[发明专利]海底冷冻保压式重力活塞取样器及其取样方法

摘要

海底冷冻保压式重力活塞取样器及其取样方法。本发明的所述取样器由重力取样管、冷冻机构、保压机构三部分组成。取样管由外管、内管、活塞、活塞杆、配重接头组成，外管和内管之间的空腔构成冷冻腔，配重接头上端安装有储冷机构。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。本发明所述的取样方法，包括利用腔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腔式取样器内，将腔式取样器的腔体关闭，同时，将冷源从储冷腔注入到冷冻腔冷冻岩心。本发明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。

主权项

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。