[發(fā)明專利]一種深海沉積物保壓取樣轉(zhuǎn)移裝置及其應(yīng)用方法

有效

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• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104215483B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳家旺;葛晗;羅高生;劉俊波;顧臨怡;吳新然
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于深海探測及研究裝備領(lǐng)域，具體涉及一種深海沉積物保壓取樣轉(zhuǎn)移裝置及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

深海沉積物采樣是深海環(huán)境與資源調(diào)查的基本手段之一，經(jīng)過幾十年的發(fā)展實(shí)踐，已形成了多種有效的沉積物采樣方式，但是采樣之后的保壓取樣轉(zhuǎn)移設(shè)備，一直發(fā)展緩慢。

目前，用于采樣的裝置主要包括以下幾類：多管采樣器，利用重力采集海底表層沉積物及其上覆水；深海拖曳式采樣器，用于采集懸浮顆粒物；電視抓斗式采樣器，用于采集沉積物和表層礦物。通過以上采樣裝置采集的海底沉積物樣品，由于壓力、溫度、光照等條件的變化，易造成氣相溶解成分散失、固態(tài)成分氣化、有機(jī)成分分解等問題，使實(shí)驗數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映沉積物的原始成分及狀態(tài)。

近年來，保真采樣越來越受到國際海洋屆的重視，尤其是沉積物中的天然氣水合物，俗稱“可燃冰”，是一種優(yōu)質(zhì)高效的燃料，可作為優(yōu)質(zhì)能源。天然氣水合物的形成需要在一定條件下形成，要求有合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等，在大洋中，天然氣水合物在沉積物中穩(wěn)定在0～1000m深度。由于天然氣水合物穩(wěn)定存在于一定的低溫高壓條件下這樣特殊的物理學(xué)性質(zhì)，當(dāng)開采巖心提升到常溫常壓的海面時，其中含有的天然氣水合物組分會全部或大部分分解，達(dá)不到原位勘探目的。

中國現(xiàn)有的深海沉積物采樣器可以在深海取到沉積物、水、氣和天然氣水合物等樣品并進(jìn)行保壓，為了更好的研究天然氣水合物的物理性質(zhì)，樣品在保持深海高壓的情況下由原位轉(zhuǎn)移到實(shí)驗室，需要全程保壓，但是國內(nèi)暫無二次保壓取樣轉(zhuǎn)移的設(shè)備，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的缺乏導(dǎo)致研究效果不理想。因此，研制一套與保壓取樣裝置對接的保壓取樣轉(zhuǎn)移裝置，將推動我國天然氣水合物保壓取樣轉(zhuǎn)移的研究發(fā)展。該研究成果不僅可以應(yīng)用于水合物項目，還可以有效地推廣到其他綜合性海洋調(diào)查項目，是現(xiàn)代海洋調(diào)查研究領(lǐng)域向更高、更精確探測的重要手段，具有十分廣闊的應(yīng)用和推廣前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種深海沉積物保壓取樣轉(zhuǎn)移裝置及其應(yīng)用方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種深海沉積物保壓取樣轉(zhuǎn)移裝置，包括卡緊單元、切割單元、保壓分裝單元、樣品抓取及推拉單元和壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元，所述卡緊單元、切割單元、保壓分裝單元、樣品抓取及推拉單元依次同軸排列，且相鄰之間通過球閥連接；

所述卡緊單元、切割單元、保壓分裝單元、樣品抓取及推拉單元分別通過對應(yīng)的分支管路連接到壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元；

所述切割單元包括蓋箱、壓力平衡裝置、齒輪桿、齒輪盤、外端蓋、連接管艙體、彈簧、螺栓、刀頭和內(nèi)端蓋；所述內(nèi)端蓋、外端蓋、連接管艙體與蓋箱同軸，且外端蓋與蓋箱之間為螺栓連接，連接管艙體與外端蓋之間為螺栓連接，內(nèi)端蓋嵌套于蓋箱內(nèi)；所述壓力平衡裝置包括平衡蓋、壓桿和平衡基座，且平衡蓋、平衡基座與壓桿同軸，平衡蓋和平衡基座均設(shè)有同軸螺紋孔；所述平衡基座安裝在蓋箱的螺紋孔中，且平衡基座與蓋箱之間為螺紋連接，平衡蓋與平衡基座之間為螺紋連接，所述壓桿依次貫穿通過平衡蓋螺紋孔和平衡基底螺紋孔連接到蓋箱內(nèi)部；嵌套于蓋箱內(nèi)部的內(nèi)端蓋呈上下兩端平行錐面的圓環(huán)體結(jié)構(gòu)，且內(nèi)端蓋的上下兩端錐面分別與壓桿底端、刀頭末端滑動接觸；所述齒輪盤與外端蓋之間同軸且為螺紋連接，齒輪桿一端位于蓋箱的開孔中，另一端位于外端蓋的開孔中，齒輪桿通過其中間的齒輪與齒輪盤相嚙合；所述齒輪盤上開設(shè)有若干個十字槽，刀頭底座軸向嵌于齒輪盤的十字槽中，螺栓貫穿通過齒輪盤的凸緣上的開孔與刀頭螺紋連接，且在螺栓與齒輪盤的凸緣之間設(shè)有彈簧，用于收縮刀頭；

所述切割單元與卡緊單元的結(jié)構(gòu)相同；

所述保壓分裝單元包括蓄能器、保壓艙體和兩個球閥，所述兩個球閥分別固定安裝在保壓艙體的兩端，所述蓄能器固定安裝在保壓艙體一端；

所述壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)單元包括壓力控制箱、傳輸線路、管路、若干個截止閥和若干個壓力傳感器，在壓力控制箱內(nèi)安裝有蓄能器，所述管路分為若干個分支管路，且各分支管路上分別設(shè)有截止閥和壓力傳感器，所述壓力傳感器通過傳輸線路連接到壓力控制箱；壓力傳感器用于收集各分支管路內(nèi)的壓力信號反饋，當(dāng)出現(xiàn)壓力偏差時，通過蓄能器及各分支管路上的截止閥來調(diào)節(jié)壓力；