CN109541180A - 一种水合物储层专用静力触探探头 - Google Patents

一种水合物储层专用静力触探探头 Download PDF

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李彦龙
陈强
王春光
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Abstract

本发明属于土工勘察仪器设备领域，针对现有的两桥/三桥静力触探探头精确度不能满足储层水合物分布规律精细刻画要求的问题，提供一种水合物储层专用静力触探探头，包括锥尖，孔压连接头，透水石，锥尖顶套，透水孔，孔压传感器，侧壁摩擦筒，空心顶柱，锥尖阻力传感器，侧压筒，侧压传感器，电极座套，电阻率电极，塑料环，摄像头孔，摄像头，承载座套，线缆接头，接头座套。不仅可以测量锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，还能够测量岩土电阻率及获得贯入路径的图像资料，能够对水合物在储层中的分布规律作出精确的预测，可以将水合物储层的工程地质参数与水合物本身建立联系，为海洋天然气水合物储层的工程地质参数精细刻画提供新的思路。

Description

一种水合物储层专用静力触探探头
技术领域
本发明涉及一种海洋天然气水合物储层工程地质参数测试与评价领域，具体涉及一种能够同时满足水合物储层工程地质特性和水合物分布规律探测的五桥静力触探探头。
背景技术
天然气水合物作为一种新型、高效环保能源，广泛地分布于陆地永久冻土带与深海沉积物中，其中90％以上赋存于大陆边缘陆坡深海沉积物中，而90％以上的海洋天然气水合物赋存于海底泥质粉砂或淤泥中。海域天然气水合物试采面临的工程地质风险评价仍然是产业化进程中的主要难题之一。因此，准确获取含水合物储层的工程地质参数与水合物分布规律的对应关系，是建立水合物储层工程地质数据精细刻画模型的必然要求。
从工程地质参数评价的角度分析：由于静力触探测量具有速度快速、数据连续、再现性好、操作省力、测试结果手扰动小、测量数据连续等优点，可以在探头被压入待测土体过程中获得土体的力学参数，其中双桥探头可以获得锥尖阻力、侧壁摩擦力；三桥探头能获得锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力。目前，国内的静力触探主要以双桥、三桥探头为主，已经在陆地和浅海土层工程地质参数原位测试与评价方面已经有了非常广泛的应用，可直接用于估算海底沉积物的不排水抗剪强度、超固结比、灵敏度、砂土的相对密实度、内摩擦角、土的压缩模量、变形模量、单桩承载力以及砂土液化判别等。因此，静力触探技术在海域天然气水合物储层工程地质参数评价方面具有广阔的应用前景。但是目前的两桥/三桥静力触探探头无法对水合物在储层中的分布规律作出精确的预测，因此仅仅依靠常规两桥/三桥静力触探探头无法将水合物储层的工程地质参数与水合物本身建立联系。
在储层水合物分布规律精细刻画方面：目前最直接的手段是通过钻探，然后进行测井，利用声波、电阻率等参数的异常特性判断储层的水合物纵向分布规律。其中电阻率值可以基于修正的阿尔奇公式估算沉积物纵向剖面上的水合物分布规律，在评价天然气水合物在储层中的分布规律方面的独特优势，已经在水合物勘探、开发方面具有良好的应用。因此，目前储层水合物分布规律评价与水合物工程地质参数评价存在“脱节”，如果能够将水合物分布规律测试手段与工程地质参数评价探头结合，并配套相应的水合物储层评价方法，则可以建立起水合物分布规律与工程地质参数之间的相关关系，不仅在水合物勘探方面可以替代钻探测井成为一种新的水合物储层精细刻画手段，其测量数据也可以为后续的水合物开采工程参数设计提供更加丰富的数据。
为此，本发明将提供一种可视化的、能够同时测量贯入路径中水合物饱和度和工程地质参数的静力触探探头，从而为海洋天然气水合物储层的工程地质参数精细刻画提供新的思路。
发明内容
针对现有的两桥/三桥静力触探探头精确度不能满足储层水合物分布规律精细刻画要求的上述问题，本发明提供一种水合物储层专用静力触探探头，不仅可以测量锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，还能够测量岩土电阻率及获得贯入路径的图像资料，实用性更强。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种水合物储层专用静力触探探头，包括锥尖，孔压连接头，透水石，锥尖顶套，透水孔，孔压传感器，侧壁摩擦筒，空心顶柱，锥尖阻力传感器，侧压筒，侧压传感器，电极座套，电阻率电极，塑料环，摄像头孔，摄像头，承载座套，线缆接头，接头座套；
锥尖、孔压连接头、空心顶柱、电极座套、承载座套、接头座套依次螺纹连接，孔压连接头的内孔与孔压传感器螺纹密封连接；
锥尖顶套套在孔压连接头上，嵌在锥尖与空心顶柱之间，锥尖顶套上开有进水孔，进水孔上套有透水石；
侧壁摩擦筒套在空心顶柱的外侧，一端密封连接锥尖顶套，另一端密封连接侧压筒，侧壁摩擦筒中间向内凸出有台阶，台阶与侧压筒保持面接触；
空心顶柱为中空结构，内腔走线，空心顶柱外壁设置锥尖阻力传感器；
侧压筒设置在空心顶柱与侧壁摩擦筒之间，外壁设置有侧压传感器，侧压筒与电极座套密封连接；
电极座套与侧壁摩擦筒之间设有第二挡土圈，电极座套上套装有数个电阻率电极，电阻率电极之间、电阻率电极与电极座套和承载座套之间安装有用于绝缘的塑料环，并且密封连接；
承载座套与接头座套密封连接，承载座套上开有摄像头孔，内部安装有摄像头；
线缆接头安装在接头座套内部，并进行密封处理，孔压传感器、锥尖阻力传感器、侧压传感器、电阻率电极、摄像头线缆与线缆接头依次连接，线缆接头与采集仪连接。
所述侧壁摩擦筒与锥尖顶套之间设有第一密封圈和第一挡土圈，侧壁摩擦筒与侧压筒之间设有第二密封圈。
所述侧壁摩擦筒中间向内凸出有台阶，台阶与侧压筒的面接触。
所示侧压筒与电极座套面接触，两者之间设有第三密封圈。
所述电阻率电极之间、电阻率电极与电极座套和承载座套之间通过第五密封圈进行密封。
所述承载座套与接头座套之间设有第六密封圈。
与现有技术相比，本发明提供的水合物储层专用静力触探探头，不仅可以测量锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力，还能够测量岩土电阻率及获得贯入路径的图像资料，能够对水合物在储层中的分布规律作出精确的预测，可以将水合物储层的工程地质参数与水合物本身建立联系。因此，在实际野外勘察过程中，可以使用电阻率数据对储层的水合物饱和度信息进行反演，利用椎间阻力、侧摩阻力、孔隙水压力对储层的工程地质参数进行反演，并利用摄像头观察储层的沉积物颗粒基本类型及裂隙发育情况，达到了工程地质勘察和水合物赋存情况勘察的两位一体，能够有效减轻水合物钻探测井然后再进行工程地质勘察的复杂工序，节约成本。
附图说明
图1为实施例水合物储层专用静力触探探头的总体结构示意图；
图2为实施例水合物储层专用静力触探探头的前部结构示意图；
图3为实施例水合物储层专用静力触探探头的中部结构示意图；
图4为实施例水合物储层专用静力触探探头的后部结构示意图。
图中：1-锥尖，2-孔压连接头，3-透水石，4-锥尖顶套，5-透水孔，6-孔压传感器，7-侧壁摩擦筒，8-空心顶柱，9-锥尖阻力传感器，10-侧压筒，11-侧压传感器，12-电极座套，13-电阻率电极，14-塑料环，15-摄像头孔，16-摄像头，17-承载座套，18-线缆接头，19-接头座套，20-第一挡土圈，21-第一密封圈，22-第二密封圈，23-第二挡土圈，24-第三密封圈，25-第四密封圈，26-第五密封圈，27-第六密封圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例
本实施例提供一种水合物储层专用静力触探探头，它包括锥尖1，孔压连接头2，透水石3，锥尖顶套4，透水孔5，孔压传感器6，侧壁摩擦筒7，空心顶柱8，锥尖阻力传感器9，侧压筒10，侧压传感器11，电极座套12，电阻率电极13，塑料环14，摄像头孔15，摄像头16，承载座套17，线缆接头18，接头座套19，第一挡土圈20，第一密封圈21，第二密封圈22，第二挡土圈23，第三密封圈24，第四密封圈25，第五密封圈26，第六密封圈27，如图1所示。
为了描述上的方便，图1以锥尖的尖部朝向为左，锥尖的底部朝向为右。为了清楚的展示各部分的结构，将图1分割成连续的三部分，即图2-图4。
锥尖1的右部与孔压连接头2的左部螺纹连接，孔压连接头2的右部外圆与空心顶柱8螺纹连接，孔压连接头2的右部内孔与孔压传感器6螺纹连接，并进行密封处理。
锥尖顶套4套在孔压连接头2上，位于锥尖1与空心顶柱8之间，锥尖顶套4的左端面与锥尖1的右端面保持面接触，锥尖顶套4的右端面与空心顶柱8的左端面保持面接触，锥尖顶套4上开有进水孔，进水孔上套有透水石3。
侧壁摩擦筒7的左端部套在锥尖顶套4的右部，两者之间设有第一密封圈21和第一挡土圈20，侧壁摩擦筒7的右端部套在侧压筒10右端上，两者之间设有第二密封圈22，侧壁摩擦筒7中间向内凸出有台阶，台阶与侧压筒10的左端部保持面接触。
空心顶柱8为中空结构，内腔走线，右端与电极座套12的左端通过螺纹连接，空心顶柱8上贴有锥尖阻力传感器9。
侧压筒10套在空心顶柱8上，上面贴有侧压传感器11，右端与电极座套12左端台阶保持面接触，两者之间设有第三密封圈24。
电极座套12左端与侧壁摩擦筒7之间设有第二挡土圈23，右端与承载座套17左端通过螺纹连接，电极座套12上套装有多个电阻率电极13，电阻率电极13之间以及其与电极座套12和承载座套17之间安装有塑料环14进行绝缘，并通过第五密封圈26进行密封。
承载座套17右端与接头座套19通过螺纹连接，两者之间设有第六密封圈27，承载座套17上开有摄像头孔15，内部安装有摄像头16。
线缆接头18安装在接头座套19内部，并进行密封处理。孔压传感器6、锥尖阻力传感器9、侧压传感器11、电阻率电极13、摄像头16线缆与线缆接头18左端连接，线缆接头18右端通过线缆与采集仪连接。
(1)锥尖阻力传递：由锥尖1、孔压连接头2传递给空心顶柱8，空心顶柱8变形后被锥尖阻力传感器9检测出来。
(2)侧壁摩擦力传递：由侧壁摩擦筒7传递给侧压筒10，侧压筒10变形后被侧压传感器11检测出来。
(3)孔隙水压力传递：孔隙水通过透水石3、透水孔5流到孔压传感器6腔体里，孔隙水压力被孔压传感器6检测出来。
(4)岩土电阻率通过电阻率电极13被检测出来。
(5)贯入路径的图像资料通过摄像头16获得。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，包括锥尖，孔压连接头，透水石，锥尖顶套，透水孔，孔压传感器，侧壁摩擦筒，空心顶柱，锥尖阻力传感器，侧压筒，侧压传感器，电极座套，电阻率电极，塑料环，摄像头孔，摄像头，承载座套，线缆接头，接头座套；
锥尖、孔压连接头、空心顶柱、电极座套、承载座套、接头座套依次螺纹连接，孔压连接头的内孔与孔压传感器螺纹密封连接；
锥尖顶套套在孔压连接头上，嵌在锥尖与空心顶柱之间，锥尖顶套上开有进水孔，进水孔上套有透水石；
侧壁摩擦筒套在空心顶柱的外侧，一端密封连接锥尖顶套，另一端密封连接侧压筒，侧壁摩擦筒中间向内凸出有台阶，台阶与侧压筒保持面接触；
空心顶柱为中空结构，内腔走线，空心顶柱外壁设置锥尖阻力传感器；
侧压筒设置在空心顶柱与侧壁摩擦筒之间，外壁设置有侧压传感器，侧压筒与电极座套密封连接；
电极座套与侧壁摩擦筒之间设有第二挡土圈，电极座套上套装有数个电阻率电极，电阻率电极之间、电阻率电极与电极座套和承载座套之间安装有用于绝缘的塑料环，并且密封连接；
承载座套与接头座套密封连接，承载座套上开有摄像头孔，内部安装有摄像头；
线缆接头安装在接头座套内部，并进行密封处理，孔压传感器、锥尖阻力传感器、侧压传感器、电阻率电极、摄像头线缆与线缆接头依次连接，线缆接头与采集仪连接。
2.根据权利要求1所述的水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，所述侧壁摩擦筒与锥尖顶套之间设有第一密封圈和第一挡土圈，侧壁摩擦筒与侧压筒之间设有第二密封圈。
3.根据权利要求1所述的水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，所述侧壁摩擦筒中间向内凸出有台阶，台阶与侧压筒的面接触。
4.根据权利要求1所述的水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，所述侧压筒与电极座套面接触，两者之间设有第三密封圈。
5.根据权利要求1所述的水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，所述电阻率电极之间、电阻率电极与电极座套和承载座套之间通过第五密封圈进行密封。
6.根据权利要求1所述的水合物储层专用静力触探探头，其特征在于，所述承载座套与接头座套之间设有第六密封圈。
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