CN113565459A - 一种天然气水合物岩心转移及保存的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，涉及天然气水合物勘探及实验设备领域技术领域，包括：保存部，保存部包括第一筒体、丝杠传动机构、球阀和底座，第一筒体具有第一容纳腔，第一容纳腔内插设有封存管，丝杠传动机构伸入封存管内，球阀将第一筒体和底座固定连接；转移部，转移部包括第二筒体和驱动机构，第二筒体具有第二容纳腔，第二筒体的一端与底座连接，驱动机构的自由端伸入第二容纳腔内；压力调节部，压力调节部用于调节第一容纳腔、封存管和岩心的围压。本发明通过能够将天然水合物岩心在带压保温条件下转移，防止在转移过程中因压力、温度等物理量变化时导致水合物分解烃类气体泄漏等问题。

Description

一种天然气水合物岩心转移及保存的装置

技术领域

本发明涉及天然气水合物勘探及实验设备领域技术领域，更具体的说是涉及一种天然气水合物岩心转移及保存的装置。

背景技术

天然气水合物储量丰富，广泛分布于海底及陆上永久冻土中，据估计全球天然气水合物中甲烷的含量相当于当前已探明化石能源总含碳量的两倍。同时天然气水合物燃烧产生的二氧化碳和其他有害气体更少，是一种新型的清洁能源。已被各国视为常规能源的有效替代能源，其成功开采对缓解日益紧张的传统化石燃料危机具有重大意义。

勘探开发技术水平及开采过程中带来的安全隐患是水合物勘探开发进程中面临的重要技术问题，天然气水合物沉积层基础物理性质和力学特性则是关键基础问题。现阶段，矿场测试数据仅可通过测井方式获取，取心获得的天然气水合物天然岩心无法保存，更无法直接进行性质测试及力学参数测试。室内试验更多利用人工岩心开展，且对实验要求比较高，无法获得天然气水合物原位状态岩心的渗透率、孔隙度、剪切强度、蠕变强度等各项数据。天然气水合物对温度压力条件的变化很敏感，温度或压力的变化会导致烃类气体逸出，固体水合物趋于崩解。

因此，在钻探获取天然气水合物岩心后，为将岩心在保温带压情况下转移，需配备一套天然气水合物岩心试样带压转移及保存的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，目的在于解决上述背景技术中的技术问题之一，实现在钻探获取天然气水合物岩心后，将岩心在保温带压情况下转移并保存。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，包括：

保存部，所述保存部包括第一筒体、丝杠传动机构、球阀和底座，所述第一筒体具有第一容纳腔，所述第一容纳腔内插设有两端开口的封存管，所述封存管将所述第一容纳腔密封，所述丝杠传动机构的一端与所述第一筒体固定连接，所述丝杠传动机构的另一端伸入所述封存管内，所述底座具有与所述封存管内径相等的通道，所述球阀将所述第一筒体和底座固定连接；

转移部，所述转移部包括第二筒体和驱动机构，所述第二筒体具有第二容纳腔，所述第二筒体的一端具有第一通孔，所述第二筒体的另一端具有第二通孔，所述第二筒体具有第一通孔的一端用于与所述底座连接，所述驱动机构的自由端由所述第二通孔伸入所述第二容纳腔内，用于将所述第二容纳腔内位于岩心存储器内的柱状岩心转移至所述封存管内；

压力调节部，所述压力调节部用于调节所述第一容纳腔、封存管和岩心的围压。

进一步地，所述岩心存储器包括第一透水石、第二透水石和缓冲胶套，当所述岩心处于所述转移部内时，所述缓冲胶套套设于所述岩心外，所述第一透水石和第二透水石分别设于所述岩心的上、下两端。

进一步地，该天然气水合物岩心转移及保存的装置还包括上压块和下压块，当所述岩心处于所述转移部内时，所述上压块设于所述第一透水石的上方且两者接触，所述上压块上具有渗流通道，所述下压块设于所述第二透水石的下方且两者接触，所述下压块上也具有渗流通道，所述下压块远离所述第二透水石的一端与所述驱动机构接触。

进一步地，所述第一透水石的直径小于等于所述岩心的直径，所述上压块的直径等于所述岩心的直径。

进一步地，所述第一通孔的内径小于所述第二容纳腔的内径，所述第一通孔的直径大于所述岩心的直径，且小于所述缓冲胶套的直径。

进一步地，所述压力调节部包括第一调节单元、第二调节单元和第三调节单元；

所述第一调节单元包括第一液槽和第一柱塞泵，所述第一液槽与所述第一柱塞泵连接，所述第一柱塞泵通过第一管路与所述封存管连通；

所述第二调节单元包括第二液槽和第二柱塞泵，所述第二液槽与所述第二柱塞泵连接，所述第二柱塞泵和所述第一容纳腔通过第二管路连通；

所述第三调节单元包括第三液槽和第三柱塞泵，所述第三液槽与所述第三柱塞泵连接，所述第三柱塞泵通过第三管路与所述第二通孔连通，所述第三柱塞泵通过第四管路与所述下压块上的渗流通道连通，所述第三柱塞泵通过第五管路与所述第二容纳腔连通。

进一步地，该天然气水合物岩心转移及保存的装置还包括用于密封所述第一容纳腔的第一密封圈，所述第一密封圈套设于所述第一容纳腔内的所述封存管外。

进一步地，该天然气水合物岩心转移及保存的装置还包括用于密封所述第二容纳腔的第二密封圈，所述第二密封圈设于所述第二通孔处。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种该天然气水合物岩心转移及保存的装置，能够将天然水合物岩心在带压保温条件下转移，防止在转移过程中因压力、温度等物理量变化时导致水合物分解烃类气体泄漏等问题；以及实现转移后天然气水合物岩心的温度及压力；液槽和柱塞泵的多路管路设置实现岩心孔隙中水、气的连通及密封，保证天然气水合物岩心原有储存状态的温度及压力条件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的天然气水合物岩心转移及保存的装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的转移部的结构示意图；

图3附图为本发明提供的保存部的结构示意图；

图4附图为本发明提供的图1中C的局部放大图。

其中:1为第一筒体；2为丝杠传动机构；3为球阀；4为底座；5为第一容纳腔；6为封存管；7为第一密封圈；8为第二筒体；9为驱动机构；10为第二容纳腔；11为第一通孔；12为第二通孔；13为第二密封圈；14为第一透水石；15为第二透水石；16为缓冲胶套；17为上压块；18为下压块；19为第一液槽；20为第一柱塞泵；21为第一管路；22为第二液槽；23为第二柱塞泵；24为第二管路；25为第三液槽；26为第三柱塞泵；27为第三管路；28为第四管路；29为第五管路；30为压力表；31为针阀；32为密封装置；33为岩心。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-4，本发明实施例公开了一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，包括：保存部、转移部和压力调节部。

其中，保存部包括第一筒体1、丝杠传动机构2、球阀3和底座4，第一筒体1具有第一容纳腔5，第一容纳腔5内插设有两端开口的封存管6，封存管6将第一容纳腔5密封，具体地，第一容纳腔5的内径大于封存管6的外直径，在封存管6的外壁上套设有第一密封圈7，第一密封圈7用于将第一容纳腔5密封成一个封闭的腔体，丝杠传动机构2与第一容纳腔5的顶端固定连接，丝杠传动机构2的自由端伸入封存管6内，底座4具有与封存管6内径相等的通道，球阀3将第一筒体1和底座4固定连接，球阀3能够控制封存管6与底座4具有的通道之间的通断，当球阀3为打开状态时，由于球阀3的内腔直径与封存管6的直径相等，此时，球阀3、底座4、封存管6形成供岩心33移动的通道；当球阀3为关闭状态时，球阀3将封存管6密封为一个密闭的腔体。

转移部包括第二筒体8和驱动机构9，第二筒体8具有第二容纳腔10，第二筒体8的一端具有第一通孔11，第二筒体8的另一端具有第二通孔12，第二筒体8具有第一通孔11的一端用于与底座4连接，驱动机构9的自由端由第二通孔12伸入第二容纳腔10内，用于将第二容纳腔10内位于岩心存储器内的柱状岩心33转移至封存管6内。其中，驱动机构9为电动千斤顶，电动千斤顶的自动端由第二通孔12伸入第二容纳腔10内，且第二通孔12处设有用于密封第二容纳腔10的第二密封圈13，使得第二容纳腔10形成一个密闭的腔体。

压力调节部用于调节第一容纳腔5、封存管6和岩心33的围压。

根据本发明的一些实施例，优选地，岩心存储器包括第一透水石14、第二透水石15和缓冲胶套16，当岩心33处于转移部内时，缓冲胶套16套设于岩心33外，第一透水石14和第二透水石15分别设于岩心33的上、下两端。

在上述实施例中，优选地，该天然气水合物岩心转移及保存的装置还包括上压块17和下压块18，当岩心33处于转移部内时，上压块17设于第一透水石14的上方且两者接触，上压块17上具有渗流通道，第一透水石14的直径等于岩心33的直径，上压块17的直径等于岩心33的直径，下压块18设于第二透水石15的下方且两者接触，下压块18上也具有渗流通道，下压块18远离第二透水石15的一端与驱动机构9接触。

在上述实施例中，第一通孔11的内径小于第二容纳腔10的内径，第一通孔11的直径大于岩心33的直径，且小于缓冲胶套16的直径。

在上述实施例中，压力调节部包括第一调节单元、第二调节单元和第三调节单元；

第一调节单元包括第一液槽19和第一柱塞泵20，第一液槽19与第一柱塞泵20连接，第一柱塞泵20通过第一管路21与封存管6连通；

第二调节单元包括第二液槽22和第二柱塞泵23，第二液槽22与第二柱塞泵23连接，第二柱塞泵23和第一容纳腔5通过第二管路24连通；

第三调节单元包括第三液槽25和第三柱塞泵26，第三液槽25与第三柱塞泵26连接，第三柱塞泵26通过第三管路27与第二通孔12连通，第三柱塞泵26通过第四管路28与下压块18上的渗流通道连通，第三柱塞泵26通过第五管路29与第二容纳腔10连通。

其中，第一管路21、第二管路24、第三管路27、第四管路28和第五管路29上均设有压力表30和针阀31，第一液槽19、第二液槽22和第三液槽25中盛装的为低温液体，压力表30和针阀31的设置能够为各管路所连通的腔体内提供一定的压力和温度。

以下通过使用方法对该天然气水合物岩心转移及保存的装置进行进一步解释说明:

首先将钻探获取的岩心33安装在缓冲胶套16内，将第一透水石14同时放入缓冲胶套16内，缓冲胶套16为围合成的柱状空间，缓冲胶套16位于第二透水石15上，第二透水石15位于下压块18上方，第二透水石15的直径与缓冲胶套16的外径相等，第一透水石14的直径与岩心33的直径相等，岩心33和第一透水石14均设置在缓冲胶套16内；

其次，关闭球阀3，打开第四管路28和第五管路29上的针阀31，利用第三柱塞泵26将第三液槽25中的低温液体通过第四管路28注入下压块18中的渗流通道内，并通过下压块18上的渗流通道透过第二透水石15进入岩心33，同时第三液槽25中的低温液体通过第五管路29注入第二容纳腔10内，通过保持第四管路28和第五管路29上的压力以维持缓冲胶套16内的压力和温度，此时，第四管路28和第五管路29上的压力表30的压力值相等，并大于当前温度条件下天然气水合物-温度相图中的稳定压力值P1时，岩心33在缓冲胶套16内保持稳定；关闭第四管路28上的针阀31，打开第三管路27上的针阀31，通过控制第三管路27上的针阀31，使第三管路27上的压力表30和第五管路29上压力表30的压力值相等并大于P1时，利用电动千斤顶提供动力，实现缓冲胶套16内岩心33的转移，在转移过程中，需要保持缓冲胶套16的围压大于岩心33的孔隙压力；

次之，安装第一筒体1与第二筒体8，具体地，通过螺栓将底座4安装在第二筒体8设于远离电动千斤顶的一端，使得第二通孔12和封存管6连通，且两者处于同一轴线上；

再之，打开第四管路28上的针阀31，利用第三柱塞泵26将第三液槽25内的低温液体注入缓冲胶套16内，保持岩心33的围压和孔隙压力，待围压稳定后，打开第一管路21上的针阀31，调节第一管路21上的针阀31和第三管路27上的针阀31，使得第一管路21上的压力表30的压力值与第三管路27上的压力值相等且保持稳定，然后打开球阀3，当电动千斤顶向上缓慢移动，当缓冲胶套16运动至第一通孔11处时，由于第一通孔11的直径小于缓冲胶套16的直径，且大于岩心33和上压块17的直径，随着电动千斤顶的上升，岩心33外围的缓冲胶套16被脱除，此时，上压块17的上端与丝杠传动机构2伸入封存管6的自由端接触，控制丝杠传动机构2的自由端继续向上移动，在第四管路28所提供的水压及丝杠传动机构2的共同作用下，岩心33由第二容纳腔10内的缓冲胶套16缓慢地进入封存管6内，当岩心33完全转移至封存管6内，通过第一管路21上的针阀31和第四管路28上的针阀31控制岩心33孔隙压力及围压；

最后，打开第二管路24上的针阀31，使第二管路24上压力表30的压力值大于天然气水合物压力-温度相图中当前温度的稳定压力值P1，关闭球阀3，同时切断第一管路21和封存管6的连接，断开底座4与第二筒体8的连接，利用密封装置32与底座4连接，通过第二柱塞泵23和第二液槽22对第一容纳腔5提供适当的温度及围压，进而将岩心33保温保压地保存在保存部内的封存管6内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，包括：

保存部，所述保存部包括第一筒体、丝杠传动机构、球阀和底座，所述第一筒体具有第一容纳腔，所述第一容纳腔内插设有两端开口的封存管，所述封存管将所述第一容纳腔密封，所述丝杠传动机构的一端与所述第一筒体固定连接，所述丝杠传动机构的另一端伸入所述封存管内，所述底座具有与所述封存管内径相等的通道，所述球阀将所述第一筒体和底座固定连接；

转移部，所述转移部包括第二筒体和驱动机构，所述第二筒体具有第二容纳腔，所述第二筒体的一端具有第一通孔，所述第二筒体的另一端具有第二通孔，所述第二筒体具有第一通孔的一端用于与所述底座连接，所述驱动机构的自由端由所述第二通孔伸入所述第二容纳腔内，用于将所述第二容纳腔内位于岩心存储器内的柱状岩心转移至所述封存管内；

压力调节部，所述压力调节部用于调节所述第一容纳腔、封存管和岩心的围压。

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，所述岩心存储器包括第一透水石、第二透水石和缓冲胶套，当所述岩心处于所述转移部内时，所述缓冲胶套套设于所述岩心外，所述第一透水石和第二透水石分别设于所述岩心的上、下两端。

3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，还包括上压块和下压块，当所述岩心处于所述转移部内时，所述上压块设于所述第一透水石的上方且两者接触，所述上压块上具有渗流通道，所述下压块设于所述第二透水石的下方且两者接触，所述下压块上也具有渗流通道，所述下压块远离所述第二透水石的一端与所述驱动机构接触。

4.根据权利要求3所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，所述第一透水石的直径小于等于所述岩心的直径，所述上压块的直径等于所述岩心的直径。

5.根据权利要求4所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，所述第一通孔的内径小于所述第二容纳腔的内径，所述第一通孔的直径大于所述岩心的直径，且小于所述缓冲胶套的直径。

6.根据权利要求5所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，所述压力调节部包括第一调节单元、第二调节单元和第三调节单元；

所述第一调节单元包括第一液槽和第一柱塞泵，所述第一液槽与所述第一柱塞泵连接，所述第一柱塞泵通过第一管路与所述封存管连通；

所述第二调节单元包括第二液槽和第二柱塞泵，所述第二液槽与所述第二柱塞泵连接，所述第二柱塞泵和所述第一容纳腔通过第二管路连通；

所述第三调节单元包括第三液槽和第三柱塞泵，所述第三液槽与所述第三柱塞泵连接，所述第三柱塞泵通过第三管路与所述第二通孔连通，所述第三柱塞泵通过第四管路与所述下压块上的渗流通道连通，所述第三柱塞泵通过第五管路与所述第二容纳腔连通。

7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，还包括用于密封所述第一容纳腔的第一密封圈，所述第一密封圈套设于所述第一容纳腔内的所述封存管外。

8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物岩心转移及保存的装置，其特征在于，还包括用于密封所述第二容纳腔的第二密封圈，所述第二密封圈设于所述第二通孔处。

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