[实用新型]海底冷冻保压式重力活塞取样器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海底取样器及取样方法，尤其涉及一种海底沉积物和海底天然气水合物取样用的冷冻保压式重力活塞取样器。

背景技术

天然气水合物是一种储量丰富、能量密度高、无污染的绿色能源。据估算，世界上天然气水合物总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的两倍，可满足人类千年的能源需求。天然气水合物主要分布在大陆架和岛屿边缘的海洋沉积层，其存在环境具有压力高、温度低的特点。

如何勘探海底的天然气水合物已成为当前的研究热点。对海底天然气水合物进行勘探的方法有很多种，例如地球物理方法、流体地球化学方法、海底视像方法、海底微地貌勘测、海底钻探取心方法。其中最直接的方法是海底钻探取心方法，该方法能够直观、真实、有效的反映水合物的赋存状态。重力活塞取样器是海底钻探取心最常用的取心方法之一，该方法具有操作简单、取样时间短、设备轻便、花费少等一系列优点。天然气水合物会随着温度的升高或者压力的降低出现分解，改变了天然气水合物原有的状态和性质。因此在天然气水合物的取样过程中应该保持低温、高压的状态，但常规的重力活塞取样器很难满足天然气水合物勘探以及后续相关研究的要求。

实用新型内容

本实用新型就是针对现有技术的不足，提供一种通过外部冷源降低天然气水合物岩心温度，通过保压机构维持岩心压力，从而实现抑制水合物分解的海底冷冻保压式重力活塞取样器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现：

海底冷冻保压式重力活塞取样器，包括重锤、重锤缆绳、固定板、缓冲夹具、平衡杆、取样管、爪簧和管靴，重锤缆绳的上下两端分别连接重锤和平衡杆，固定板与平衡杆通过铰链连接，固定板与缓冲夹具通过刚性连接杆相连，缓冲夹具外壳的上端与主缆绳相连，平衡杆可绕着铰链做旋转运动，取样管上端有挂环挂在平衡杆前端的挂钩上，其特征在于：

取样管由外管、内管、活塞、活塞杆、配重接头组成，其中管靴和配重接头通过螺纹与内管和外管相连，外管和内管之间的空腔构成冷冻腔，配重接头可增加取样器重量以提高贯入深度；活塞安装在内管中并可沿着取样器内管进行上下移动，活塞杆与活塞通过螺纹连接，活塞杆上端与释放绳相连，重锤未释放时取样管上端的挂环挂在挂钩上；

配重接头上端安装有储冷机构，储冷机构由储冷腔外壳、储冷腔内壳(、储冷腔、储冷腔活塞、储冷腔活塞杆、储冷腔活塞控制杆、活塞限位弹簧、活塞限位杆、活塞控制杆支架组成，储冷腔外壳和储冷腔内壳通过螺纹与配重接头连接，活塞控制杆支架焊接在储冷腔内壳上，活塞限位弹簧安装在活塞控制杆支架上，储冷腔活塞控制杆与活塞控制杆支架铰接，并可绕活塞控制杆支架旋转30°～45°，使储冷腔活塞控制杆插入或脱离储冷腔活塞杆凹槽，配重接头垂直方向上有冷源注入通道，冷源注入通道的下端口有单向阀，在储冷腔内注入冷源，冷源上方为空气，在海水压力与储冷腔冷源上方空气压力差的作用下，储冷腔活塞向下运动，推动冷源进入冷冻腔；

取样管内设置有保压机构，保压机构由撞击块、定位钢球、定位弹簧、推动杆、推力弹簧、摇杆、连杆、保压球阀组成，在配重接头上加工有推力弹簧圆孔、定位弹簧圆孔，预紧螺栓通过螺纹与定位弹簧圆孔连接，将定位弹簧、定位钢球安装在定位弹簧圆孔中，两个定位钢球间的距离小于推力弹簧的直径，推力弹簧安装在推力弹簧圆孔中，推动杆安装在配重接的径向孔中，并可做径向移动；推动杆和配重接头之间用O型密封圈进行密封，防止海水进入到冷冻腔，推动杆一侧加工有斜面，在取样器工作过程中与撞击块相配合，撞击块通过螺纹与活塞杆相连，连杆安装在冷冻腔中，可沿着冷冻腔进行上下移动，连杆上端与定位钢球相接触，下端与摇杆铰接，摇杆与保压球阀铰接。

本实用新型通过重力活塞取样器在海底将重力势能转化动能，实现对海底天然气水合物的取样；取样结束后，通过海水将配置好的特定温度的冷源从储冷腔注入到冷冻腔，实现冷冻岩心；通过推力弹簧推动球阀旋转，关闭阀门，实现保压功能。在冷冻和保压两种作用下，减少水合物的分解。冷冻过程结束后，通过海洋钻探船上的绞车将取样器回收到船上。将取样器拆卸后，将岩心样品放到液氮储存罐或者高压容器保存。

本实用新型通过向冷冻腔注入冷源冷冻岩心，一方面降低了天然气水合物的临界分解压力，另一方面增强了天然气水合物的自保护效应，从而减少了天然气的分解，降低了对天然气水合物保压机构的要求。

附图说明

图1为海底冷冻保压式重力活塞取样器结构图。

图2为附图1中A-A截面俯视图。

图例