)公司