[发明专利]海底冷冻保压式重力活塞取样器及其取样方法

权利要求书

1.一种海底冷冻保压式重力活塞取样器，包括重锤(41)、重锤缆绳(35)、固定板(5)、缓冲夹具、平衡杆(21)、取样管、爪簧(39)和管靴(40)，重锤缆绳(35)的上下两端分别连接重锤(41)和平衡杆(21)，固定板(5)与平衡杆(21)通过铰链连接，固定板(5)与缓冲夹具通过刚性连接杆(4)相连，缓冲夹具外壳(19)的上端与主缆绳(1)相连，平衡杆(21)可绕着铰链做旋转运动，取样管上端有挂环(22)挂在平衡杆(21)前端的挂钩(20)上，其特征在于：

取样管由外管(34)、内管(33)、活塞(18)、活塞杆(17)、配重接头(27)组成，其中管靴(40)和配重接头(27)通过螺纹与内管(33)和外管(34)相连，外管(34)和内管(33)之间的空腔构成冷冻腔(16)，配重接头(27)可增加取样器重量以提高贯入深度；活塞(18)安装在内管(33)中并可沿着取样器内管(33)进行上下移动，活塞杆(17)与活塞(18)通过螺纹连接，活塞杆(17)上端与释放绳(6)相连，重锤(41)未释放时取样管上端的挂环(22)挂在挂钩(20)上；

配重接头(27)上端安装有储冷机构，储冷机构由储冷腔外壳(10)、储冷腔内壳(11)、储冷腔(12)、储冷腔活塞(9)、储冷腔活塞杆(24)、储冷腔活塞控制杆(23)、活塞限位弹簧(25)、活塞限位杆(8)、活塞控制杆支架(26)组成，储冷腔外壳(10)和储冷腔内壳(11)通过螺纹与配重接头(27)连接，活塞控制杆支架(26)焊接在储冷腔内壳(11)上，活塞限位弹簧(25)安装在活塞控制杆支架(26)上，储冷腔活塞控制杆(23)与活塞控制杆支架(26)铰接，并可绕活塞控制杆支架(26)旋转30°～45°，使储冷腔活塞控制杆(23)插入或脱离储冷腔活塞杆(24)凹槽，配重接头(27)垂直方向上有冷源注入通道(13)，冷源注入通道(13)的下端口有单向阀，在储冷腔(12)内注入一定量的冷源(47)，冷源上方为空气(46)，在海水压力与储冷腔(12)冷源(47)上方空气(46)压力差的作用下，储冷腔活塞(9)向下运动，推动冷源(47)进入冷冻腔(16)；

取样管内设置有保压机构，保压机构由撞击块(32)、定位钢球(29)、定位弹簧(43)、推动杆(30)、推力弹簧(28)、摇杆(37)、连杆(31)、保压球阀(36)组成，在配重接头(27)上加工有推力弹簧圆孔(45)、定位弹簧圆孔(44)，预紧螺栓(42)通过螺纹与定位弹簧圆孔(44)连接，将定位弹簧(43)、定位钢球(29)安装在定位弹簧圆孔(44)中，两个定位钢球(29)间的距离小于推力弹簧(28)的直径，推力弹簧(28)安装在推力弹簧圆孔(45)中，推动杆(30)安装在配重接头27的径向孔中，并可做径向移动；推动杆(30)和配重接头(27)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(30)一侧加工有斜面，在取样器工作过程中与撞击块(32)相配合，撞击块(32)通过螺纹与活塞(17)杆相连，连杆(31)安装在冷冻腔(16)中，可沿着冷冻腔(16)进行上下移动，连杆(31)上端与定位钢球(29)相接触，下端与摇杆(37)铰接，摇杆(37)与保压球阀(36)铰接；活塞18与取样器内管33之间通过O型密封圈进行密封。

2.根据权利要求1所述的一种海底冷冻保压式重力活塞取样器，其特征在于缓冲夹具由缓冲夹具外壳(19)、缓冲夹具弹簧(2)和缓冲夹具活塞(3)组成，缓冲夹具活塞(3)的下端与释放缆绳(6)相连。

3.一种海底冷冻保压式重力取样方法，使用权利要求1所述的一种海底冷冻保压式重力活塞取样器，其特征在于包括以下顺序和步骤：

根据所取岩心样品体积计算维持温度所需的冷量，根据所需冷量的大小配制冷源，使岩心样品的温度维持在海水温度或海水温度以下，将冷源注入到管式取样器外部的储冷腔；

利用管式取样器向海底下放过程中的动能和重力势能使天然气水合物层贯入到管式取样器内；

当取样过程结束后，将管式取样器的腔体关闭，保持岩心样品的压力为高压状态；

管式取样器腔体关闭的同时，将冷源从储冷腔注入到冷冻腔冷冻岩心，将取样器在海底静置5～10m分钟，使冷源的冷量充分传递给岩心，起到冷冻作用；

冷冻过程结束后，通过海洋钻探船上的绞车将管式取样器回收到船上；

将管式取样器拆卸后，将岩心样品放到液氮储存罐或者高压容器保存。