[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

说明书

本发明公开了一种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，装置包括液压泵、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；压力测试仓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；保压帽安装在钻具内管朝向液压马达一端，保压帽拧卸装置能实现保压帽与钻具内管的密封；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，温控装置与温控器电连接。本发明结构简单，操作方便，能够真实模拟钻具在任意水深进行打捞过程中海水的温度和压力变化情况，也能够真实模拟钻钻具在提升过程中内部压力的变化情况。

技术领域

本发明涉及一种适用于海底钻机保压取心钻具的打压试验装置及实验方法。

背景技术

天然气水合物在低温高压环境下以固体形式存在，目前国内外主要采用保压取样的方式进行天然气水合物勘探。利用海底钻机进行勘探作业时回次取心完毕的保压内管均需暂储于海底钻机的钻具库内，待整个钻孔结束后再随海底钻机一同回收至母船甲板。海底钻机作为一种重型水下作业装备，其对回收作业流程有着严格的规范要求。相比于传统钻探船取样方式中通过打捞器将单根保压内管快速从孔底提升至母船甲板的作业方式，存储在海底钻机钻具库内的保压内管在不同海水温度区间穿越的历时时间明显长于传统钻探船取样方式。因此对海底钻机所匹配的小口径薄壁保压钻具的保压性能提出了更高要求。

现有的海底钻机保压取心钻进工艺流程是将1根空的不带保压密封盖的保压绳索取心内管放入保压取心外管钻具内，将一个保压密封盖预存在海底钻机上的保压密封盖拧卸机构内。在该回次钻进结束后，利用打捞绞车下放打捞器，将装有岩心的保压取心内管打捞至海底钻机上，利用机械手将装有岩心的保压绳索取心内管移动至保压密封盖拧卸机构上方，将保压密封盖与保压取心内管一同拧紧，完成对保压取心内管下端部的密封。保压帽一端设有盲孔，保压帽另一端设有带钩拨叉。盲孔的中部设有环形的密封槽，用于安装Y型密封圈；盲孔设有内螺纹，用于与钻具内管连接。保压钻具上端部的密封由钻具内部的单向阀实现。目前已有的室内打压实验装置虽然其能够模拟不同海水深度下的环境压力，但是在压力仓内无法完成钻具保压帽的拧卸动作。且在实验过程中无法有效模拟不同海水区间的温度变化差异情况。此外，由于现有压力实验装置体积庞大，其实验效率明显偏低，无法满足小口径薄壁保压钻具的压力性能测试实验需求。

发明内容

为解决上述面临的问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，可以真实模拟钻具在任意水深进行回收过程中海水的温度和压力变化，也能够真实模拟钻杆在提升过程中内部的压力的变化的打压实验装置和实验方法。

本发明采用的技术方案是：一种适用于海底钻机保压取心钻具的打压实验装置，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，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。