[发明专利]一种用于天然气勘探的天然气水合物岩心取样设备

说明书

本发明涉及天然气开采领域，具体是涉及一种用于天然气勘探的天然气水合物岩心取样设备，包括钻具，用于进行天然气水合物的岩心取样；钻具补给机构，用于有序地放置未使用的钻具，并进行钻具的更换；钻具更换机构，设置在所述钻具补给机构的侧部，用于接收待更换的的钻具，定位夹持钻具，并提供钻具安装时的平台；回收机构，设置在所述钻具更换机构的侧部，用于接收使用完毕的的钻具，本发明在岩心取样时可以自动使用到的钻具并提供放置的空间，将现有的天然气水合物保压取样方法和冷冻取样方法通过天然气水合物冷冻保压取样钻具进行有机结合，提高天然气水合物岩心的保真程度和取心成功率。

技术领域

本发明涉及天然气开采领域，具体是涉及一种用于天然气勘探的天然气水合物岩心取样设备。

背景技术

我国常规油气资源已远远不能满足经济和社会发展的需求。天然气水合物主要赋存于世界海洋大陆边缘和高纬度冻土带，具有能源密度高、分布广、规模大、埋藏浅等特点，且产出的天然气能够满足能源、经济和环境的要求，是具有商业开发前景的新型清洁能源。天然气水合物是甲烷等烃类气体或挥发性液体与水在高压低温条件下形成的白色结晶状“笼形化合物”（Clathrate），外表像冰，一点就燃，因此被称为“可燃冰”。高密度、高热值、分布广是天然气水合物的显著特点，通常一单位体积的天然气水合物分解可产生164-180单位体积的甲烷气体。天然气水合物有可能成为继页岩气、煤层气、油砂等之后的又一储量巨大的接替能源。

泥页岩属于泥岩和页岩之间的过渡岩石类型，可见发育不完善的页理，一般是浅湖到深湖沉积的产物，常见的泥页岩类型有泥质泥页岩、碳质泥页岩、硅质泥页岩、钙质泥页岩等，当泥页岩中混入一定量的砂质成分时，会形成砂质泥页岩，富有机质泥页岩是形成泥页岩油气的主要岩石类型，泥页岩油气是非常规油气中的一种，并且泥页岩油藏已经成为勘探突破目标。油气储层的微观孔隙结构和分布特征对于其储集能力、渗流机理等规律起着决定作用，对于不同沉积环境的页岩、泥页岩储层，其储层性质、微观孔隙结构特征、分布规律一般差别较大，并且泥页岩易于破裂、剥落及坍塌和遇水敏感，导致在钻进取样过程中很难取到具有完整储层性质的样品。天然气水合物只能存在于一定的温度和压力条件下，一般要求温度低于0-10℃，压力高于10MPa，一旦温度升高或压力降低，甲烷气体则会逸出，固体天然气水合物便会分解，因此如何获得高保真的天然气水合物岩心是水合物勘探开发的一大难题。

目前针对天然气水合物的保真取样主要有两种思路，一种是保持天然气水合物岩心的压力抑制天然气水合物的分解，主要是利用球阀和翻板阀等在天然气水合物岩心被卡断后和提升过程中对专门设计的保压岩心管进行封闭和密封，并采用保温材料实现被动式保温，即通过机械保压的方式保持天然气水合物储层的原位压力和温度来获得高保真度的天然气水合物岩心；但在其实际应用过程中由于机械保压机构结构复杂、不易操作；一旦机械保压机构的密封性稍有下降，那么天然气水合物岩心就不能保持初始压力，导致取心失败。孔内天然气水合物岩心的保温方法主要是采用保温材料实现被动式保温方法，在钻探取样的复杂热工况条件下，被动式的保温方法无法维持天然气水合物岩心的原始温度。由于受到地层条件及孔内温度和压力的影响，这类取样器在实际应用中钻获天然气水合物保真岩心的成功率低于60％。另一种思路是通过低温抑制天然气水合物的分解，采用可相变流体为冷源，将冷源存储在钻具的储冷腔内，钻进结束后，触发控制机构，将冷源注入到冷冻腔，通过冷源汽化吸热将岩心管内的天然气水合物冷冻到一个要求的低温区间，保证天然气水合物在取样过程中不分解。但是采用这种方法会改变天然气水合物岩心原有的基础物理性质，导致天然气水合物岩心的声波及电阻率等测试数据发生变化。

因此，单纯的冷冻取样会导致天然气水合物岩心的原始基础物理性质发生变化，不利于后期的部分性质的分析测试，但是单纯的保压取样的成功率较低，不能满足天然气水合物钻探取样的要求。

发明内容