我国海底取样设备的现状与发展趋势

本文介绍了我国常规海洋地质取样设备与新式取样设备的特点,提出了我国海底取样设备的发展趋势。

天然气水合物保压转移的压力特性

目前,国内从海底采集的天然气水合物在转移到实验室前不得不进行卸压处理,这样必然会破坏天然气水合物的结构。天然气水合物保压转移系统能够实现带压转移水合物,在转移的过程中始终维持水合物的原位压力。本文简要介绍了该系统的转移装置和压力维持系统,并定量分析了保压转移装置在抓取、切割、转移样品的过程中可能存在的压力冲击及脉动。结果表明在转移样品时,球阀的开闭对样品压力的影响超过允许压力波动的范围,反过来说明了压力维持系统的必要性。

海底钻机液压式自动调平系统

结合"水域钻机和海底取样设备研制"的预研课题,针对海底设备自动调平系统的工作环境和调平要求,提出了海底钻机自动调平系统方案,即实时检测,闭环控制,远程通讯;并在此框架下设计了海底钻机自动调平系统相应的软硬件。陆地和模拟海上试验证明,设计方案满足了海底钻机的调平要求。

南海北部海底热流测量及分析

广州海洋地质调查局用德国产的微型温度传感器和自行研制的重力取样器组装成海底热流探针,并用该设备在中国南海北部开展了海底热流测量,这是国内首次独立开展此项工作,也是我国海洋地质和地球物理调查技术方法的新尝试.通过实测数据分析以及与1985年中美合作获得的西沙海域地热流测量剖面数据对比,表明测量数据可靠并具有良好的一致性.此项工作的成功,将有助于地热流测量工作的深入开展,进而提高我国海底天然气水合物的勘探和海洋地质基础研究的水平.

海底沉积物保真采样技术研究进展

海底沉积物保真采样对于诸多海洋科学研究非常重要,各种研究目标的实现与沉积物样品的原位信息密切相关。本文论述了海底沉积物保真采样的目的和意义,提出了保真采样的定义,介绍了保真采样器的发展现状。论文重点讨论了保真采样器在采样过程中所涉及的共性关键技术。在此基础上,介绍了我国重力活塞式天然气水合物保真采样器的研究进展。最后,提出了关于发展我国保真采样技术的如下几点设想:1)重视沉积物低扰动技术研究,为相关海洋科学研究提供样品层次清晰、物质成分完备的沉积物样品。2)与HYACINTH计划类似,为适应不同海底地质条件,开发系列保真采样器。对松软的非岩性沉积物(从软泥、沙到砂砾)采样时,可采用重力驱动或震动冲击驱动保真采样装置;对硬质岩化的沉积物采样时,可采用回转式保真采样装置。3)重点开展沉积物样品无压降转移技术。实现实验室内的保真分析、存储和小段样品获取,开展原位压力条件下沉积物样品的地球物理学测试、地球化学、微生物、和石油物理学等研究分析。4)开展长柱状沉积物保真采样技术研究,为我国天然气水合物研究提供技术保障。

天然气水合物保压转移装置的压力维持系统

天然气水合物在转移到检测装置的过程中,压力会发生较大波动,导致结构的不稳定而分解。天然气水合物样品保压转移装置能够维持样品的高压环境,并将其转移到其他压力容器。文中主要介绍了转移装置及压力维持系统的工作原理,利用AMESim软件对保压转移装置的压力维持系统进行建模,分析了不同预充压力的蓄能器对压力变化的响应,最后通过样品的转移实验验证压力维持系统的有效性,同时得出球阀的关闭对样品的压力影响最大的结论。

天然气水合物样品转移装置卡爪机构设计

样品转移卡爪是天然气水合物保压转移装置的重要关键部件,其功能是实现在维持内压的情况下抓取并移动天然气水合物样品管。基于降低对样品的扰动、提高抓取及脱离样品管的成功率等因素考虑,提出一种结构精巧的样品管抓取的卡爪机械结构,并对关键部件进行受力分析。实验表明,该样品管卡爪机构能够有效抓取及脱离样品管,该设备研制成功加快了样品转移装置研制的进展。

天然气水合物保压子取样装置压力特性研究

从海底采集的长柱状保压天然气水合物一般不能被直接分析,需要被切割成小段再转移。保压子取样装置是在天然气水合物保压转移系统的基础上研发的,该装置能够获取任意小尺寸的带压岩心,并将其转移到测试装置中进行原位检测。介绍保压子取样的总体结构和工作原理,并分析系统压力变化的趋势,然后利用AMESim软件对压力维持部分进行仿真,最后通过水合物转移实验,验证保压子取样技术的可行性。重点讨论了蓄能器对于系统压力维持能力的影响,得出预充压力越大蓄能器保压效果越好的结论。

海上抽水试验成井工艺探讨

海上抽水试验为海上建设项目前期工程勘察提供必要的水文地质资料。根据前期工程地质钻探的资料,设计抽水试验方案,完成抽水试验这一重要环节。关键在于一个质量较高的抽水试验孔。依据"奋斗五号"船在琼州海峡工程地质钻探项目时,海上抽水试验孔成井工艺进行分析探讨。

考虑方位漂移的水平井井眼轨道设计

目前,深层页岩气水平井在钻井过程中经常出现方位漂移的问题,方位漂移严重影响了水平井的井眼轨迹控制,进而影响水平井的准确中靶。在现场施工中,通常根据施工区以前的钻井经验,在进行定向造斜时,先估计出一个"方位超前角",这种现场的做法有着很大的不确定性,并且可能出现较大误差。本文提出了考虑方位漂移的水平井井眼轨道优化设计的方法,解决了仅凭现场经验给出的"超前角"不准确的问题。考虑方位漂移的水平井井眼轨道优化设计按照井段划分,将地层因素与井身剖面结合起来求取井段的平均方位漂移率。根据该方法研制开发了考虑方位漂移的水平井井眼轨道优化设计软件,并通过举例进行了验证,证明了方法是可行的。

粒子冲击钻井中管汇冲蚀磨损模拟分析

为了对粒子冲击钻井中管汇冲蚀磨损进行模拟分析,建立了弯管、冲管、鹅颈管、钻杆接头、钻头喷嘴等管汇系统的数学模型和物理模型。选用有限体积法进行离散,将网格模型导入FLUENT软件中进行数值模拟,对不同影响因素下的结果进行分析。通过模拟结果,分析了90°弯管、冲管、鹅颈管、钻杆接头、钻头喷嘴等管汇部件在不同排量、粒径、粒子浓度下的冲蚀磨损情况;对比分析了排量、粒子直径、粒子浓度3个不同变量对管汇系统不同部件冲蚀磨损。分析得到的规律有助于对磨损情况进行精确预测,确定管路安全使用的标准,从而确保钻井安全。

粒子冲击钻井中管汇冲蚀磨损试验研究

针对粒子冲击钻井工艺技术可能对管汇系统造成冲蚀磨损引发安全事故的情况,对粒子冲击钻井工艺应用中管汇冲蚀磨损的影响因素进行了分析,并通过试验装置进行地面模拟研究,提出了管汇材料改良建议及安全跟踪防护措施。地面模拟试验反映在粒子冲击钻井的钻井液中加入直径1~2 mm、含量1%~3%的钢粒时对冲管、弯接头、鹅颈管、水龙带等钻井管汇系统的冲蚀磨损情况。试验表明:对于普通钢材,其抗冲蚀磨损的能力较弱;冲管、鹅颈管较其余部件冲蚀更为严重;水龙带和弯接头冲蚀较轻;钻杆和钻铤部件几乎没有产生冲蚀。

海上工程地质钻探隔水套管沉管的影响因素

根据海上钻探作业的经验,分析水深、海流、底质和潮汐等因素对隔水套管沉管作业的影响,并提出相应的解决办法。

基于海底钻机的多功能原位测试系统开发与应用

基于海底钻机的原位测试是一种新型的海底地层测试方式.结合"海牛号"60 m海底钻机的实际工况需求,研制一套以静力触探为技术基础的多功能原位测试仪,可以在水下2 000 m的海底实现对锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力、温度、电阻率和视频的原位信息采集.本文从测试方法、系统结构、探头传感器、数据采集等方面进行了详细介绍,现场试验显示多功能原位测试仪能够按照预定设计完成原位测试的全部功能,采集的数据与海床式静力触探系统对比具有极强的一致性.

船载可燃冰保压岩心转移关键技术及应用

可燃冰具有分布广、资源量大、能量密度高、清洁环保等特点,其所蕴含的有机碳总量约为现有化石能源的两倍,是未来全球能源发展的战略制高点。我国高度重视可燃冰的开发利用,已将其作为发展战略规划和能源技术革命重要内容,《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》将非常规油气和深层、深海油气开发技术创新列为重点任务,强调突破可燃冰勘探开发基础理论和关键技术。由此可见,可燃冰作为国家能源战略重点,其产业化开发对于保障国家能源资源安全、改善能源结构具有重要意义。