[實用新型]海底冷凍保壓式重力活塞取樣器

有效

• 申請號: 201720288350.1
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN206627305U
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 孫友宏;馬曉龍;賈瑞;王元;蘇凱;張國彪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N1/42
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本實用新型涉及一種海底取樣器及取樣方法，尤其涉及一種海底沉積物和海底天然氣水合物取樣用的冷凍保壓式重力活塞取樣器。

背景技術

天然氣水合物是一種儲量豐富、能量密度高、無污染的綠色能源。據估算，世界上天然氣水合物總資源量相當于全球已知煤、石油和天然氣的兩倍，可滿足人類千年的能源需求。天然氣水合物主要分布在大陸架和島嶼邊緣的海洋沉積層，其存在環境具有壓力高、溫度低的特點。

如何勘探海底的天然氣水合物已成為當前的研究熱點。對海底天然氣水合物進行勘探的方法有很多種，例如地球物理方法、流體地球化學方法、海底視像方法、海底微地貌勘測、海底鉆探取心方法。其中最直接的方法是海底鉆探取心方法，該方法能夠直觀、真實、有效的反映水合物的賦存狀態。重力活塞取樣器是海底鉆探取心最常用的取心方法之一，該方法具有操作簡單、取樣時間短、設備輕便、花費少等一系列優點。天然氣水合物會隨著溫度的升高或者壓力的降低出現分解，改變了天然氣水合物原有的狀態和性質。因此在天然氣水合物的取樣過程中應該保持低溫、高壓的狀態，但常規的重力活塞取樣器很難滿足天然氣水合物勘探以及后續相關研究的要求。

實用新型內容

本實用新型就是針對現有技術的不足，提供一種通過外部冷源降低天然氣水合物巖心溫度，通過保壓機構維持巖心壓力，從而實現抑制水合物分解的海底冷凍保壓式重力活塞取樣器。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現：

海底冷凍保壓式重力活塞取樣器，包括重錘、重錘纜繩、固定板、緩沖夾具、平衡桿、取樣管、爪簧和管靴，重錘纜繩的上下兩端分別連接重錘和平衡桿，固定板與平衡桿通過鉸鏈連接，固定板與緩沖夾具通過剛性連接桿相連，緩沖夾具外殼的上端與主纜繩相連，平衡桿可繞著鉸鏈做旋轉運動，取樣管上端有掛環掛在平衡桿前端的掛鉤上，其特征在于：

取樣管由外管、內管、活塞、活塞桿、配重接頭組成，其中管靴和配重接頭通過螺紋與內管和外管相連，外管和內管之間的空腔構成冷凍腔，配重接頭可增加取樣器重量以提高貫入深度；活塞安裝在內管中并可沿著取樣器內管進行上下移動，活塞桿與活塞通過螺紋連接，活塞桿上端與釋放繩相連，重錘未釋放時取樣管上端的掛環掛在掛鉤上；

配重接頭上端安裝有儲冷機構，儲冷機構由儲冷腔外殼、儲冷腔內殼(、儲冷腔、儲冷腔活塞、儲冷腔活塞桿、儲冷腔活塞控制桿、活塞限位彈簧、活塞限位桿、活塞控制桿支架組成，儲冷腔外殼和儲冷腔內殼通過螺紋與配重接頭連接，活塞控制桿支架焊接在儲冷腔內殼上，活塞限位彈簧安裝在活塞控制桿支架上，儲冷腔活塞控制桿與活塞控制桿支架鉸接，并可繞活塞控制桿支架旋轉30°～45°，使儲冷腔活塞控制桿插入或脫離儲冷腔活塞桿凹槽，配重接頭垂直方向上有冷源注入通道，冷源注入通道的下端口有單向閥，在儲冷腔內注入冷源，冷源上方為空氣，在海水壓力與儲冷腔冷源上方空氣壓力差的作用下，儲冷腔活塞向下運動，推動冷源進入冷凍腔；

取樣管內設置有保壓機構，保壓機構由撞擊塊、定位鋼球、定位彈簧、推動桿、推力彈簧、搖桿、連桿、保壓球閥組成，在配重接頭上加工有推力彈簧圓孔、定位彈簧圓孔，預緊螺栓通過螺紋與定位彈簧圓孔連接，將定位彈簧、定位鋼球安裝在定位彈簧圓孔中，兩個定位鋼球間的距離小于推力彈簧的直徑，推力彈簧安裝在推力彈簧圓孔中，推動桿安裝在配重接的徑向孔中，并可做徑向移動；推動桿和配重接頭之間用O型密封圈進行密封，防止海水進入到冷凍腔，推動桿一側加工有斜面，在取樣器工作過程中與撞擊塊相配合，撞擊塊通過螺紋與活塞桿相連，連桿安裝在冷凍腔中，可沿著冷凍腔進行上下移動，連桿上端與定位鋼球相接觸，下端與搖桿鉸接，搖桿與保壓球閥鉸接。

本實用新型通過重力活塞取樣器在海底將重力勢能轉化動能，實現對海底天然氣水合物的取樣；取樣結束后，通過海水將配置好的特定溫度的冷源從儲冷腔注入到冷凍腔，實現冷凍巖心；通過推力彈簧推動球閥旋轉，關閉閥門，實現保壓功能。在冷凍和保壓兩種作用下，減少水合物的分解。冷凍過程結束后，通過海洋鉆探船上的絞車將取樣器回收到船上。將取樣器拆卸后，將巖心樣品放到液氮儲存罐或者高壓容器保存。

本實用新型通過向冷凍腔注入冷源冷凍巖心，一方面降低了天然氣水合物的臨界分解壓力，另一方面增強了天然氣水合物的自保護效應，從而減少了天然氣的分解，降低了對天然氣水合物保壓機構的要求。

附圖說明

圖1為海底冷凍保壓式重力活塞取樣器結構圖。

圖2為附圖1中A-A截面俯視圖。

圖例