CN113253358B - 一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天然气水合物勘探技术领域，具体涉及一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法。装置包括测温单元和与测温单元水平设置的切割单元。所述测温单元包括测温壳体、测温透明罩、移动测温机构、测温进管口、测温出管口和套管传递机构。所述切割单元包括切割壳体、切割透明罩、移动套管夹持切割机构、切割进管口、切割出管口和载物平台。本发明可以实现套管中含水合物层位的识别—获取一体化作业，提升了水合物样本获取速率，降低了水合物从套管中获取流程中的损耗。此外，通过实际测量温度差异的约束也提高了取样准确度。可将作业中产生的粉末控制在设备内进行集中处理，避免了施工现场的粉尘污染。

Description

一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物勘探技术领域，具体涉及一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法。

背景技术

天然气水合物(以下简称为“水合物”)被认为是21世纪富有潜力的绿色清洁能源，其商业化勘探开发技术一直是各国政府探索和发展的重要方向。在其工业流程中一个重要工程节点是获取深海环境海底下方岩石地层中水合物样本，该样本获取成功是对之前阶段水合物赋存规律认识的肯定与采集数据准确度的验证，也为下一工程阶段水合物试采提供实物测试和方案设计的有力支撑。

水合物实物样本获取是通过在海底实施钻孔的方式来实现，获取后被保存于圆柱状空心套管当中，之后通过绞车被提至施工船或平台上。在被放入液氮长期保存之前，需要隔着透明度较差的套管进行样本识别，判断是否有水合物及其赋存的具体层位，以便进行套管切割和样本封存。上述工作是通过测温和切割两套分离的设备和人员来实现的。然而，现场作业中水合物暴露于空气中会自行发生分解，现有技术对于准确识别并切取套管中水合物样本效率较低，导致水合物样本在收集过程中出现大量损耗，影响后续工作中对于海底下方原位水合物赋存状态的研究和测试。此外，由于套管不存在刻度等用于指示具体层位的标志，导致切割层位时准确度不高，也同样造成了水合物样本的损耗。

目前，并无完整的装置和方案来直接完成上述工作，因此，现在亟需设计一种可现场一体化识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法。

本发明的技术方案为：

一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，包括测温单元和与测温单元水平设置的切割单元。所述测温单元包括测温壳体、测温透明罩、移动测温机构、测温进管口、测温出管口和套管传递机构；所述测温透明罩铰接在测温壳体上，所述移动测温机构设置在测温壳体内部上端，所述测温进管口设置在测温壳体的侧壁上，所述测温出管口设置在与测温进管口相对的测温壳体的侧壁上，所述测温进管口和测温出管口通过套管传递机构连接。所述切割单元包括切割壳体、切割透明罩、移动套管夹持切割机构、切割进管口、切割出管口和载物平台。所述切割透明罩铰接在切割壳体上，所述移动套管夹持切割机构设置在切割壳体内部上端，所述切割进管口和切割出管口设置在切割壳体的侧壁上且于测温进管口和测温出管口保持水平，所述载物平台设置在切割壳体的内部底端。所述移动测温机构、套管传递机构、移动套管夹持切割机构和载物平台与操作终端连接。

进一步的，所述移动测温机构包括测温器和测温器驱动机构，所述测温器驱动机构驱动测温器在测温壳体内水平往复运动。

更进一步的，所述测温驱动机构包括第一滑动导轨、第一滑块、测温驱动电机、第一驱动链条，所述第一滑块固定在第一驱动链条上，所述测温驱动电机的输出端与第一驱动链条连接，所述第一滑块设置在第二滑动导轨上。

进一步的，所述测温器设置为红外热成像仪。

进一步的，所述套管传递机构包括支架、传递皮带和传递驱动电机，所述支架固定在测温壳体的底部，所述传递皮带设置在支架上，所述传递驱动电机驱动传递皮带在支架上水平运动。

进一步的，所述移动套管夹持切割机构包括可移动套管卡钳和切割电锯，所述可移动套管卡钳夹持套管在切割单元内水平运动，所述切割电锯进行位置确定后套管的切割。

更进一步的，所述可移动套管卡钳包括第二滑动导轨、第二滑块、套管卡钳移动驱动电机和第二驱动链条，所述第二滑块固定在第二驱动链条上，所述套管卡钳移动驱动电机的输出端与第二驱动链条连接，所述第二滑块设置在第二滑动导轨上。所述可移动套管卡钳可上下升降运动，所述切割电锯固定在第二滑动导轨上，所述切割电锯可上下升降运动。

进一步的，所述载物平台设置为升降载物平台。

进一步的，还包括辅助清洗机构，所述辅助清洗机构包括清洗口和排污口，所述清洗口设置在切割壳体侧壁的上部，所述排污口设置在切割壳体的底部。

一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的方法，包括上述的装置，包括如下步骤：

A、测温预处理：将岩心套管顶部和底部封口，擦拭套管外部，去除套管外部吸附的杂物，将套管通过测温进管口转移至测温单元当中，关闭测温透明罩。

B、测量并记录温度：启动测温器，并沿第一滑动导轨匀速移动，扫描套管的温度并在操作终端记录数据并形成温度分布图件。

C、标记切割位置：在操作终端分析测得温度数据，对温度低于周围岩石3摄氏度以上的层位进行标注，在操作终端输入切割目标位置。

D、转移套管：调整载物平台高度，使其与套管传递机构高度一致，启动传递驱动电机，将套管从测温出管口移出测温单元，并通过切割进管口移入至切割单元中，盛放于载物平台上，关闭切割透明罩。

E、切割预处理：根据操作终端中记录的切割目标位置，调整可移动套管卡钳在第二滑动导轨的位置，下降并固定套管，下降载物平台使其与套管脱离。

F、切割目标：根据操作终端中记录的切割目标位置利用切割电锯对套管进行切割，目标层位会落至载物平台。

G、回收目标：打开切割透明罩，在载物平台上回收切割完成的套管目标层位，封住其顶、底口，之后进行保存。

H、其余套管处理：升起载物平台，松开可移动套管卡钳，其余套管会落至载物平台，对其进行收集并处理。

I、清洗设备：使用高压水枪清洗切割单元内部设备，之后关闭切割透明罩，通过清洗口对切割单元内部进行清洗和烘干。

本发明所达到的有益效果为：

1、本发明中的现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法，可以实现套管中含水合物层位的识别—获取一体化作业，提升了水合物样本获取速率，降低了水合物从套管中获取流程中的损耗。此外，通过实际测量温度差异的约束也提高了取样准确度。

2、本发明中的现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法，将人工作业转化为机械作业，需要两人共同作业即可，特别是在船载人员数量有限的条件下能够有效减少人力成本。

3、本发明中的现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置和方法，可将作业中产生的粉末控制在设备内进行集中处理，避免了施工现场的粉尘污染。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是本发明方法的流程示意图。

图中，1、测温壳体；2、测温透明罩；3、第一滑块；4、红外热成像仪；5、第一滑动导轨；6、测温驱动电机；7、测温进管口；8、测温出管口；9、支架；10、套管传递机构；11、传递皮带；12、传递驱动电机；13、切割进管口；14、切割壳体；15、切割透明罩；16、第二滑动导轨；17、切割电锯；18、可移动套管卡钳；19、套管卡钳移动驱动电机；20、清洗口；21、切割出管口；22、载物平台；23、排污口；24、液压伸缩杆；25、操作终端。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种套管中识别并切取水合物的装置和方法，由测温和切割两个单元来完成，其中，所述测温单元包括：

测温壳体1，集装测温单元内部零件。

测温透明罩2，与测温壳体1铰接，可掀开，方便观察内部样本测量情况。

测温进管口7和测温出管口8，用于岩芯套管转移进入测温壳体1以及取出设备的开口。

第一滑动导轨5，第一滑动导轨5上设置有第一滑块3，第一滑块3用于悬挂测温器，本实施例采用的测温器是红外热成像仪4，并且红外热成像仪4可在第一滑动导轨5上通过测温驱动电机6驱动第一驱动链条连接在第一滑动导轨5上进行滑动，方便进行套管全篇幅扫描。当然，驱动红外热成像仪4在测温壳体1内水平往复运动的驱动方式不仅仅局限于本实施例中的这种。通过直线导轨驱动或其他现有水平往复驱动方式都可以。所述测温驱动电机6与红外热成像仪4与操作终端25连接。通过红外热成像仪4快速扫描形成数字化和整体化结果，减少由于人工反复识别时间带来的时间浪费，提高水合物识别的速度与精度，从而减少随着时间由于自身分解所造成的水合物样本浪费。

套管传递机构10，用于盛放并传递套管，并在温度数据采集完毕后将套管传递至切割单元中，传递通过传递皮带11并由传递驱动电机12提供动力，其底部由支架9与测温壳体1固定。当然，实现套管水平传递的方式不仅仅局限于上述水平传递，通过驱动滚筒的转动进一步驱动设置在其上的套管水平运动的方式以及其他现有方式都可以。所述套管传递机构10与操作终端25连接。

所述切割单元包括：

切割壳体14，集装切割单元内部切割零件。

切割透明罩15，与切割壳体14铰接，可掀开，方便观察内部样本切割情况，并在切割完成后收集样本。

切割进管口13和切割出管口21，用于岩芯套管转移进入切割壳体14以及取出设备的开口。

第二滑动导轨16，用于悬挂可移动套管卡钳18和切割电锯17，且可移动套管卡钳18和切割电锯17，可在第二滑动导轨16上进行滑动。其中，可移动套管卡钳18是用于切割前固定套管位置，切割电锯17是用于切割套管及内部岩石。具体的，所述可移动套管卡钳18包括第二滑动导轨16、第二滑块、套管卡钳移动驱动电机19和第二驱动链条，所述第二滑块固定在第二驱动链条上，所述套管卡钳移动驱动电机19的输出端与第二驱动链条连接，所述第二滑块设置在第二滑动导轨16上。所述可移动套管卡钳18可上下升降运动。为了便于套管的稳固抓取移动，本实施例中，所述可移动卡钳设置为4个。所述切割电锯17固定在第二滑动导轨16上，所述切割电锯17可上下升降运动。所述套管卡钳移动驱动电机19、可移动套管卡钳18和切割电锯17与操作终端25连接。

载物平台22，可升降。用于置放测温单元传递过来的套管，稳定套管位置，方便可移动套管卡钳18进一步固定套管。具体的，所述载物平台22的下端设置有液压伸缩杆24。通过液压伸缩杆24的升降控制载物平台22的上下升降运动。所述液压伸缩杆24与操作终端25连接。

清洗口20，在切割作业完成后会对切割单元内部进行清洗，之后对其内部进行烘干的通道。在切割壳体14的底部设置有清洗水和粉尘沫的排污口23。

如图2所示，使用该装置完成从岩芯套管中获取水合物层位样本的步骤包括：

A、测温预处理：将岩心套管顶部和底部封口，擦拭套管外部，去除套管外部吸附的杂物，将套管通过测温进管口7转移至测温单元当中，关闭测温透明罩2。

B、测量并记录温度：启动测温器，并沿第一滑动导轨5匀速移动，扫描套管的温度并在操作终端记录数据并形成温度分布图件。

C、标记切割位置：在操作终端分析测得温度数据，对温度低于周围岩石3摄氏度以上的层位进行标注，在操作终端输入切割目标位置。

D、转移套管：调整载物平台22高度，使其与套管传递机构10高度一致，启动传递驱动电机12，将套管从测温出管口8移出测温单元，并通过切割进管口13移入至切割单元中，盛放于载物平台22上，关闭切割透明罩15。

E、切割预处理：根据操作终端中记录的切割目标位置，调整可移动套管卡钳18在第二滑动导轨16的位置，下降并固定套管，下降载物平台22使其与套管脱离。

F、切割目标：根据操作终端中记录的切割目标位置利用切割电锯17对套管进行切割，目标层位会落至载物平台22。

G、回收目标：打开切割透明罩15，在载物平台22上回收切割完成的套管目标层位，封住其顶、底口，之后进行保存。

H、其余套管处理：升起载物平台22，松开可移动套管卡钳18，其余套管会落至载物平台22，对其进行收集并处理。

I、清洗设备：使用高压水枪清洗切割单元内部设备，之后关闭切割透明罩15，通过清洗口20对切割单元内部进行清洗和烘干。

在实际的操作过程中，现有的操作方式从套管中获取样本需要大概30min左右，需要两个三人小组进行配合。而且，现场作业有大量的粉尘污染。晚上施工，室外的照明不足会导致水合物样本识别的漏判与误判。通过现有装置及方法10min之内就可以处理完一个套管，只需要两个人同时作业即可。操作效率高。而且，避免了切割时泥土和套管粉末飞扬与人体的接触。还不依赖现场工作环境，白天晚上均可实施操作。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：包括测温单元和与测温单元水平设置的切割单元；所述测温单元包括测温壳体(1)、测温透明罩(2)、移动测温机构、测温进管口(7)、测温出管口(8)和套管传递机构；所述测温透明罩(2)铰接在测温壳体(1)上，所述移动测温机构设置在测温壳体(1)内部上端，所述测温进管口(7)设置在测温壳体(1)的侧壁上，所述测温出管口(8)设置在与测温进管口(7)相对的测温壳体(1)的侧壁上，所述测温进管口(7)和测温出管口(8)通过套管传递机构连接；所述切割单元包括切割壳体(14)、切割透明罩(15)、移动套管夹持切割机构、切割进管口(13)、切割出管口(21)和载物平台(22)；所述切割透明罩(15)铰接在切割壳体(14)上，所述移动套管夹持切割机构设置在切割壳体(14)内部上端，所述切割进管口(13)和切割出管口(21)设置在切割壳体(14)的侧壁上且于测温进管口(7)和测温出管口(8)保持水平，所述载物平台(22)设置在切割壳体(14)的内部底端；所述移动测温机构、套管传递机构、移动套管夹持切割机构和载物平台(22)与操作终端(25)连接。

2.根据权利要求1所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述移动测温机构包括测温器和测温器驱动机构，所述测温器驱动机构驱动测温器在测温壳体(1)内水平往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述测温器驱动机构包括第一滑动导轨(5)、第一滑块(3)、测温驱动电机(6)、第一驱动链条，所述第一滑块(3)固定在第一驱动链条上，所述测温驱动电机(6)的输出端与第一驱动链条连接，所述第一滑块(3)设置在第一滑动导轨(5)上。

4.根据权利要求2或3所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述测温器设置为红外热成像仪(4)。

5.根据权利要求1所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述套管传递机构包括支架(9)、传递皮带(11)和传递驱动电机(12)，所述支架(9)固定在测温壳体(1)的底部，所述传递皮带(11)设置在支架(9)上，所述传递驱动电机(12)驱动传递皮带(11)在支架(9)上水平运动。

6.根据权利要求1所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述移动套管夹持切割机构包括可移动套管卡钳(18)和切割电锯(17)，所述可移动套管卡钳(18)夹持套管在切割单元内水平运动，所述切割电锯(17)进行位置确定后套管的切割。

7.根据权利要求6所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述可移动套管卡钳(18)包括第二滑动导轨(16)、第二滑块、套管卡钳移动驱动电机(19)和第二驱动链条，所述第二滑块固定在第二驱动链条上，所述套管卡钳移动驱动电机(19)的输出端与第二驱动链条连接，所述第二滑块设置在第二滑动导轨(16)上；所述可移动套管卡钳(18)可上下升降运动，所述切割电锯(17)固定在第二滑动导轨(16)上，所述切割电锯(17)可上下升降运动。

8.根据权利要求1所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：所述载物平台(22)设置为升降载物平台。

9.根据权利要求1所述的一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的装置，其特征在于：还包括辅助清洗机构，所述辅助清洗机构包括清洗口(20)和排污口(23)，所述清洗口(20)设置在切割壳体(14)侧壁的上部，所述排污口(23)设置在切割壳体(14)的底部。

10.一种现场识别并切取套管中天然气水合物层段的方法，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的装置，具体包括如下步骤：

A、测温预处理：将岩心套管顶部和底部封口，擦拭套管外部，去除套管外部吸附的杂物，将套管通过测温进管口(7)转移至测温单元当中，关闭测温透明罩(2)；

B、测量并记录温度：启动测温器，并沿第一滑动导轨(5)匀速移动，扫描套管的温度并在操作终端(25)记录数据并形成温度分布图件；

C、标记切割位置：在操作终端(25)分析测得温度数据，对温度低于周围岩石3℃以上的层位进行标注，在操作终端(25)输入切割目标位置；

D、转移套管：调整载物平台(22)高度，使其与套管传递机构(10)高度一致，启动传递驱动电机(12)，将套管从测温出管口(8)移出测温单元，并通过切割进管口(13)移入至切割单元中，盛放于载物平台(22)上，关闭切割透明罩(15)；

E、切割预处理：根据操作终端(25)中记录的切割目标位置，调整可移动套管卡钳(18)在第二滑动导轨(16)的位置，下降并固定套管，下降载物平台(22)使其与套管脱离；

F、切割目标：根据操作终端(25)中记录的切割目标位置利用切割电锯(17)对套管进行切割，目标层位会落至载物平台(22)；

G、回收目标：打开切割透明罩(15)，在载物平台(22)上回收切割完成的套管目标层位，封住套管的顶、底口，之后进行保存；

H、其余套管处理：升起载物平台(22)，松开可移动套管卡钳(18)，其余套管会落至载物平台(22)，对其进行收集并处理；

I、清洗设备：使用高压水枪清洗切割单元内部设备，之后关闭切割透明罩(15)，通过清洗口(20)对切割单元内部进行清洗和烘干。

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