CN101634613B - 无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海底取样设备，旨在提供一种无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器。该取样器包括保真取样筒、导流舱、蓄能器、密封舱、重锤机构和吊放架等部件。导流舱固定套接于保真筒体上端，密封舱活动套接于保真筒体且与导流舱分离；吊放架包括夹板、活塞、主缆和密封舱缆，其中主缆穿过夹板并连接位于衬筒中的活塞，密封舱缆穿过夹板并连接密封舱的上端。本发明中，基于取样口径优化的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，增加了取样深度。无锁舌机构的取样器方案，避免了由于锁舌动作失误而造成的样品保压失败。基于隔离舱壁上的水冲洗技术，可提高下密封舱下封口的密封性能。

Description

无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器

技术领域

本发明涉及一种海底取样设备，特别涉及一种无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器。

背景技术

海底天然气水合物资源的调查与评价通常采用地震剖面上似海底反射界面(BSR)的方法，但是大量资料表明BSR不是水合物存在的直接指示，造成提取的信息往往失真或扭曲。同时由于水合物只能在低温高压下才能稳定存在，常规取样手段很难获得样品，而钻探的成本又太高。

中国发明专利CN1616944A公开了一种“保真取样一体式的深海沉积物取样器”，可以在海底取到沉积物、水、气和天然气水合物等样品，并进行保温保压。该取样器中有着固定在密封舱本体上的锁舌机构，其设置目的是为了防止取样过程中保真筒体的上移，并且，在取样结束后活塞的上移可推开锁舌机构帮组保真筒体上移从而实现密封。但是，锁舌机构存在着可靠性不高，易卡死的问题，常常导致取样失败，造成各种勘探资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器。

为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现。

提供一种无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，包括重锤机构、吊放架、保真取样筒、导流舱、蓄能器和密封舱；保真取样筒包括保真筒体、衬筒和带花瓣机构的刀头，重锤机构包括重锤、重锤缆和杠杆，蓄能器固定于导流舱内；所述导流舱固定套接于保真筒体上端，密封舱活动套接于保真筒体且与导流舱分离；所述吊放架包括夹板、活塞、主缆和密封舱缆，其中主缆穿过夹板并连接位于衬筒中的活塞，密封舱缆穿过夹板并连接密封舱的上端；保真筒体上端的内壁与活塞的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封；密封舱的上端口与保真筒体下端的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封，密封舱底部设翻板阀。

作为一种改进，所述蓄能器通过管路连通至保真取样筒的内部，管路上设双向阀。

作为一种改进，所述密封舱底部还设有隔离舱，翻板阀位于密封舱与隔离舱之间，隔离舱底部设有两个半圆舱门。

作为一种改进，所述隔离舱的两侧各开一个孔，接橡皮软管并固定于导流装置上。

作为一种改进，所述保真筒体是若干节带有梯形螺纹接口的不锈钢管，每节不锈钢管的内部均相应设置有机玻璃的衬筒。

作为一种改进，所述保真筒体的不锈钢管之间通过环形的连接头实现螺接；该连接头横截面的单侧呈“T”形，“T”形的两个延长端上设外螺纹；在与不锈钢管螺接后，连接头与衬筒具有相同的内径。

作为一种改进，保真筒体上装有释压阀与气体分离装置接口，用于分离和提取样品中的溶解气体。

作为一种改进，保真筒体上端的内径与与衬筒内径相等，衬筒通过橡胶垫片与保真筒体上端的内壁顶紧。

作为一种改进，保真筒体外壁设有隔热材料镀层。

作为一种改进，有一根释放缆穿过夹板并与导流舱上端连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)基于取样口径优化的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，增加了取样深度。

(2)无锁舌机构的取样器方案，避免了由于锁舌动作失误而造成的样品保压失败。

(3)基于隔离舱壁上的水冲洗技术，可提高下密封舱下封口的密封性能。

附图说明

图1是无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器结构示意图。

图2是取样器取样之前准备状态的示意图。

图3是取样器取样后提起过程中状态的示意图。

图4是图3中活塞与保真筒体之间位置关系的放大图。

图5是图3中保真筒体与密封舱之间位置关系的放大图。

图6是保真筒体结构放大图。

具体实施方式

结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明中的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，包括重锤机构、吊放架、保真取样筒、导流舱2、蓄能器3和密封舱4；重锤机构包括重锤5、重锤缆6和杠杆7。导流舱2的中心部位是一根管状物，用于穿过保真取样筒，管状物外壁上设置导流板。蓄能器3固定于导流舱2内，蓄能器3通过管路连通至保真取样筒的内部，管路上设双向阀8。

保真取样筒包括保真筒体1、衬筒22和带花瓣机构9的刀头10，保真筒体1是若干节带有梯形螺纹接口的不锈钢管，每节不锈钢管的内部均相应设置有机玻璃的衬筒22。保真筒体1上装有释压阀11与气体分离装置接口，用于分离和提取样品中的溶解气体。保真筒体1上端的内径与与衬筒22内径相等，衬筒22通过橡胶垫片与保真筒体1上端的内壁顶紧。保真筒体1的外壁设有隔热材料镀层。

保真筒体1的不锈钢管之间通过环形的连接头21实现螺接；该连接头21横截面的单侧呈“T”形，“T”形的两个延长端上设外螺纹；在与不锈钢管螺接后，连接头21与衬筒22具有相同的内径。连接头21的设置，可根据需要增加保真筒体1的长度，大大拓展了保真筒体1的适用性和可替换性。

根据取样器建模分析计算以及实验数据分析，取样器取样深度随着保真筒体1和衬筒22的内径的增加而增加，随着保真筒体1外径的增加而增加，但是增加幅度越来越少。内径越小时，相应取样器质量越大，则其采样下插过程阻力就越大，保真筒体1外径越大时，相应取样器质量亦越大，同样其采样下插过程阻力也越大，并且阻力随内径的减少和外径的增加而增加的幅度有所减少。为了减少采样过程中的下插阻力，尽量避免“桩效应”的产生，同时保证在一定的自重的前提下增大衬筒22的内径(同时可以达到增大内壁面积的目的)，减小保真筒体1外径，那么减小衬筒22壁厚是一个有效的方法。同时考虑衬筒22结构强度，加工，安装和运输的便捷性，采用由若干段有机玻璃材质的衬筒22通过橡胶垫片与保真筒体1上端的内壁顶紧的方式连接为整个衬筒22。

导流舱2固定套接于保真筒体1的上端，密封舱4活动套接于保真筒体1且与导流舱2分离；密封舱4底部设隔离舱12；密封舱4与隔离舱12之间设翻板阀13，用于密封舱4的隔离关闭；隔离舱12底部设有两个半圆舱门14，用于隔离舱12的关闭，进一步加强密闭效果。

隔离舱12的两侧各开一个孔20，接橡皮软管并固定于导流装置2上。在保真筒体1上提过程中，样品入口端刮落的附着泥粘性大，很难依靠隔离舱12的空腔全部容纳，影响密封舱4下封口密封的问题，而且保真筒体1上提在进入密封舱4下封口时会产生真空，将淤泥吸入密封舱4，影响密封效果。本发明提出了创新性的引水冲洗技术，在隔离舱12的两侧各开一个孔，连接橡皮软管到导流装置2的位置。利用保真筒体1向上移动过程中产生真空引水进入，确保保真筒体1外壁的泥不会进入密封舱4内，达到较高的保压成功率。

吊放架包括夹板15、活塞16、主缆17和密封舱缆18，其中主缆17穿过夹板15并连接位于衬筒22中的活塞16，密封舱缆18穿过夹板15并连接密封舱4的上端。有一根释放缆19穿过夹板15并与导流舱2的上端连接。

保真筒体1上端的内壁与活塞16的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封；密封舱4的上端口与保真筒体1下端的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封。

本发明的使用方法：

当取样装置下水前，保真取样筒位于密封舱4上方，密封舱4由密封舱缆18牵引，使其与导流舱2的相对位置固定。

当取样器下放到距离海底还有一段距离时，重锤5先到达海底，触动杠杆7上抬，松开释放缆19，使得保真取样筒在整个取样器自重的作用下，以自由落体方式插入海底，对海底表层的松软沉积物直接进行保真取样。而活塞16则在接近海底后在主缆17的作用下仅以绞车的放缆速度下降，相对于自由落体的保真取样筒上升。由于活塞16与衬筒22之间有较好的密封，因而在活塞16的下方可以形成局部真空，使样品更顺利地进入衬筒22内，并补偿衬筒22内壁的摩擦。取样时，因密封舱4的上端口与保真筒体1下端的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封，使之不会在取样过程中上移，从而使沉积物全部进入衬筒22内。采样过程中，可利用设备自带的蓄能器保持样品压力，并通过隔热材料镀层被动保温。

在取样器下落时，密封舱4一直位于保真取样筒的下方，导流舱2提供下插力；取样器取样时，保真取样筒自上而下穿过密封舱4。在该过程中，密封舱4和导流舱2之间的距离逐渐缩小，直至最终靠紧。

取样器回收时，绞车收主缆17，活塞16在主缆17的作用下上提，直至保真筒体1上端内壁处的锥面位置，然后带动保真筒体1及导流舱2继续上升。花瓣合拢将沉积物样品从底部拉断，使样品与沉积物分离，保真取样筒自下而上穿过密封舱4。在失去保真筒体1的支撑后，隔离舱12底部的两个半圆舱门14在内置的闭锁机件作用下关闭，防止保真取样筒上行过程中，海底泥土在翻板阀关闭前由于压差作用上涌进入密封舱，影响密封舱密封效果。密封舱4与隔离舱12之间的翻板阀13，也将内置的闭锁机件作用下关闭，实现密封舱的密闭与保压。

当保真筒体1下端外沿的锥面贴合密封舱4上端口对应的锥面后，保真筒体1又带动密封舱4上升。整个保真取样筒内部的密封则由两个锥面，以及相应的密封圈实现密封。

为提取从样品中分解的甲烷气体和其他溶解气体组份，将释压阀11安装在保真筒体1上，它是一只微小流量溢流阀。该阀与保真取样筒内部连接，可以通过电液比例方式打开，并进行连续调压，使甲烷气体和其他溶解气体组份在没有压力突变的缓慢卸压过程中充分溢出，并记录压力下降量与溢出气体总量之间的数学关系，便于后续设备进行总量检测与分析。提取的气体组分贮存在特制容器中，可以通过船载色谱仪分析其成份，也可送往岸基实验室作进一步分析。保真筒体1内压降至常压后，才能将沉积物样品取出。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，包括重锤机构、吊放架、保真取样筒、导流舱、蓄能器和密封舱；保真取样筒包括保真筒体、衬筒和带花瓣机构的刀头，重锤机构包括重锤、重锤缆和杠杆，蓄能器固定于导流舱内；其特征在于，所述导流舱固定套接于保真筒体上端，密封舱活动套接于保真筒体且与导流舱分离；所述吊放架包括夹板、活塞、主缆和密封舱缆，其中主缆穿过夹板并连接位于衬筒中的活塞，密封舱缆穿过夹板并连接密封舱的上端；保真筒体上端的内壁与活塞的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封；密封舱的上端口与保真筒体下端的外沿具有形状相互对应的锥面，并设密封圈实现密封，密封舱底部设翻板阀；

所述密封舱底部还设有隔离舱，翻板阀位于密封舱与隔离舱之间，隔离舱底部设有两个半圆舱门；所述隔离舱的两侧各开一个孔，接橡皮软管并固定于导流装置上。

2.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，所述蓄能器通过管路连通至保真取样筒的内部，管路上设双向阀。

3.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，所述保真筒体是若干节带有梯形螺纹接口的不锈钢管，每节不锈钢管的内部均相应设置有机玻璃的衬筒。

4.根据权利要求3所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，所述保真筒体的不锈钢管之间通过环形的连接头实现螺接；该连接头横截面的单侧呈“T”形，“T”形的两个延长端上设外螺纹；在与不锈钢管螺接后，连接头与衬筒具有相同的内径。

5.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，保真筒体上装有释压阀与气体分离装置接口，用于分离和提取样品中的溶解气体。

6.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，保真筒体上端的内径与与衬筒内径相等，衬筒通过橡胶垫片与保真筒体上端的内壁顶紧。

7.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，保真筒体外壁设有隔热材料镀层。

8.根据权利要求1所述的无锁舌的重力活塞式长柱状沉积物保真取样器，其特征在于，有一根释放缆穿过夹板并与导流舱上端连接。

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