АГРЕГАТ ДЛЯ ОПРОБОВАНИЯ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ Российский патент 1995 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при разведке газогидратных залежей.

Известен донный пробоотборник, включающий буровую колонну для отбора керна, буровую коронку с породоразрушающими элементами.

Однако отбор проб из газогидратных залежей этим пробоотборником не представляется возможным, так как в процессе подъема керна происходит разложение газогидратов с выходом свободного газа в акваторию, вследствие чего достоверность опробования не может быть обеспечена.

Прототипом к предлагаемому является пробоотборник, включающий буровую колонну, керноприемную камеру с центральной керноприемной полостью и режущим элементом на торце, полость с хладагентом и клапаном.

К недостаткам следует отнести незначительный интервал промораживания пробы.

Цель изобретения - повышение достоверности опробования.

Указанная цель достигается тем, что при извлечении керна газогидратного образования происходит его полное замораживание, в результате чего увеличивается продолжительность сохранности керна в естественном состоянии без изменений его при повышении температуры окружающей среды и падении давления.

Агрегат отличается от прототипа тем, что он выполнен в виде низкотемпературной камеры с центральной керноприемной полостью в виде усеченного конуса и внутренней кольцевой полостью, заполняемой хладагентом через клапан. Кольцевая полость пневматически сообщена с внутренней полостью буровой колонны. Таким образом, агрегат соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих заявляемое устройство от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии агрегата критерию "Существенные отличия".

На чертеже показан продольный разрез агрегата в рабочем положении.

Агрегат для опробования газогидратных залежей состоит из буровой колонны 1, каналов 2, буровой коронки 3, породоразрушающих элементов 4, керноприемной камеры 5, каналов 6, кольцевой камеры 7, клапана 8, центральной керноприемной полости 9, внутренней кольцевой полости 10, хладагента 11, теплоизоляционного материала 12.

Нижняя торцовая часть низкотемпературной камеры 5 жестко соединена с буровой коронкой 3, снабженной породоразрушающими элементами 4, установленными на различных уровнях для предупреждения нагрева корпуса камеры в процессе бурения. Торец буровой колонны 1 жестко соединен с керноприемной камерой 5. Внутренняя полость буровой колонны 1 пневматически связана через каналы 2 с кольцевой камерой 7 и каналами 6, а также с внутренней кольцевой полостью 10.

Керноприемная камера 5 снабжена центральной керноприемной полостью 9, выполненной в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного к буровой колонне 1, а также внутренней кольцевой полостью 10, заполненной хладагентом 11 в рабочем положении агрегата. Кроме того, в корпусе камеры 5 установлен нормально закрытый клапан 8 для нагнетания хладагента 11 во внутреннюю кольцевую полость 10 перед началом работ. В качестве хладагента может быть использован жидкий азот при -190^оС.

Для предупреждения теплопередачи низких температур через корпус камеры 5 стенками скважины 13, что связано с прихватом корпуса, наружная стенка и основание корпуса выполнены полыми и снабжены теплоизоляционным материалом 12, в качестве которого могут быть использованы вспененные пластические массы. Во избежание хрупкого разрушения корпуса камеры 5 при температурах до -190^оС, он выполнен из хладостойкой стали, например, марки Х18Н10Т.

Работа агрегата рассматривается на примере отбора пробы из газогидратной залежи 14, сложенной песчано-глинистыми породами с перемежаемыми слоями газогидратов 15 и расположенной под акваторией 16 моря. Для подобных структур достоверность опробования должна быть определена с наименьшей погрешностью, так как незначительное повышение температуры при подъеме агрегата приводит к разложению газогидратов на свободный газ и воду, что не позволит произвести качественный и количественный анализ пробы.

На плавсредстве (не показано) через клапан 8 производят заполнение внутренней кольцевой полости 10 жидким хладагентом 11. Затем осуществляют спуск агрегата до касания породоразрушающих элементов 4 коронки 3 с поверхностью газогидратной залежи 14, после чего колонне 1 сообщают вращательное движение. Коронкой 3 производят выбуривание керна 17, который поступает в центральную керноприемную полость 9 камеры 5. При открытых каналах 2 и высоком перепаде температур хладагента 11 (-190^оС) и окружающей среды (5^оС) он закипает. Образовавшийся газ через каналы 6, кольцевую камеру 7 и каналы 2 поступает во внутреннюю полость буровой колонны 1 и выходит на дневную поверхность. Низкая температура хладагента 11 через корпус камеры 5 передается породам, слагающим керн 17, и замораживает их. Кроме того, происходит замораживание воды, поступающей из акватории 16 и заполняющей пространство 18, образованное внешней поверхностью цилиндрического столбика керна 17 и поверхностью керноприемной полости 9. Вращение буровой колонны 1 прекращают после полного заполнения полости 9 керном 17 по ее длине. Затем при неподвижной буровой колонне 1, а следовательно, и камере 5 выдерживают определенный интервал времени для полного промораживания керна 17. Затем производят отрыв агрегата и его подъем на поверхность. Выполнение центральной керноприемной полости 9 в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием в сторону буровой колонны 1, предупреждает вывал керна 17 во время подъема на поверхность. На плавсредстве производят извлечение керна 17 из полости 9 с последующим анализом физико-механических свойств вмещающих пород, газогидратов, качественного и количественного состава газа.

Использование изобретения в промышленности позволяет производить разведку газогидратных залежей с высокой достоверностью при незначительных материальных затратах.

Целесообразно патентование изобретения в США, Канаде и Японии, на шельфе и континентальном склоне которых обнаружены газогидратные залежи.

Сущность изобретения: агрегат включает керноприемную камеру, керноприемная полость которой выполнена в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного к торцу буровой колонны. В стенке корпуса камеры выполнена кольцевая полость хладагента, сообщенная с полостью буровой колонны. Дополнительно наружная стенка и основание корпуса камеры выполнены полыми и снабжены теплоизоляционным материалом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. АГРЕГАТ ДЛЯ ОПРОБОВАНИЯ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ, включающий буровую колонну, керноприемную камеру с центральной керноприемной полостью и режущий элемент на торце, полость с хладагентом и клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности опробования, центральная керноприемная полость выполнена в виде усеченного конуса, большим основанием обращенного к торцу буровой колонны, а полость хладагента выполнена в виде кольца в стенке корпуса керноприемной камеры и сообщена с полостью буровой колонны. 2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что наружная стенка и основание корпуса камеры выполнены полыми и снабжены теплоизоляционным материалом.