天然气水合物俗称可燃冰,主要成份是甲烷,遇热迅速分解,可燃,具有巨大的能源潜力和环境效应,研究与开发天然气水合物这种新能源不仅是国家建设的急需,也是前瞻性、战略性的研究方向。天然气水合物勘探和开发研究的关键之一是取心技术,利用深水取心工程获取岩心是深海天然气水合物勘探开发取得突破的关键,同时也是计算储量、制定开发方案的重要依据。　　 本文对天然气水合物的现状,以及我国天然气水合物蕴藏最丰富的南海地区的地质概况、海底沉积层性质等方面进行了调研,弄清了南海海底沉积层主要成份为粘土,夹杂少量的细砂、粉砂,表层沉积物为淤泥质粘土。针对国内外水合物钻探取心技术的研究情况进行了综述,分析了影响水合物钻探取心的因素,针对沉积物和成岩地层及岩性特点进行了研究分析,初步摸清了影响水合物取心的主要原因,确定了研究适合天然气水合物保温保压深孔取心系统的主攻方向。　　 针对水合物、保温筒及筒外环境构成的复杂系统的换热,建立合理的传热模型,对传热过程进行数值模拟和温度场分析,得出保温层和结构对系统温度的影响规律。以此为依据设计了保温筒的保温结构,即通过双层筒壁中间夹真空层以及筒体外壁喷涂氧化锆的结构,并通过理论分析和实验验证优化了结构参数。提出了主动保温的技术思路,利用半导体制冷的原理设计了主动保温筒,在井下可实现冷冻,使岩样处于低温环境,并通过室内实验证明,通电后,保温时间控制可有供电时间控制。设计的保温保压筒主要由保温保压管、球阀、取心管上端头等组成。根据筒的结构,分为上部密封、中部密封和下部密封,这样从总体上实现该系统的保温保压功能。割心后采用预紧球阀自动密封保压设计克服了传统保压取心工具的旋板阀受力不均,容易造成应力集中的缺点,同时利用齿轮齿条传动行程控制球阀的关闭和开启,安全平稳。优选了温度和压力传感器,研发了温度压力采集系统,实现了温度压力在井底的实时测量技术。　　 把传统绳索取心思路引入天然气水合物取心系统设计中,设计了适合深海环境深孔取心的绳索保温保压取心系统。主要包括控制机构、锁紧机构、保温保压筒组合及取心机构四部分组成,利用创新设计的转换机构实现深海水合物取心作业,能够实现岩心管的快速提取,从而更大程度上满足保温保压的需要,通过转换机构和取心钻头、钻头塞,可以实现在全面钻进和取心钻进之间随时转换;利用PRO/E软件对取心系统锁紧机构运动进行了仿真研究,确定了锁紧机构的相对运动位置及相对速度,并解决了锁紧机构及取心系统的全局干涉问题,得到取心系统锁紧机构的初级参数尺寸;运用数值分析方法,从整个系统出发分析在各种受载状况下锁紧机构的应力、应变及位移变化,得出了锁紧机构工作状态的变化规律。　　 经过海试和陆试证明,研制的深海天然气水合物取心系统结构设计合理,原理可行,保压和取心效果良好。