海洋天然气水合物探测及取样钻具研制

李 小 洋 ，王 汉 宝 ，张 永 勤 ，梁 健 ，刘 秀 关 ，尹 浩
（１．中 国地 质 科 学 院勘 探 技 术 研 究 所 ，河北 廊 坊 ０６５０００；２．上 海 金 泰 工程 机 械 有 限 公 司 ，上 海 ２０１ 合 物 资 源 调 查 评 价 过 程 中 ，通 常 先 采 用 地 球 物 理 方 法 来 探 测 海 底 拟 反 射 层 （ＢＳＲ），然 后 根 据 ＢＳＲ 的位 置来 判 断 水 合 物 的 分 布 范 围 和 埋 藏 深 度 。但 在 钻 井 取样 过 程 中发 现 ＢＳＲ 并 不 能 完 全 准 确 地 反 映 水 合 物 的埋 藏 深 度 ，为此 项 目组 研 发 了 一 种 绳 索 打 捞 式 的组 合 钻 具 ，在 钻 井 过 程 中 不 仅 能 够 使 用 随 钻 测 量 钻 具 探 测 地 层 电 阻 率 来 确 定 地 层 是 否 有 水 合 物 ，而 且 还 能 通 过 绳 索 打 捞 方 式 更 换 取 样 钻 具 ，完 成 水 合 物 地 层 的 取 样 。通 过 设 计 、 试 制 和 室 内 测 试 ，验 证 了水 合 物 探 测 及 取 样 钻 具 方 案 是 可 行 的 ，为 后 续 的 野 外 试 验 奠 定 了基 础 。 关键 词 ：海 洋 天然 气水 合 物 ；随 钻 测 量 ；保 温 保 压 ；绳 索取 心 ；电阻 率 中 图 分 类 号 ：Ｐ６３４；ＴＥ２４４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２ ７４２８（２０１８）１０—００４７—０５ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍ ａｒｉｎｅ Ｇａｓ—Ｈｙｄｒａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅｒ／ＬＩ Ｘｉａｏ—ｙａｎｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｈ ａｎ—ｂａｏ ，ＺＨＡ ＮＧ Ｙｏｎｇ ｑｉｎ ，ＬＩＡＮＧ Ｊｉａｎ ，ＬＪＵ Ｘｉｕ ｒｎｅｉ ，¨ Ｎ Ｈ ａｏ （１．Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＣＡＧＳ，Ｌａｎｇ— ｆａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉｎ—ｔａｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０５，Ｃｈｉｎａ）
０ 引 言
天 然气 水 合 物 是 一 种 高效 清 洁 能源 ，其 燃 烧 产 生 的热 量 比同等 条 件 下 煤 、石 油 、天 然 气 产 生 的 多 ， 但是 污染 却 比这 些常 规燃 料要 小得 多 。而且 天然 气 水合 物 资源 丰富 ，据估 算 ，世 界 天然气 水合 物 总量 相 当 于全球 已探 明煤 、石 油 、天然 气等 常规 能源 总量 的 ２倍 “ ］。 目前 已探 明 的天然 气 水合 物 总量 的 ９Ｏ 分布 在水 深 ３００～ ４０００ ｍ 的大 陆架 、大 洋 中脊 、海 沟和 海岭 等 海 底 沉 积 物 中Ｅｓ－６］。我 国海 域 辽 阔 ，初 步探 明海 底 天然气 水 合物 资源 储量 也十 分可 观 。在 天然 气水 合 物资 源调 查 评 价 中 ，往 往 先 通 过 地 球 物 理方 法 探 测 海 底 拟 反 射 层 （ｂｏｔｔｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｒｅ— ｆｌｅｃｔｏｒ，缩 写为 ＢＳＲ），然后 根 据 ＢＳＲ确 定 水 合 物 的 分 布 区域 和埋 藏深 度 ，通 过 钻 探 取 样 来 确定 水 合 物
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍ ｅ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ （ＢＳＲ） ｉｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｍ ａｒｉｎｅ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｉｓ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＢＳＲ．Ｂｕｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓａｍ ｐｌｅｓ ｄｅｍ ｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ＢＳＲ ｃａｎ ｎｏｔ ｅｎｔｉｒｅｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ．Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｏｍ ｂｉｎｅｄ ｗ ｉｒｅｌｉｎｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ， ｗ ｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｕｓｅ ｌｏｇｇｉｎｇ ｗ ｈｉｌｅ— ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍ ｉｎｅ ｗ ｈｅｔｈｅｒ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｅｘｉｓｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｏ ｗｉｒｅ—ｌｉｎｅ ｃｏｒｅ ｓａｍ ｐｌｅｒｓ ｔｏ ｔａｋｅ ｃｏｒｅｓ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗ ｉｒｅ—ｌｉｎｅ ｆｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔ ｈｒｏｕｇｈ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｒｉａｌ ｍ ａｎｕ— ｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓａｍ ｐｌｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ，ｗ ｈｉｃｈ ｌａｙｓ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍ ａｒｉｎｅ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ；ｌｏｇｇｉｎｇ—ｗ ｈｉｌｅ—ｄｒｉｌｌｉｎｇ； ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；ｗ ｉｒｅ—ｌｉｎｅ ｃｏｒｅ； ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓ ｔｉｖｉｔｙ
第 ４５卷第 １Ｏ期 ２０１８年 １Ｏ月
探 矿 工 程 （岩 土 钻 掘 工 程 ） Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ （Ｒｏｃｋ ＆ Ｓｏｉｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）
Ｖ ｏ１．４５ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２Ｏ１８：４７— ５１
海洋天然气水合物探测及取样钻具研制