天然气水合物取样技术及装置进展.pdf

第 3 8卷 第 6期 2 01 0年 1 1月 石 油 钻 探 技 术 I E 1 、 R I EUM DRI I I I N TE 、 HNI QUES VoI _ 3 8 NO． 6 NOV ．． 2 O1 O ． _ 管理与 发展 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 2 6 天然气水合物取样技术及装置进展 白玉湖 李清平 巾海 油 研 究 总 院 ， 北 京1 0 0 0 2 7 摘要 天 然 气水 合 物 储 量 巨大 、 分 布 广 泛 、 清 洁 ， 被 认 为 是 很 重 要 的 潜 在 能 源 。在 天 然 气水 合 物 走 向 商 业 开 发 的 过 程 中 ， 钻 探 取 样 是 获 取 自然 条 件 下 天 然 气 水合 物 样 品 最 直 接 有 效 的 方 法 ， 是 进 行 天 然 气 水 合 物 研 究 必 不 可 少的手段 。详细综述 了目前 国际上常 用的 5种保温保 压水合 物取样 工具 P T S 、 I S D P P C B 、 D PP C S 、 F P C 、 HRC 和 5种 非 保 温保 压取 样 工具 活 塞取 样 器 、 US EP、 FHPC、 F C 及 重 力取 样 器 的 研 发 历 程 、 结 构 、 技 术 指 标 及 应 用情况 。对我国天然气水合物取心技术提 出了着重研究适合深水深层钻探取 心的设备及Z - 艺的发展 建议 ， 以形 成 我 国 完整 的 天 然 气 水合 物 钻 探 取 心 技 术 。 关 键 词 天 然 气水 合 物 ；取 心 工具 ；岩 心 收 获 率 中 图 分 类 号 TE9 2 ． 3 文献 标 识 码 B 文 章 编 号 l 【 J 卜0 8 9 0 2 0 l 0 0 6 0 1 1 6 一 O 8 Pr o g r e s s o n Na t u r a l Ga s Hy d r a t e S a mp l i ng Te c h ni qu e s a nd To o l s Ba i Yu h u Li Qi n g p i n g CNOOC Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Be i j i n g， 1 0 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Na t u r a l ga s hy dr a t e i s r e g a r d e d a s a po t e nt i a l e ne r gy be c a u s e o f i t s e n o r m o us r e s e r v e s， wi de d e p os i t i on a nd c l e a n ne s s ． Du r i n g c o mm e r c i a l e xp l o i t a t i o n o f n a t u r a l ga s h yd r a t e， s a mpl i n g i s t he mo s t e f f e c t i v e wa y a nd n e c e s s a r y m e a ns t o o bt a i n i n s i t u hy d r a t e s a m p l e f o r J nv e s l i ga t i o n． I n t hi s pa p e r ， t he r e s e a r c h i ng p r og r e s s， d e v i c e s t r uc t u r e， t e c hn i c a l i nd e x a nd a ppl i c a t i o n o f f i v e ki n ds o f p r e s s ur e a nd t e m p e r a t u r e C O r i ng t o o l s PTCS， DSDP PCB， ODP PCS， FPC， HRCa nd n o n pr e s s u r e t e m p e r a t u r e pr e s e r v a t i on s a mp l i ng t o o l s p i s t on c o r e r ，USEP，FHPC，FC ， gr a vi t y c o r e r a r e r e v i e we d ．W e s ug ge s t t ha t t he c u r r e n t wo r k s ho ul d be e mph a s i z e d o n t h e de ve l op me nt o f c o r i ng t o ol f o r de e p f o r ma t i on i n d e e p wa t e r ， a nd e s t a bl i s h a n i nt e gr a t e d t e c h no l o gy a nd s y s t e m f o r c or i n g t he g a s hy d r a t e i n Ch i n a ． Ke y wo r ds na t u r a l ga s ； hy dr a t e； c or i n g t o o l ； c o r e r e c ov e r y 天然气 水合物 是 由天然气 和水 在一定 温度 和压 力条件 下 ， 形 成 的一 种非化 学计 量 的 、 似冰状 的笼型 晶体 ， 其 分布 广1 ] 一 、 储 量 巨大 ] 、 清 沽 ， 被 认为 是重 要 的潜在 能源 。美 国 、 日本 等 围把 天然 气 水合 物 开 发 列 为 国家能源 战略 ， 正 在 就 如何 商 业 开 采 天然 气 水 合物进行研究 ， 并且制定 了天然气水合物商业开发 日程 。钻 探取 样是 识 别 水合 物 最 直 接有 效 的方 法 ， 也 是进行 水合 物研究 工作不 可缺 少 的手段 。 国际上 水 合物钻 探取样 技 术 已经取 得 了 长 足 的进 展 ， 并 且 在 实践应 用 中不 断地 加 以完善 。 目前 已应用 各种 取 样T具 在 世界 许 多地 方 例 如 在 B l a k e海 岭 、 里 海 、 加拿 大 Ma l l i k地 区 、 日本 Na n k a i 海 槽 、 印度 、 中 国 、 韩 同等 获 得 了海 洋 和永 冻 土地 区 的 水 合 物 样 品。 尽 管我 国也在南 海海 域成 功取得 了 天然气 水合物样 品 ， 但 我 国水合 物取 心 工具 与取 心 技 术 与 国 际先进 水平 相 比还具有 较大 的差距 。 目前我 国正在 开展 天 然气 水合 物取 心器 的研制 工作 ， 文献 [ 3 ] 报 道 了我 国 收 稿 日期 2 1 0 - 0 i i 8 ； 改 回 日期 2 O I O l 0 - 0 8 基 金 项 目 国 家高技 术研 究 发展 计 划 “ 8 6 计 划 项 目“ 天 然 气 水合 物 模 拟 开 采 技 术 研 究” 编 号 2 0 0 6 AA 0 9 A2 0 9 资 助 作者简介 白玉湖 1 9 7 6 ． 男， 辽 宁鞍 山人． 1 9 9 9年毕业 于石 油 大 学【 华 东 石 油 工程 专业 ， 2 O 0 2年 获 石 油 大 学 华 东 油 气 井 工程 专业硕士学位。 2 O 0 6获中国科学院力学研 究所流体力学专业博士 学 位 ， 高级工程师， 主要从事提高采收 率、 天 然气水舍物 开采及 灾害分 析 、 渗流力学方面的研 究工作 联 系 方式 0 l 0 8 1 5 2 3 7 2 9 ． t y h 2 0 0 2 1 6 3 ． C 0 11 1 第 3 8卷 第 6期 白 玉 湖 等 天 然 气 水合 物 取 样 技 术 及 装 置 进 展 天 然气水 合 物取 心设 备 的构想 、 设 计及 关键 技术 ， 但 距 离实 际应 用还 有 一 定 的距 离 ， 与 国际先 进 水 平 相 比还有一定差距。文献[ 4 7 ] 从不同角度 ， 对国外天 然气 水合 物取 样技 术进 行 了概 述 ， 笔 者 在此 基础 上 ， 对 国际上 天然 气水 合 物取样 技 术 的关键 工具一一 取 心装 置进 行 了详细 的综 述 ， 重在 阐述 国外 取 心 装 置 的结构及 技术 指标 ， 并 对 研 发历 程及 应 用 情 况 进 行 了介 绍 ， 以期 为 国 内天 然气 水 合 物取 心 装 置 的研 制 提供 一些 参考 。 1 保温保压取样装置 天 然气 水合 物 取样 技术 大体 上 可 以分 为保 温保 压 水合 物取 样技 术 和 非 保 温保 压 水合 物 取 样 技 术 。 要 获得 原位 压力 和 温 度 的高 保 真 岩 心样 品 ， 必 须 采 用 保温 保压 取心 器 。 目前 国际上应 用 的保 温保 压取 样 器包 括 日本 研 制 的 P TCS p r e s s u r e t e mp e r a t u r e c o r e s a mp l e 、 国际 大 洋 钻 探 计 划 O DP 采 用 的保 压 取心 器 P C S p r e s s u r e c o r e s a mp l e r 、 F u g r o保 压 取 心器 FP C f u g r o p r e s s u r e c o r e r 、 HRC HYACE r o t a r y c o r e r 、 国际深 海钻 探计 划 D S D P 采 用 的保 压取 样 筒 P C B p r e s s u r e c o r e b a r r e 1 等 。一 般 而 言 ， 在一 个地 区进 行水 合物 取 心过程 时 ， 常会 综 合使 用几 种不 同的取 心 器 ， 这 是 因 为 目前 的保 温 保 压 取 心器 的保 温 、 保 压 性 能及 岩 心 回 收率 等 性 能 参 数 不 太稳定 ， 而且针 对 不 同的天 然气 水合 物 区域 ， 每种 取 心器 的作业 性 能有 所差 异 。在 印度 洋进行 取 心 时使 用 了 F P C、 HR C及 P T C S取 心 器 。在 墨 西 哥 湾 地 区取心 时使 用 了 F P C、 HRC、 F C f u g r o c o r e r 、 F H P C等 取心 器 。在 加 拿 大 Ma i l i k地 区 、 日本 N a n k a i 海 槽 天然气 水合 物取 心 时使 用 了 P TC S取 心 器 。在 中 国南 海 进 行 天 然 气 水 合 物 取 心 时 使 用 了 F HP C f u g r o h y d r a u l i c p i s t o n c o r e r 、 F C、 F P C等 取 心器 。 在 B l a k e海岭 取心 时使 用 了 P C S取 心 器 。 1 ．1 PTCS P TC S由 日本 石 油公 司石 油 开发 技 术 中 心委 托 美 国 的 Au ma n n As s o c i a t e s公 司 进 行 设 计 、 制 造 的 ， 该取 样器 的基 本 结 构 如 图 1所示 。盛 放 岩 心 的内简是由电缆送人 ， 通过 l 6 8 ． 3 mm 钻杆 ， 内筒 通过 球 阀机构 来维 持井 下 压力 ， 利用 珀 耳帖 效应 ， 通 过 电池动 力驱 动 的热 电冷 却 装 置 维 持 井 下 温 度 ， 内 筒是 绝缘 的 ， 以利 于热 电冷 却装 置 冷却作 用 的发 挥 。 其保 温功 能 主要通 过在 岩 心衬管 和 内管 之 间增加 保 温材料和注入液态氮 ， 并在钻进过程 中配合钻井液 冷却 装置 和 低 温 钻 井 液来 实 现 。当 取 心 筒 到 达 地 面 ， 将 其放 入 特殊设 计 的装 置 中 ， 样 品 的温度被 冷却 至5℃ 或者更 低 。 1 3 l 2 l l l 0 9 8 7 1球阀闩； 2轴承和弹簧； 3电池和控制电子线路； 4 T E C和控制电子线路； 5内筒； 6球阀； 7球阀座； 8上部座； 9密封短节； 1 0压力控制系统和 蓄能器； 1 l磁性开关； 1 2磁性短节； 1 3内筒闩 图 1 P T C S的基本结构 Fi g ． 1 The s c he m a t i c di a gr a m o f PTCS 主要 技 术指标 1 绳 索下 放 、 回收式 内岩心 管 ； 2 钻头直 径为 6 6 ． 7 mm， 岩心直 径为 6 6 ． 0 m m， 取心 长度 为 3 m； 3 利用 氮气 蓄压 器控 制 压力 ， 压力 最 高保 持 在 3 0 M Pa； 4 采用 绝 热 型 内管 和 热 电 式 内管 冷 却 方 式 的 保温 系统 ； 5 采 用 2 1 9 ． 1 mm 钻铤 和 声 1 6 8 ． 3 mm 钻杆 。 该 取 样器 进行 了两 次现 场试 验 一次 是 1 9 9 8年 3月 ， 在 加 拿 大 Te r r i t o r i e s西 北 的 Ma c k e n z i e三角 洲 陆地 永 冻 区 ； 另 外 一 次 是 1 9 9 8年 1 2月 ， 在 日本 Ka s h i wa z a k i J NOC试 验 井 。在现 场试 验 的基础 上 ， 对 P T C S存在 的问题 进 行 了改 进 和 完 善 ， 而 后应 用 于加 拿 大 Ma l l i k地 区 、 日本 Na n k a i 海 槽 及 印度 洋 的水 合 物取 样 中ll 9 ] 。 在 Na n k a i 海槽 的水 合 物钻 探 中 ， P TC S用 于主 井 眼和辅 助 勘 查 2井 的 取 心 工 作[ 1 。在 主 井 眼 的 1 l 7 5 ～1 2 5 4 m 井 段 ， 使 用 P TC S进 行保 压 和保 温 取心 ， 用 时 4 ． 5 h取 心 3 m， 并通 过 电缆将 其 回收 重 置 到一个 空筒 中。在 5 d时间 内在 指定 层位 下入 2 7 次 P C TS ， 平 均岩 心 收获 率 为 3 7 在 7 9 m 长 的取 心段 获得 2 9 m 岩 心 ， 一 些 岩 心 筒 中是 空 的 ， 一 些 则是满 的。大多数岩心筒保持井下温度和压力， 一 些保 温保 压 失 败 。在 辅 助 勘 查 2井 的应 用 情 况 如 下 在井深 1 1 4 9 m下 人 1 2次 ， 在井深 1 1 5 8 m 下入 3 次 ， 在 1 1 7 8～ 1 1 8 7 m 井 段 下 人 3次 ， 在 1 1 9 9 ～ 1 2 1 4 m 井 段下入 5次 ， 在 1 2 2 0 41 2 2 3 m 井段下 入 j J 8 石 油 钻 探 技 术 1次 ， 共计 3 6 m， 用时 2 ． 5 d 取 1 6 ． 9 m 长的岩样 ， 平 均岩心收获率 为 4 7 ， 比存 主井眼 中提高 了 l 0 。 P T C S在 Ma l l i k陆地 永冻地区 的应用情况 在 整个 7 d的钻探 过程 中 ， 从 井 深 8 8 5 12 ] 肝始 取心 ， 一 直 到井深 1 1 5 1 I T 1 ， 共进行 了 4 8 次取心 ， 从厚 2 6 2 ． 1 m 的水 合物 层段 巾取 f n 岩心 约 1 9 2 ． 5 6 m， 整 体岩 心 收 获 率为 7 3 ． 5 ， 其 中水 合 物 层 段 岩 心 收 获 率 超 过 9 0 ． 0 。远超过 1 9 9 8年 Ma l l i k 2 I 3 8井 3 3 的 岩 心 收获率 。 1 ． 2 DS 1 } P PCB D S DP P C B是 深 海 钻 探 计 划 使 用 的 保 压 取 样 筒 ， 它 与 E S S 一 P C B、 C h r i s t e n s e n P C B、 美 国 P C B B I 、 大庆 MY2 2 l 5取 心 器 的整体 结 构 基 本 相 同 ， 都 采用 双管单 动式取 心筒 ， 但 I S I P P C B是通 过绳 索 直接 提放 内取心 管 ， 而其 他 几 种取 心 简 必 须通 过 提 钻提 取 。 I S D P P C B 的基本 结构 如 2所 示 ， 一 般 巾 钻头 卡心部分 、 球 阀 机构 、 内外 岩 心 简 总成 、 压 力 补 偿 系统 、 轴 承悬挂 总 成 及 L部差 动 机 构 等 6部 分 组 成 。外简 与取 心 钻 头连 接 ， 传 递 钻 和扭 矩 。内 简 是 非旋转 的薄 壁管 ， 悬 挂在 用钻 井液润 滑 的轴承上 ， 它 不但是 容纳 岩心 的 容 器 ， 同 时也 是 作 为保 存 切 割 后 岩心 的腔 体 ， 其 长度 适 合 于运 输 。T具 上 部 的差 动装 置具 有仲缩 功能 ， 并带 有锁 紧和释 放机构 ， 内外 六方 传递扭 矩 。T 具下 部 是 球 阀总 成 ， 这 是 ] 具 下 部 密封 系统 。I S D P P 、 B一般 较长 4 ． 5 ～ 1 0 ． 0 m ， 故需 庞大 的卸 采 气装 置 ， 且 心 样 需 切割 后 在 内管 封装保存。压力补偿系统包括高压氮气储气室和一 个可 涮节 的压 力蒯节 器 ， 以及 相关 的供 给 氮 气 的 阀 1泄压阀 ； 2蓄能器 ； 3取样 口； 4 样品短节 ； 5流体排 出孔； 6机械孔 7泄压短节； 8岩 心内衬 ； 9 MP 3 5 N岩心筒 ； f 0岩 心抓 ； 球阀 ； 1 2支撑轴承 ； 1 3闩 ； I 4 岩心 ； l 5非保压 岩心；1 6保压岩心 图2 D S DP - P CB [基体结构 F i g ． 2 Th e s c h e ma t i c d i a g r a m o f DS DP P CB 门组 机构 ， 阀 门组 机构 可预先 调 至规定 压力 ， 起 钻过 程 巾 叮恒定 地 向 内筒 补 充 压 力 ， 直 至 与地 层 压力 平 衡 时为止 。 DS I P P C B基本 丁 作 流 程 丁 具 下 井 前 ， 在 内 筒 巾预先填 充一 种非 侵 蚀 性 的胶 体 密 闭液 ， 在钻 进 过程 巾不断 把岩 心 密封 起 来 ， 保 护 岩心 免 遭 钻井 液 污染 。D S I P P CB由一套绳索高压取心筒组成 ， 其 底 部装 有球 阀 ， 球 阀上 有 直径 为 5 8 mn l的孔 ， 在 其 上部有 取样 机构 、 排 气 孔 和减 压 阀 。取 样 筒 沿 着钻 具 下放并 与钻头 锁 紧 。 、J ， 钻完 进 尺 后 ， 上提 钻 具 割 断 岩心 ， 然后投 入 一 个钢 球 ， 使 之 坐 于 滑套 球 座 上 ， 待 钻井液 返 且泵 压正常 时 ， 说 明滑 套到位 。此 时 ， 外 筒在重 力作 用下 ， 内外 六 方脱 开 ， 外筒 下 移 ， 其 重 力 作用在 球 阀半滑 环 上 ， 半 滑环 对 球 体 产生 一 定 扭 矩 并旋 转 9 0 。 而 关 闭球 阀 ， 使 岩 心 密 封 在 内筒 中 。 割 心时 ， 上提钻 具 ， 岩 心 爪卡 断 岩 心 ， 并把 岩 心 扶 正 到 球 阀内 。岩 心 卡断 后 ， 下放 绳 索 打 捞 T具 并 开 锁 到 D S I P P C B上。向 』 二 提 升绳锁 ， 产 生 的拉 力激 活 一 系列机 构 。 首 先使 球 和排气 孔关 闭 ， 最后 打开 释 放 机构 ， 使 取心 筒脱 离 钻 具 。在 D S D P P C B被 提 升 过程 巾， 减 通 过排 浮动活 塞蓄压器 中的氮气保 持 内部乐 力不 大予 3 4 ． 4 MP a ， 或者 通 过沉 淀池 和 过 滤器释放过 高 的 力。浮动 活塞 蓄压 器被 预 先充 以 2 7 ． 5 MP a氮气 ， ～旦筒 内 力超过 2 7 ． 5 MP a ， 浮动 活 塞将 压缩 氮气 。当取 样室 的压力 超过 3 4 ． 4 MP a ， 减压 打 开仅使氮 气排 出 ， 这 样 ， 使 天然 气保 持在岩 样 巾 ， 且使 减 压 不 会 被 沉 积 物 堵 塞 。 当 D S D P P C B到达 甲 板上 时 ， 岩 心 的 力 和 温度 可 被 监 测 ， 高 天 然气 和液体 在控 制条 件下被 排除 。 DS DP P CB主要 技术 指标 1 机 械 驱 动 ， 绳 索 提取 ， 在 同一 回次 中可 取 几 段 岩心 ； 2 可取 长 6 m、 直径 5 7 ． 8 II 1 I Y l 的保 岩心 ； 3 丁作 力≤3 5 MPa ； 4 只能 与 RC B、 BHA 联合使用 ； 5 ] 作水 深小 于 6 1 0 0 i 3 7_ ； 6 不打 开岩心 简可 测量岩 样 的压力 和温度 ； 7 使用频 率受球 阀的限制 调 整需 2 ～5 h 。 该取 样 器 在 DS D I L e g 4 2 、 I e g 6 2 、 I e g 7 6等 航 次 巾使用 过 ， 但取 心率 较低 ， 有待 于进 一步改 进和完 善 ， 以提 高取 心率 1 2 i 。 1． 3 0D PP S I j J ～ P C S是 由 P e t t i g r e w设 计用来 在 O D P中代 第 3 8卷 第 6期 白 玉 湖 等 天 然 气 水合 物取 样技 术 及 装 置 进 展 替 D S D P P C B 。研 制 D P P C S很火程 度上是希望 提 高取心率 和维持 天然 气水 合物样 品的稳定 性 ， 该取 心器 的研制成功被认为存天然气水合 物取心器方 面取 得 了重大突破 ， 相关 资料被 N a t u r e 杂志登 载 。 0I P P C S是 一种 白巾下 落 展 、 液 压 驱 动 、 钢 丝绳 提 取 的取心 r具 ， 它 既 采 用 了 日前 油 田压 力取 心 技 术 ， 又 采 用 了 DS DP 的取 心 技 术 。 DPP CS 可 以和 D P 中使 用 的 孔 底 收 集 管 B HA 、 活 塞取 心管 AP C 和加 长 岩 心 管 XC B 联 合 使 用 ， 这样 可 实现 从海 底松 软 地层 到坚 硬地 层都 能 取 维持 原 的样 品 。 图 3是对 DP P C S取心 操 作 的一 个 图解 说 明 ， 其 主要 组成 部分 包括 1球托 ； 2非旋转 岩心简 ； 3岩心 ； 4球 I饲； 5导同钻头 ； 6循环喷 嘴； 7岩 心抓； 8岩心筒轴承 ； 9启 动球 ； 1 0 台肩 ； 1 1 P C S横 闩 图 3 ODP P CS的基本 结构 及工作流程示意 Fi g ． 3 The s c he mat i c di a gr am a nd wo r k flo w c our s e o f t he ODP． PCS 锁 紧装 置锁 紧 装 置 是 一 个 改进 了 的 XC B锁 闩 ， 它 有 一 个 同定 点 供 D P P C S自 由落 体展 开 时 支撑 它 ， 并通 过 它传递 B HA 的扭 矩 给 D P P C S 。 起 动装 置 起 动 装 置有 一 个 双 弹 卡 系统 ， 它锁 住球 阀使 之在 取 心 过 程 中保 持 打开 状 态 ， 而在 起 动 后 又使 之关 闭 。 蓄 能器 装 置 蓄 能器 装 置 含 有 一个 蓄 能 器 ， 起 补偿 压 力保压 的作 用 。 多支 管 装 置 多支 管 装 置 含 有一 些 集 成 阀 ， 用 来 隔 离 样 品腔 并 使 它 能 够 在 保 情 况 下 从 OD P P CS中移走 。 球 阀装置 球 装 置使 样 品腔 在被起 动 时具 有 较低 的密 封性 ， 起 动 装置 推 动心 管 通 过 球 阀装 置 时 ， 球 在 机械 力 的作 』 f j 下 关 闭 。 可拆 卸 的样 品 腔 _口 『 拆 卸 样 品 腔 由 多 支 管 装 置 、 球 阀装 置 和压力 套管 组 成 。 一 旦 孔 底 岩 心样 品被 切 断 提取 ， 钻井 泵 就 会 关 闭 ， 同 时取 心 钢 丝 绳 和 DP P CS相 连 接 ， 并 上 提 B HA上 的 同定 座 释 放 启 动球 ， 然 后 使 P C S下 降 回 到 B HA 固定 座 上 ， 钻井 泵 重新 启动 给 钻柱 加压 ， 使 D P P C S的 起 动 装 置 工 作 ， 将 样 品腔 关 闭 。之 后 通 过取 心钢 丝绳 将 DP P C S提 来 ， 提 到 甲板 后 ， 可拆 卸 的样 品腔 会 被迅 速取 并 放到 一个 温度 受控 制 的液 缸 中 ， 然后 将 取 样 多 支 管 与 之 相 连 就 可取 气体 或 液体 样 品 。 DP PCS 主要 技 术指标 1 由下落 式展 开 ， 液压 驱动 ， 绳 索提 取 ； 2 可 取到 长 8 6 c m、 直 径 4 2 mm 的岩样 ； 3 可 与 AP C ／ XC B ／ BHA 联合 使用 ； 4 岩 心室 长 1 ． 8 m， 直径 9 2 ． 2 mm； 5 保持 压 力 7 O MP a ； 6 丁作 温 度为 一 1 7 ． 7 8 ～2 6 ． 6 7℃ 。 该 取 心 器 在 ODP Le g 1 2 4、 I e g l 3 9 、I ． e g 1 4 1 、 L e g 1 4 6 、 L e g l 6 4 、 L e g 1 9 6 、 L e g 2 0 1 、 L e g 2 0 4等 航 次 中 进行 了应 用[ 1 ” ] 。1 9 9 5年 在 I e g l 6 4航 次 中使 用 4 6次 ， 成 功 保 压 取 心 2 4次 ， 平 均 压 力 保 持 率 为 7 7 ， 平 均推 进 岩 心 收 获 率 为 4 8 ， 平 均 旋 转 岩 心 收获率 为 l 4 。在 O D P I e g 2 0 1 航 次秘鲁大 陆边缘 取 样 中， P C S的操作 参数为 ” 转速 1 [ ～1 2 0 r ／ mi n ， 流量 3 7 8 ． 5 ～7 5 7 L ／ mi n， 钻 压 3 1 ． 8 k N。共 取 心 l 7 次 ， 成 功保 压 取 心 1 3次 ， 平 均 岩 心 收 获 率 为 7 6 ， 平 均压 力保 持率 为 6 7 。在 OD P I e g 2 0 4航 次 Or e g o n取 心 时 ， P C S的操 作 参 数 为 转 速 8 0 ～ 1 0 0 r ／ rai n， 流量 3 7 8 ． 5 L ／ mi n， 钻压 2 2 ． 7 k N， 共 取心 3 9 次 ， 成功 保压 取 心 3 0次 ， 平 均 岩 心 收 获 率 为 9 5 ， 平 均压 力保 持率 为 3 O 。 1 ． 4 FPC 在 取心 实践 中发 现 ODP I CS有 一些 值 得 改进 的地 方 ， 这些 改进 建议 提交 给欧盟 后 ， 提 出了一 个 _二 年 的 研 究 项 目 HYAC E h y d r a t e a u t o c l a v e c o r i n g e q u i p me n t ， 旨在 开 发 出一 种 新 的绳 索 保 压 取 心 工 具 。F P C就 是 该项 目的研究 成 果 之 一 ， 是 F u g r o在 荷兰 开发 的一 种 冲击取 心 T具 。 FP C 的 基 本 结 构 如 图 4所 示 。 ， 通 常 通 过 AP C和 XCB取 心 ， 用 于 非 固结 的 沉 积物 ， 范 围从 黏 土到含 砂及 含砾 的沉积 物 。在用 于 含水 合物 沉积 物 时 ， 最 适 于水 合 物 和 地 层 没 有 明显 胶 结 的 沉 积 物 。 F P C通过 液压 循 环产 生 的锤击 驱动 岩 心简进 入 到沉 积 物层 ， 由于 锤 击 很 快 ， 在 沉 积 物 巾就 像 是 挤 岩 心 。 取 心器 内部都 包含一个 橡胶衬 垫 ， 能够 保证 在原 始压 力 下实现样 品转 移 到其 他 的压 力 容器 中。通过 绳 索 J O 石 油 钻 探 技 术 2 O l 0年 1 1月 下入和 回收 ， 能 回收 1 I T I 长 的沉积 物岩 心 ， 采 用高 压 釜保压 。回收的样 品应尽可能快 地放到冰浴 中。 1岩心抓； 2活塞 ； 3卡爪 ； 4 销钉 ； 5承撞件 ； 6活塞杆； 7联顶环； 8 ．O D P B H A； 9打捞颈； 1 0泄压机构； 1 1阀； 1 2震动块； t 3锤室； 1 4密封； 1 5渣孔； 1 6高压釜； 1 7套； 1 8阀； 1 9蓄能器； 2 0外筒； 2 1衬里； 2 2 O D P牙轮钻头 图 4 F P C 的基本结构 Fi g ． 4 Th e s c h e ma t i c d i a g r a m o f FP C F P C液压锤 击式取 心工 具作业 程序 1 F P C工 具总 体较 长 ， 需从 转盘 面卸 开钻 杆接 头 ， 用 卡子 将 F P C T 具 坐 在 钻 具 母 接 头 的 台 阶 面 上 ， F P C 的下 入 工 具从 顶 驱 顶 部 开 孔 放 入 ， 将 下 人 工具 和 F P C连接 后 下 入并 送 到 钻 具 组 合 中座 落短 节 内的 台阶处坐好 ， 上 提下放 T具 确认 到位后 ， 根据 水 深送 入钢 丝下放 0 ． 1 2 7 ～0 ． 2 5 4 m； 2 取 心前关 海底 基座 的卡 子 ， 夹 住 钻具 防 止钻 具摇摆 ； 3 打 开钻 柱补偿 器 ， 下 探钻 头到 井底 ； 4 钻 杆 内加 压 4 ． 0 ～4 ． 5 MP a ， 从 转 盘 面 的钻 杆 内可 以听 到取心 _ [ 具 重锤工 作 的状况 ； 5 约 5 ～1 0 mi n后泵 压 下 降 ， 取 心 结束 ， 停 泵 ， 卸压 ； 6 上 提钻具 协 助 钢 丝 绞 车 将 取 心筒 提 至 钻 具 内 ， 在 上提钢 丝 的同 时将 取 心 内筒 提 到 T具 内 的保 压腔 ； 7 回收 F P C取心T具至海 底泥线 处 ， 静止 2 O ～ 3 0 ra i n； 8 在 海水 中 回收 F P C取 心 T具 ， 进入 温 越 层 之前 回收速 度要 慢 ， 进 人上 部 温 越 层后 要 加 快 回 收 速度 ， 到达转 盘面后 要将 F P C T具尽 快 放 到冰 水 中 降温 ； 9 降温结束尽快将岩心和保压筒卸下置 入冷 库 中进 行测 压等作业 。 F P C 在 陆 地 上 试 验 成 功 后 ， 首 次 应 用 于 J O I D E S R e s o l u t i o n的 OD P L e g 1 9 4航 次 ， 但 效 果 不好 。后来应 用 于 I e g 2 0 1 航 次 ， 效果 也 不理 想 。 改 进后应 用 于 I e g 2 0 4航 次 ， 取 得 了较 好 的效 果 。 2 0 0 5年在 墨西哥 湾 的水 合 物勘 探 中 ， F P C使 用 了 9 次 ， 其 中 3次 成 功 保 压 取 心 ， 平 均 岩 心 收 获 率 为 3 8 。 1 ． 5 HRC HR C也 是 HYAC E项 目的研 究 成 果 之 一 ， 是 德 国 C l a u s t h a l g B e r l i n技术 大 学 开 发 的 。HR C设 计 用在 稍微 固结 的地 层 中 ， 利 用 反转 马达 驱 动钻 头 前部管 靴 ， 可深 入 沉 积 物 达 1 1 T I 左 右 ， 能 够 获 得 直 径 5 1 miT t 的岩心 [ 2 。 ] 。与 F P C类似 ， HR C也 是通过 一 个特殊 的翻板 阀密 封 保持 压 力 ， 设 计 保 持压 力 为 2 5 MP a 。旋 转切 割岩心 时 ， 它和 井下 钻井 液 马达 联 合 作用 。螺旋 形钻 头能够 延伸 到循 环海水 达不 到 的 地方切 割岩 心 ， 尽 可 能 保证 岩 心 不 受 污染 。它也 适 用 于 固结较 好 的 沉 积 物 和 岩 石 ， 通 常 采 用 X C B和 R C B进 行取 心 。该 取 心器 内部 包 含一 个橡 胶 衬 垫 ， 能够保证 在原 始压 力下将 样 品转移 到其他 压力 容器 中 ， 其基 本结 构 如 图 5所 示f 2 。2 0 0 5年 HRC在 墨 西 哥湾应 用 了 9次 ， 有两 次成 功保压 取心 ， 岩心 收获 率为 2 O ” ] 。 1 P C D取心钻头； 2内筒； 3瓣阀； 4多用途中心杆． 5 _ 延长挡板 6万向节； 7具有销装置的台肩； 8 O D P B H A； 9支撑台； 1 0分流器； 1 1滑动转筒 ； 1 2 高压釜部分 ； 1 3外筒 ； 1 4活塞 ； 1 5 ． O D P牙轮钻头 图 5 HR C 的基本结构 F i g ． 5 Th e s c h e m a t i c d i a g r a m o f HRC 2 非保温保 压取样装置 非 保 温 保 压 水 合 物 取 样 装 置 包 括 活 塞 取 样 器 A P C、 德 国多管深 水极 浅 层取 样 器 US E P、 F u g r o水 力 活塞 取样 器 F HP C、 F u g r o取 样器 F C及 重