CN109187122A - 一种天然气水合物岩心样品保压转移装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海底样品保压转移技术，旨在提供一种天然气水合物岩心样品保压转移装置。该装置包括压力与温度控制系统，包括矩形的安装架，样品转移系统包括保压筒，保压筒通过底部的保压筒支架设于安装架上，测控系统安装在样品转移系统上方，高压内切割装置前端与保压筒后端相连，高压内切割装置后端依次与声波检测装置、CT扫描装置与钻具对接系统连接。本发明产品该装置可在转移岩心样品的同时对岩心样品进行声波检测和CT扫描，减轻了转移过程中产生的扰动对检测结果的影响。可按照岩心样品后期分析要求将岩心样品切割成任意小段，且在整个切割、检测和转移过程中，能保证岩心样品所处环境压力和温度近似于其原位压力和温度。

Description

一种天然气水合物岩心样品保压转移装置
技术领域
本发明涉及样品保压转移领域，具体涉及一种天然气水合物岩心样品保压转移装置。
背景技术
天然气水合物具有能量密度高、分布广、储量大、埋深浅、成藏物化条件好、清洁环保等特点。经过近20年的地质、地球物理和地球化学综合调查，我国基本完成了海洋天然气水合物资源普查与试采工作，并取得了一系列重要突破。
目前国内外天然气水合物保压取样技术已经比较成熟，它可以保持水合物的原位压力，将其从海底提取至海面，而不会分解，可以提供天然气水合物的最小扰动样品。但以上研究重在将天然气水合物从海底保压取样，如何将取得的样品在维持原位压力的情况下切割为任意小段，并在转移过程中完成声波和CT扫描分析，国内研究则涉及较少。
针对我国天然气水合物勘探及试采对水合物高质量岩心、高精准检测技术与装备的需求，本发明公开的天然气水合物岩心样品保压转移装置能形成水合物海底钻探保压取心及船载检测技术装备链条，拓展我国海底水合物勘测能力，大幅提升相关技术装备的国产化水平，推动我国深海装备技术发展与产业化进程，满足和支撑国家海洋高科技事业发展的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种天然气水合物岩心样品保压转移装置。
为实现上述目的，本发明所采用了如下技术方案：
提供一种天然气水合物岩心样品保压转移装置，包括压力与温度控制系统、样品转移系统、测控系统、高压内切割装置、声波检测装置、CT扫描装置与钻具对接系统。
压力与温度控制系统位于整个装置左侧底部，包括矩形的安装架，安装架内自左至右通过管路依次安装有第一水箱、海水泵、第二水箱、冷却散热机与冷却主机。
样品转移系统包括保压筒，保压筒通过底部的保压筒支架设于安装架上方，保压筒前端设有蜗轮蜗杆箱，蜗轮蜗杆箱上安装有第一电机与第二电机；保压筒内沿轴向设有彼此平行的滑轨、丝杠与滚珠花键；丝杠通过第一电机进行驱动，第二电机驱动滚珠花键转动；滑轨为滑块提供支撑和导向作用，滑块包括固定部分和可转动部分，可转动部分通过滚珠花键副安装在滚珠花键上，固定部分与丝杠连接；可转动部分后端安装有抓手，滚珠花键副带动抓手旋转；
测控系统安装在样品转移系统上方，包括各种信号执行端与数据显示存储端；
高压内切割装置前端与保压筒后端相连，高压内切割装置后端依次与声波检测装置、CT扫描装置与钻具对接系统连接；
钻具对接系统包括高压筒支架，高压筒支架内设有冰水池；高压筒或样品筒设于高压筒支架上；高压筒前端设有球阀，用于控制高压筒与装置其他部分的通断；高压筒内底部设有钻具支架，钻具支架上设有钻具，钻具一端与球阀相连。
作为一种改进，保压筒、冰水池、高压筒和样品筒内均充装有海水。
作为一种改进，样品转移系统中的保压筒，高压内切割装置，声波检测装置，CT扫描装置及钻具对接系统中的高压筒的中心线在同一直线上。
本发明的有益效果是：
1、该装置可在转移岩心样品的同时对岩心样品进行声波检测和CT扫描，减轻了转移过程中产生的扰动对检测结果的影响。
2、该装置可按照岩心样品后期分析要求将岩心样品切割成任意小段，且在整个切割、检测和转移过程中，能保证岩心样品所处环境压力和温度近似于其原位压力和温度。
附图说明
图1是天然气水合物岩心样品保压转移装置结构示意图；
图2是压力与温度控制系统结构示意图；
图3是样品转移系统结构示意图；
图4是保压转移装置工作过程示意图。
图中，1-压力与温度控制系统；2-样品转移系统；3-测控系统；4-高压内切割装置；5-声波检测装置；6-CT扫描装置；7-钻具对接系统；101-安装架；102-第一水箱；103-海水泵；104-第二水箱；105-管路；106-冷却散热机；107-冷却主机；201-第一电机；202-蜗轮蜗杆箱；203-保压筒支架；204-滑轨；205-丝杠；206-保压筒；207-抓手；208-滚珠花键；209-滑块；210-第二电机；701-样品筒；702-高压筒支架；703-冰水池；704-球阀；705-高压筒；706-钻具支架；707-钻具。
具体实施方式
下面结合附图1-4和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但它们不是对本发明的限制：
如图1和图4所示，一种天然气水合物岩心样品保压转移装置，包括压力与温度控制系统1、样品转移系统2、测控系统3、高压内切割装置4、声波检测装置5、CT扫描装置6与钻具对接系统7。
压力与温度控制系统1位于整个装置左侧底部，包括矩形的安装架101，安装架101内自左至右通过管路105依次安装有第一水箱102、海水泵103、第二水箱104、冷却散热机106与冷却主机107。如图2所示，将常温常压海水抽入第一水箱102中，海水泵103对第一水箱102中的海水进行加压后存放在第二水箱104中，冷却主机107对第二水箱104中的高压海水进行降温。工作时，将第二水箱104中的低温高压海水注入装置中，保证岩心样品所处环境的压力和温度近似为其原位压力和温度。
样品转移系统样品转移系统2具有海水循环功能，工作时，将装置中降压升温的海水回流到第一水箱101中，经过循环成为低温高压海水后再注入装置中，以保证整个装置在工作过程中始终保持高压和低温。样品转移系统2包括保压筒206，保压筒206通过底部的保压筒支架203设于安装架101上方，保压筒206前端设有蜗轮蜗杆箱202，蜗轮蜗杆箱202上安装有第一电机201与第二电机210。保压筒206内沿轴向设有彼此平行的滑轨204、丝杠205与滚珠花键208。丝杠205通过第一电机201进行驱动，第二电机210驱动滚珠花键208转动。滑轨204为滑块209提供支撑和导向作用，滑块209包括固定部分和可转动部分，可转动部分通过滚珠花键副安装在滚珠花键208上，固定部分与丝杠205连接；可转动部分后端安装有抓手207，滚珠花键副带动抓手207旋转；
样品转移系统2中的保压筒206，高压内切割装置4，声波检测装置5，CT扫描装置6及钻具对接系统7中的高压筒705的中心线在同一直线上。如图3所示，第一电机201驱动丝杠205转动，丝杠205带动滑块209移动，滑轨204为滑块209提供支撑和导向作用，滑块209驱动抓手207移动，抓手207抓取岩心样品后拖动其移动，第二电机210通过蜗轮蜗杆机构驱动滚珠花键208转动，滚珠花键副带动抓手207旋转，进而驱动岩心样品旋转，岩心样品的移动速度可通过调节第一电机201的转速来控制，旋转速度可通过调节第二电机210的转速来控制，以满足声波检测装置5和CT扫描装置6对岩心样品进行检测的速度要求。保压筒206中注入压力与温度控制系统1提供的低温高压海水，保证岩心样品转移所需环境。
测控系统3安装在样品转移系统上方，如图1所示，测控系统3主要包括各种信号执行端与数据显示存储端。主要的信号包括定位、移动、旋转、温度、压力、开关、调节、视频等。压力与温度数据实时显示在显示屏上，各数据在线显示与存储时将预设安全线，保证保压转移过程的安全。保压转移过程的位置信号、切割程度、转移速度、旋转圈数与速度等设置相应曲线与数字显示，实时显示在显示屏上，并在控制界面上设置各相应开关与调整指令，实现自动与手动一体化控制。
高压内切割装置4前端与保压筒206后端相连，高压内切割装置后端依次与声波检测装置5、CT扫描装置6与钻具对接系统7连接。
如图4所示，钻具对接系统7包括高压筒支架702，高压筒支架702内设有冰水池703。高压筒705或样品筒701设于高压筒支架702上。高压筒705前端设有球阀704，用于控制高压筒705与装置其他部分的通断。高压筒705内底部设有钻具支架706，钻具支架706上设有钻具707，钻具707一端与球阀704相连。冰水池703中存放常压低温海水，并外接冷却系统维持海水温度，以对钻具707进行初步冷却。球阀704可控制高压筒705与装置其他部分的通断，保证在更换样品筒701时不会对装置其他部分的压力和温度产生影响。高压筒705和样品筒701中注入压力与温度控制系统1提供的低温高压海水，保证岩心样品转移所需环境。
本发明的工作过程为：
钻具707从海底取出后，先放入冰水池703中进行初步冷却，然后将钻具707放入高压筒705中的钻具支架706上固定，打开球阀704。启动压力与温度控制系统1，将高压低温海水注入整个装置中，待压力和温度达到要求，手动脱去钻具内管。启动样品转移系统2中的第一电机201，驱动抓手207移动，抓取岩心管。第一电机201反转，同时启动第二电机210拖动岩心样品进入样品转移系统2，岩心样品经过声波检测装置5和CT扫描装置6，分别对岩心样品进行声波检测和X射线扫描。待岩心样品完全进入样品转移系统2中，第一电机201和第二电机210停止，关闭声波检测装置5和CT扫描装置6，关闭球阀704，人工卸下高压筒705和钻具内管，换上样品筒701。再次启动第一电机201，推动岩心样品移动，当岩心样品过切割装置一定长度，第一电机201停止，启动高压内切割装置4，切割岩心样品，切割完成后启动第一电机201，将切断的岩心样品段推入样品筒703。
总之，以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种天然气水合物岩心样品保压转移装置，其特征在于，包括压力与温度控制系统、样品转移系统、测控系统、高压内切割装置、声波检测装置、CT扫描装置与钻具对接系统；
所述压力与温度控制系统位于整个装置左侧底部，包括矩形的安装架，安装架内自左至右通过管路依次安装有第一水箱、海水泵、第二水箱、冷却散热机与冷却主机；
所述样品转移系统包括保压筒，保压筒通过底部的保压筒支架设于所述安装架上方，保压筒前端设有蜗轮蜗杆箱，蜗轮蜗杆箱上安装有第一电机与第二电机；保压筒内沿轴向设有彼此平行的滑轨、丝杠与滚珠花键；丝杠通过第一电机进行驱动，第二电机驱动滚珠花键转动；滑轨为滑块提供支撑和导向作用，滑块包括固定部分和可转动部分，可转动部分通过滚珠花键副安装在滚珠花键上，固定部分与丝杠连接；可转动部分后端安装有抓手，滚珠花键副带动抓手旋转；
所述测控系统安装在样品转移系统上方，包括信号执行端与数据显示存储端；
所述高压内切割装置前端与保压筒后端相连，高压内切割装置后端依次与声波检测装置、CT扫描装置与钻具对接系统连接；
所述钻具对接系统包括高压筒支架，高压筒支架内设有冰水池；高压筒或样品筒设于高压筒支架上；所述高压筒前端设有球阀，用于控制高压筒与装置其他部分的通断；高压筒内底部设有钻具支架，钻具支架上设有钻具，钻具一端与球阀相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保压筒、冰水池、高压筒和样品筒内均充装有海水。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品转移系统中的保压筒，高压内切割装置，声波检测装置，CT扫描装置及钻具对接系统中的高压筒的中心线在同一直线上。
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