海域天然氣水合物保溫保壓取樣技術

海域天然氣水合物保溫保壓取樣技術是使取出的岩心始終保持在地層中的原始壓力狀態和原始溫度狀態並回收至海面的一種特殊取心技術。

通過該項技術獲取的岩心，因為能始終保持地層中的原始壓力和溫度，因此岩心的物理性質不會因為壓力溫度的變化而發生改變，岩心中蘊含的天然氣水合物不會因壓力、溫度的變化而揮發，有利於對海域天然氣水合物進行全面的定性或定量分析。

基本介紹

• 中文名：海域天然氣水合物保溫保壓取樣技術
• 外文名： Pressure-temperature Core Technology for Ocean Gas Hydrate
• 目的：基礎研究、地質調查
• 學科：鑽探工程

簡介

我國海域面積廣闊，天然氣水合物資源豐富 ，賦存水深一般超過 300-500 m ， 受限於深海取樣技術，以往勘探大部分都是採用似海底反射（BSR）來判斷天然氣水合物的存在， 隨著研究的深入，發現這種方法已經不能滿足科學研究的需要，必須通過獲得海底原狀的沉積物樣品才是真實判斷天然氣水合物是否存在的最為可靠的辦法。

在天然氣水合物勘查評價中，保溫保壓取樣技術是一種能夠直接有效的識別、獲取水合物的手段。利用常規取心（非保壓取心）設備將含天然氣水合物沉積物從海底取至海面時，壓力或溫度的變化會導致天然氣水合物分解，這會擾動沉積物，有時會使岩心遭到完全的破壞。而保溫保壓取樣技術通過利用特殊的密封閥及隔熱保溫處理技術，在天然氣水合物岩心回收至鑽探船或鑽探平台的過程中，始終保持岩心處於在地層中的原始壓力狀態和原始溫度狀態，減緩或阻止天然氣水合物的揮發，從而為海域天然氣水合物研究提供最直接的證據。

國外技術發展

海域天然氣水合物保溫保溫取樣技術的套用主要是通過保溫保壓取樣鑽具實現的。得益於大洋鑽探計畫（ODP）、深海鑽探計畫（DSDP）等計畫的實施，美國、日本、歐盟等國家對天然氣水合物保溫保壓取樣鑽具的研究起步較早，通過在實踐套用中不斷完善，已發展出多種類型的天然氣水合物保溫保壓取樣工具，並成功套用於世界各地的天然氣水合物鑽探取樣工作中。國際上研製的保溫保壓取樣鑽具的類型主要有：日本研製的PTCS和Hybrid PCS、DSDP採用的PCB、ODP採用的PCS和歐盟研製的FPC和HRC。

國內技術發展

我國對保溫保壓取樣技術的研究起步較晚，在2000年國土資源部率先啟動了“天然氣水合物保壓取心鑽具研究”，2001年國家又將“天然氣水合物保真取樣鑽具的研製”列為“863”計畫，2006年國家“863”把“天然氣水合物勘探與開發”列為“十一五”重大專項。國內保溫保壓取心器類型主要有：中石化集團勝利石油工程有限公司鑽井工藝研究院設計的取樣工具、吉林大學建設工程學院研發的孔底冷凍取樣器、中海油研發的深水海底水合物取樣器以及中國地質調查局北京探礦工程研究所研製的TKP-1型保溫保壓取樣器。

主要功能的實現

海域天然氣水合物保溫保壓取樣技術的主要功能就是要保持海底取到的天然氣水合物岩心的壓力和溫度，簡單來講，就是放鑽進到海底天然氣水合物儲層後，要將天然氣水合物樣品儲存在一個既能夠隔熱保溫又能夠實現密封保持海底壓力的高壓室內，然後利用鑽探設備將樣品打撈到鑽探船或鑽井平台上。

保壓功能的實現，主要是通過蓄能器和密封閥。取樣作業前對蓄能器預充高壓氮氣，使其壓力達到地層壓力的75%~80%，岩心進入到高壓室後蓄能器與高壓室之間的氣閥打開，高壓氮氣通過活塞調節高壓室內的壓力。而密封閥的主要作用則是保證高壓室內的壓力不會泄露，國際和國內不同類型的保溫保壓取樣鑽具上用到的密封閥主要有兩種，分別是板閥和球閥。

保溫功能的實現，主要是通過冷凍或降低高壓室與外界熱交換的速率。冷凍方式是利用冷源直接在井底對天然氣水合物樣品進行冷凍。降低高壓室與外界熱交換速率的方式，則主要是依靠保溫材料、熱電冷卻裝置，或結合低溫鑽井液實現的。

壓力蓄能器工作原理