[发明专利]天然气水合物孔底冷冻取样器及其取样方法

权利要求书

1.一种天然气水合物孔底冷冻取样器，包括打捞器、绳索取芯机构、制冷部分、低温控制部分和冷冻保温样品构成，其特征在于，制冷部分是由上接手(3)通过螺纹与制冷蓄能罐(5)连接，低温控制部分是由温度传感器(15)通过温度传感器信号线(13)、低温控制模块(8)、温控信号线(19)与温控电磁阀(20)连接，开关传感器(9)通过开关传感器信号线(10)与低温控制模块(8)连接，磁铁环(6)嵌装在外管(2)的内壁上，温度传感器(15)和温度传感器信号线(13)的外部设有温度传感器保护管(14)，低温控制模块(8)嵌装在三通道接手(12)的中部，密封盖(7)盖在其上，密封盖(7)通过螺纹与三通道接手(12)连接，冷冻保温样品部分是由载冷剂底盖(17)下端通过螺纹连接保温衬管(22)的下部，保温衬管(22)的上部通过螺纹与三通道接手(12)连接构成载冷剂空腔(16)，载冷剂空腔(16)的中部贯通设有岩芯管腔(26)，岩芯管腔(26)与载冷剂空腔(16)之间为岩芯管(24)和半合管(25)，液氮注入管(23)的上端通过温控电磁阀(20)与制冷蓄能罐(5)连接，液氮注入管(23)的中段呈螺旋型置于载冷剂空腔(16)中，并与设在岩芯管腔(26)上部的排气阀(21)连通。

2.按照权利要求1所述的天然气水合物孔底冷冻取样器，其特征在于，三通道接手(12)的中部设有排水阀(11)，并与外管(2)与内管之间构成的环状间隙(4)相通。

3.按照权利要求1所述的天然气水合物孔底冷冻取样器，其特征在于，载冷剂为乙二醇，冷冻剂为液氮。

4.一种天然气水合物孔底冷冻取样方法，其特征在于包括以下次序和步骤：

a、在地面将载冷剂装入载冷剂空腔(16)，三通道接手(12)盖于其上，同时将温度传感器(15)和温度传感器信号线(13)随温度传感器保护管(14)、液氮注入管(23)下入载冷剂中，开关传感器(9)和开关传感器信号线(10)与低温控制模块(8)连接，三通道接手(12)上面为制冷蓄能罐(5)，液氮注入其中，温控电磁阀(20)和液氮注入管(23)通入其中，制冷蓄能罐(5)上面通过螺纹盖有上接手(3)，装好后，通过绳索取芯机构(1)将天然气水合物孔底冷冻取样器下入孔底；

b、钻进时，天然气水合物芯样随着进尺的深度进入岩芯管腔(26)，当进尺达到或芯样充满岩芯管腔(26)的长度提钻取样时，打捞器从孔口下放，打捞器下部打捞钩与绳索取芯机构(1)的矛头卡紧后，带动绳索取芯机构(1)向上提取天然气水合物孔底冷冻取样器内管总成一段距离，使开关传感器(9)经过磁铁环(6)产生开关信号，开关信号经开关传感器信号线(10)送给低温控制模块(8)，启动低温控制模块(8)工作；

c、向上提取天然气水合物孔底冷冻取样器内管总成一段距离，能够使低温控制模块(8)开始工作后，停止提取，同时，内管总成带动岩芯管(24)底部装有的卡簧(28)向上运动，通过卡簧座(27)的楔面加紧芯样，将芯样拔断，载冷剂对芯样开始冷冻保护，当载冷剂温度高于-30℃时，温度传感器(15)通过温度传感器信号线(13)将信号送给低温控制模块(8)，低温控制模块(8)通过温控信号线(19)将指令传给温控电磁阀(20)，温控电磁阀(20)启动，通过螺旋形液氮注入管(23)将液氮送入载冷剂空腔(16)降低载冷剂的温度，换热后液氮变成气，通过排气阀(21)排入岩芯管腔(26)，岩芯管腔(26)中的液体经排水阀(11)排入环状间隙；

d、冷冻20～30min后，打捞器下部打捞钩通过绳索取芯机构(1)的矛头把天然气水合物孔底冷冻取样器内管总成和岩芯从孔内捞取上来一同提升到地面，打开卡簧(28)将半合管(25)和芯样一同从岩芯管(24)中抽出。