[发明专利]适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：包括液压泵、换向阀、压力测试仓、保压帽拧卸装置、保压帽、支撑架及温控装置；所述的压力测试仓为管状结构，其两端分别安装法兰盖I和法兰盖Ⅱ，压力测试仓侧壁两端分别设有进水口和排水口；保压帽拧卸装置包括液压马达、拧卸轴和保压帽拧卸头，液压马达通过圆盘支架安装在压力测试仓内，液压马达的两个油口分别通过管道与换向阀的出油孔连接；液压泵的进油口及换向阀的回油孔分别通过管道连接油箱，液压泵的出油口通过管道与换向阀的进油孔连接；液压马达的输出轴与拧卸轴的一端连接，保压帽拧卸头安装在拧卸轴的另一端；保压帽安装在钻具内管朝向液压马达一端，保压帽拧卸头能实现保压帽与钻具内管的密封；钻具内管通过多个固定装置支撑在支撑架上，支撑架设置在压力测试仓内，与压力测试仓同轴；温控装置包括测温计、加热棒和圆盘，测温计安装在支撑架上，加热棒固定在圆盘上，圆盘固定在压力测试舱内，温控装置与温控器电连接；压力测试仓设有加压装置及泄压装置。

2.根据权利要求1所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：所述的圆盘支架通过螺纹连接杆与法兰盖I相连接；法兰盖I上设有三个通孔，其中两个通孔的两端分别设有一液压直通接头；液压马达的两个油口分别通过管道与该两个通孔内端的液压直通接头连接，该两个通孔外端的液压直通接头分别通过管道与换向阀的两个出油孔连接；所述的法兰盖Ⅱ上设有通孔，通孔内设有水密插接件，水密插接件的内端与温控装置电连接，水密插接件的外端与温控器电连接；另一通孔的内端设有液压直通接头，该液压直通接头通过管道连接液压马达的泄油口，该另一通孔通过泄油管道连接油箱。

3.根据权利要求1所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：所述的拧卸轴背向液压马达端设有花键，保压帽拧卸头朝向拧卸轴的一端设有盲孔，盲孔内侧面上设有花键槽，拧卸轴背向液压马达端安装在保压帽拧卸头盲孔内，并通过花键联接；盲孔底部通过弹簧与拧卸轴端部连接；保压帽拧卸头端面上设有多个拨叉。

4.根据权利要求1所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：所述的支撑架包括多个支撑圆盘和多个连接杆，多个支撑圆盘同轴设置，支撑圆盘中心处设有通孔，通孔内安装有滑动轴承，支撑圆盘上设有多个圆弧状通孔和多个螺纹孔，多个圆弧状通孔沿圆周方向均匀布置，多个螺纹孔也沿圆周方向均匀布置；连接杆两端分别与相邻的两个支撑圆盘的同轴的两个螺纹孔连接；多个连接杆沿圆周方向均匀布置；钻具内管通过多个支撑圆盘中心处的滑动轴承支承。

5.根据权利要求4所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：所述的固定装置包括圆环支架、圆弧形卡盘和螺纹顶杆，所述的圆环支架安装在一支撑圆盘上，所述的圆弧形卡盘的凹弧面与钻具内管的外侧面接触，螺纹顶杆的内端与圆弧形卡盘的背面接触，螺纹顶杆安装在圆环支架上。

6.根据权利要求1所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，其特征在于：还包括压力表，所述的加压装置包括打压泵及进液管道；所述的泄压装置包括泄压管道及泄压阀；法兰盖Ⅱ上设有三个管道接头通孔，一个管道接头通孔的外端通过液压直通接头连接泄压管道，泄压管道上设有卸压阀，另一个管道接头通孔的外端通过液压直通接头连接进液管道的一端，进液管道的另一端连接打压泵的出口，打压泵的进口通过管道连接水箱；第三个管道接头通孔的两端分别设有一个液压直通接头，该两个液压直通接头分别通过管道连接钻具内管及压力表。

7.一种利用权利要求1-6中任一权利要求所述的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置的适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验方法，包括以下步骤：

步骤1：组装支撑架，将钻具内管和保压帽放置于支撑架中，进行保压帽与钻具内管的预装配；预装完成后借助固定装置将钻具内管固定；将固定好的钻具内管和支撑架一同放入压力测试仓内；将固定有加热装置的圆盘连接在法兰盖Ⅱ上，并将法兰盖Ⅱ通过螺栓安装在压力测试仓一端；在圆盘支架上安装液压马达，将两个油管连接在液压马达的两个油口上，安装拧卸轴和拧卸头，通过螺栓将法兰盖I与压力测试仓另一端连接；

步骤2：通过压力测试仓的进水口向仓内注入冰水混合物，水温参照海底天然气水合物蕴藏水深的海水温度进行选取，注水完毕后进行排气并将进水口堵死；

步骤3：根据实验要求向压力测试仓内进行均匀加压，加压范围为5 - 40Mpa，加压速率为0.2-0.6 Mpa / min；

步骤4：通过测温计检查压力测试仓内实际水温是否与实验要求的环境水温一致，若低于实验要求的环境水温则启动加热装置将压力测试仓内水温加热至实验要求的水温；若压力测试仓内水温与实验要求一致，则可直接进行步骤5；

步骤5：启动液压马达带动拧卸头旋转完成保压盖与钻具内管的密封动作；

步骤6：对压力测试仓泄压，模拟钻具在回收过程中外部环境压力不断减小的过程；测试仓压力的下降速率应与实际施工作业中钻具的回收速度一致；

步骤7：启动加热装置在泄压的过程中对压力测试仓内的海水进行加热，模拟钻具在回收过程中穿越不同深度海水层时的水温变化，加热的速率根据回收过程中钻具在不同温度区间海水层的停留时间进行确定，水温最高不超过40℃；

步骤8：通过观察与钻具钻管内部相连的压力表，记录整个回收过程中钻具钻管内部的压力变化情况；

步骤9：卸压结束后，打开压力测试仓的排水口排除压力测试仓内的水；

步骤10：多次重复步骤2-步骤9。