CN109343146B

CN109343146B - 一种天然气水合物勘探装置及勘探方法

Info

Publication number: CN109343146B
Application number: CN201811458817.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Nuclear Industry East China 263 Engineering Investigation Institute
Current assignee: NUCLEAR INDUSTRY EAST CHINA 263 ENGINEERING INVESTIGATION INSTITUTE
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: CN109343146A

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物勘探装置，包括主控制室，主控制室的底部两侧均固定连接有移动装置，移动装置的一侧两端均固定连接有固定板，固定板的底部固定连接有液压泵，液压泵的底部固定连接有支撑座。本发明还公开了一种天然气水合物的勘探方法，包括以下步骤：A：选址、B：车体固定、C：定位准备、D：震击、E：拾取落锤、F：钻探、G：收集样品、H：检测、I：重复实验。本发明通对落锤起到了强有力的牵引力，采用两个收卷轮对称分布同时对测量装置进行控制，保证了装置的稳定性，提高了工作效率，通过采用地震勘探和钻井勘探的测量方式，能够确定精确的数据。

Description

一种天然气水合物勘探装置及勘探方法

技术领域

本发明属于天然气勘探相关技术领域，特别涉及一种位于冻土中的天然气水合物勘探装置及勘探方法。

背景技术

进入工业革命以来，全球对能源的消耗愈来愈大。世界石化能源严重不足，寻找新型能源迫在眉睫。天然气水合物（俗称可燃冰）在地球上储量巨大，预计天然气水合物中甲烷的资源量可达2×10¹⁶m³，是地球上己探明煤、石油和天然气资源量总碳量的2倍，是公认的地球上尚未开发的最大新型能源，潜力巨大。

天然气水合物是由甲烷等气体分子和水在低温（70K-350K，一般为273. 15K）、高压（一般大于3-5MPa）、气体浓度大于其溶解度条件下形成的一种结晶状固体物质。主要分布在海底沉积物或地表以下的多年冻土带中，严格受温度、压力条件控制，一旦温度、压力发生变化就可能分解。

目前陆上冻土带仅在俄罗斯的Messoyakha气田区、美国阿拉斯加北坡PrudhoeBay油田区、加拿大马更些三角洲地区和我国木里煤田聚乎更矿区发现了天然气水合物。这四个地区的天然气水合物与油气田、煤田分布关系密切，是在油气田或煤田钻探作业发现异常气体泄漏后，通过钻孔取芯或测井的方法确认天然气水合物存在的。

在现有技术中，为了勘探天然气水合物，常用以下技术方案：

中国专利申请201410117276.8公开了一种在海洋冷泉区探测可燃冰矿散发的气体的水下勘探装置，如图1所示，工作母船2在海水1的海面上航行，安装在工作母船2下方的广口集气罩12搜集海底地壳14下方可燃冰矿通过海底地壳缝隙散发到海水中的含甲烷成分的气泡13，含甲烷成分的气泡13进入广口集气罩12后，接着通过空心橡塑导气管11和空心金属导气管10输入气体分析室8进行分析，含甲烷成分的气泡13的物理量的变化转换成电信号后，通过导电线5输入电子计算机进行计算和储存，从电子计算机输出的信息通过导电线输入无线发射台6，由安装在无线发射台6上方的无线发射天线7将含甲烷成分的气泡13的分析结果信息发送出去。锂离子电池供电装置8分别向气体分析室9、电子计算机室4、无线发射台6供电。

中国专利申请201610629879.5公开了一种用于海洋天然气水合物的连续取样装置及取样方法，如图2所示，是由制冷设备1、单动旋转取样钻/2、高压柱塞泵3、空气压缩设备4、制氮设备5、保温保压分离装置6和保温保压矿体箱7组成，制冷设备、单动旋转取样钻具、高压柱塞泵、空气压缩设备、制氮设备、保温保压分离装置和保温保压矿体箱之间通过管路连接，并依次固定设置在勘探船上，单动旋转取样钻具与海洋天然气水合物地层接触；本发明使用高压低温射流作为切削工具钻进地层，破碎后的水合物块通过水力提升的方式运输至海面保温保压仓，根据自保护效应实现保真连续取心，有效减少因钻头摩擦生热而导致的水合物分解，保证了反循环通道处于低温环境。

但是上述现有技术中的天然气水合物的勘探方案都是用于海洋的天然气水合物（可燃冰）的勘探，用于环境的差异，对于冻土中的天然气水合物并不适用。为解决以上问题，本发明提供了一种天然气水合物勘探装置及勘探方法，用于冻土中的天然气水合物的勘探。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种天然气水合物勘探装置及勘探方法，解决了现有的天然气水合物的勘探工作施工难度大和勘探效率低的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种天然气水合物勘探装置，包括主控制室、移动装置、第一动力装置、液压泵、钻头、收集装置，所述主控制室的底部两侧均固定连接有移动装置，所述移动装置的一侧两端均固定连接有固定板，所述固定板的底部固定连接有液压泵，所述液压泵的底部固定连接有支撑座，所述支撑座的底部固定连接有限位柱；

所述主控制室的一侧顶端固定连接有第一动力装置，所述第一动力装置的内部开设有第一安装槽，所述第一安装槽内设有传动轴和第一伺服电机；

所述传动轴的两端外侧均固定连接有收卷轮，所述收卷轮上固定连接有主钢丝绳，所述主钢丝绳的一端贯穿第一动力装置的底部并固定连接有副钢丝绳，所述副钢丝绳的底端固定连接有测量装置；

所述测量装置的底部固定连接有固定环，所述测量装置的内部开设有第二安装槽，所述第二安装槽内设有丝杆和第二伺服电机，所述传动轴的两端均与第一安装槽活动连接，所述第一伺服电机与第一安装槽固定连接，所述传动轴的中部外侧固定连接有变速齿；

所述丝杆的两端外侧均设有活动块，所述活动块的底端固定连接有固定臂，所述测量装置的中部设有落锤，所述落锤的顶端固定连接有限位头；

所述主控制室的另一侧顶端固定连接有第二动力装置，所述第二动力装置的中部设有升降杆，所述升降杆的底端固定连接有安装板，所述安装板的底端固定连接有钻头驱动装置，所述钻头驱动装置的底端固定连接有钻头，所述钻头驱动装置的外侧固定连接有收集装置。

可选的，所述收集装置的内部设有抽气机和收集箱，所述收集装置的一侧底端开设有抽样口，所述抽样口内固定连接有过滤网，所述收集箱的一端通过第一连通管与抽样口相连通，所述收集箱的另一端通过第二连通管与抽气机相连通。

可选的，所述传动轴的两端均与第一安装槽活动连接，所述第一伺服电机与第一安装槽固定连接，所述传动轴的中部外侧固定连接有变速齿轮。

可选的，所述支撑座为梯形，所述限位柱有多个，多个限位柱呈矩形阵列分布，所述限位柱的底部呈圆锥形。

可选的，所述传动轴通过第一轴承与第一安装槽活动连接：所述第一伺服电机上固定连接有齿轮，所述变速齿轮与第一伺服电机上的齿轮啮合连接。

可选的，所述第二伺服电机上固定连接有齿轮，所述传输齿轮与第二伺服电机上的齿轮啮合连接；所述丝杆通过第二轴承与第二安装槽活动连接。

可选的，所述丝杆的一端外侧为正旋螺纹，所述丝杆的另一端外侧为反旋螺纹；所述活动块的中部开设有螺纹孔，所述活动块通过螺纹孔与丝杆螺纹连接。

可选的，所述第二安装槽的两侧均开设有滑槽，所述滑槽内贴合连接有滑块，所述滑块与活动块固定连接。

可选的，所述固定臂为L形，所述限位头为上粗下细的圆柱体，所述固定臂与限位头贴合连接。

可选的，所述落锤与固定环贴合连接，所述落锤的内部固定连接有触发器，所述触发器与外部的地震信号采集仪电连接。

可选的，所述第一连通管通过法兰与抽样口固定连接，所述第一连通管与抽样口之间设有密封圈，所述第一连通管和抽样口均与密封圈贴合连接。

可选的，所述测量装置包括天然气水合物探测仪、温度传感器，所述天然气水合物探测仪、温度传感器均与主控制室连接；所述主控制室包括控制器。

可选的，所述收集装置还包括制冷器，所述制冷器为半导体制冷片，所述半导体制冷片制冷的一端与过滤网接触，使过滤网保持低温状态，在过滤天然气水合物的同时使天然气水合物保持在较低的温度，以便天然气水合物保持固态晶体的状态。

可选的，

为了更好地实现天然气水合物的探勘，本发明还公开了一种天然气水合物的勘探方法，该勘探方法包括以下步骤：

A：选址：首先选出合适的测量地带，然后将预测量的地带划分四个不同深度的探测区带；

B：车体固定：首先将勘探装置移动至区带上方，启动液压泵，液压泵通过支撑座带动限位柱向下移动，使限位柱完全插入地面；

C：定位准备：启动第一伺服电机，第一伺服电机正转，第一伺服电机通过变速齿轮带动传动轴旋转，传动轴通过收卷轮带动主钢丝绳上升，主钢丝绳通过副钢丝绳带动测量装置上升，当测量装置的高度位置合适时，停止第一伺服电机，再将落锤内部的触发器与外部的地震信号采集仪电连接，然后将铁板放置到地上，使铁板与落锤对齐；

D：震击：启动第二伺服电机，第二伺服电机正转，第二伺服电机通过传输齿轮带动丝杆旋转，丝杆通过活动块带动固定臂向两侧移动，当固定臂与限位头分离时，停止第二伺服电机，这时落锤失去束缚并进行自由落体运动，当落锤撞击到铁板上时，记录地震信号采集仪上面的数据；

E：拾取落锤：首先反转第一伺服电机，第一伺服电机通过传动轴带动主钢丝绳下降，主钢丝绳通过副钢丝绳带动测量装置下降，当落锤进入测量装置内时，反转第二伺服电机，第二伺服电机通过丝杆带动两个固定臂同时向内运动，当固定臂夹紧限位头时，停止第二伺服电机，再正转第一伺服电机将落锤提起；

F：钻探：启动钻头驱动装置，钻头驱动装置带动钻头高速旋转，然后启动第二动力装置，第二动力装置通过升降杆带动钻头向下运动，使钻头深入地面；

G：收集样品：启动抽气机，抽气机将通过抽样口将外部气体吸入收集箱内，完成收集；

H：检测：将钻头取出，然后取出收集箱内的气体进行检测；

I：重复实验：将勘探装置依次移动到后面的三个区带，再次进行测量。

可选的，所述步骤A中以地面高度为0米，四个区带的深度依次为：0到-1m的地表勘探地带、-1m到-5m的浅层勘探地带、-5m到-50m的冻土勘探地带、-50m到-1000m的深层勘探地带。

可选的，所述步骤C中的触发器为CMOS型触发器，步骤C中的地震信号采集仪为VECTORSEIS型信号采集仪。

可选的，所述步骤H中用色谱分析检测收集箱中有机和无机气态组分相对含量，确定天然气中主要烃类组分和非烃组分。

可选的，为了更好地勘探天然气水合物，所述的钻头为牙轮钻头，其材质为硬质合金，优选为钨钛钴硬质合金，其中TiC的含量M为12-18%，其余为碳化钨。

可选的，为了更好地勘探天然气水合物，所述钻头转速R为35-279转/分钟；优选的，所述TiC的含量M与钻头的转速R之间满足R^1/3=α·M；其中，α为调节系数，取值范围为9.7-49.5。

可选的，所述的钻头的布氏硬度Y为220-350。

可选的，所述钻头的硬度Y、转速R与TiC的含量M之间满足以下关系：

M=γ·(R/Y)；

其中，γ为匹配系数，取值范围为0.25-2.48。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明的天然气水合物勘探装置及其勘探方法，具备以下有益效果和优点：

（1）本发明的天然气水合物勘探装置，通过设置第一动力装置，对落锤起到了强有力的牵引力，采用两个收卷轮对称分布同时对测量装置进行控制，保证了装置的稳定性，增加了主钢丝绳的传输能力，提高了工作效率，通过设置测量装置，便于控制落锤的下落情况，避免落锤发生偏移，保证了测量数据的精准性，通过设置收集装置，方便对天然气水合物进行收集，能够快速获取天然气成分的信息，提高了工作效率，降低的作业难度。

（2）本发明的天然气水合物勘探装置，通过采用地震勘探和钻井勘探的测量方式，在两者的结合下，能够确定精确的数据，确定了大气异常时间段与天然气水合物分解释放的对应性，对于天然气水合物勘探具有很高的应用价值，通过检测钻井中油气显示井段、钻井液中有机和无机气态组分相对含量，确定气体主要来源，对指导该地区天然气勘探、减少勘探风险有重要意义。

（3）本发明的天然气水合物勘探装置，通过设置钻头的类型、材质和TiC的含量，以更好的对天然气水合物进行勘探。

（4）本发明的天然气水合物勘探装置，通过设置TiC的含量M与钻头的转速R之间的关系，使钻头能更好地适应天然气水合物勘探的地质条件，以更好地进行勘探。

（5）本发明的天然气水合物勘探装置，通过设置钻头的硬度Y、转速R与TiC的含量M之间的关系，进一步优化钻头对冻土中的天然气水合物环境的适配性，更好地进行勘探。

附图说明

图1为现有技术中的一种在海洋冷泉区探测可燃冰矿散发的气体的水下勘探装置示意图；

图2为本发明的天然气水合物勘探装置结构的主视示意图；

图3为本发明的天然气水合物勘探装置结构的右侧示意图；

图4为本发明的天然气水合物勘探装置结构的左侧示意图；

图5为本发明的天然气水合物勘探装置第一动力装置结构的剖面示意图；

图6为本发明的天然气水合物勘探装置第一动力装置结构的侧视剖面示意图；

图7为本发明的天然气水合物勘探装置测量装置结构的剖面示意图；

图8为本发明的天然气水合物勘探装置收集装置结构的剖面示意图；

图9为本发明的的天然气水合物勘探装置图7中A处结构的放大示意图。

图2-9中：1-主控制室、2-移动装置、3-固定板、31-液压泵、32-支撑座、33-限位柱、4-第一动力装置、41-第一安装槽、42-传动轴、43-收卷轮、44-变速齿轮、45-第一伺服电机、46-主钢丝绳、47-副钢丝绳、48-第一轴承、5-测量装置、51-固定环、52-第二安装槽、53-丝杆、54-活动块、55-固定臂、56-传输齿轮、57-第二伺服电机、58-第二轴承、6-落锤、61-限位头、7-第二动力装置、71-升降杆、72-安装板、73-钻头驱动装置、74-钻头、8-收集装置、81-抽气机、82-收集箱、83-抽样口、84-过滤网、85-第一连通管、86-第二连通管、87-密封圈、88-法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例1

根据如图2-9所示，一种天然气水合物勘探装置，包括主控制室1、移动装置2、第一动力装置4、液压泵31、钻头74、收集装置8，主控制室1的底部两侧均固定连接有移动装置2，移动装置2的一侧两端均固定连接有固定板3，固定板3的底部固定连接有液压泵31，液压泵31的底部固定连接有支撑座32，支撑座32的底部固定连接有限位柱33。

主控制室1的一侧顶端固定连接有第一动力装置4，第一动力装置4的内部开设有第一安装槽41，第一安装槽41内设有传动轴42和第一伺服电机45，传动轴42的两端均与第一安装槽41活动连接，第一伺服电机45与第一安装槽41固定连接，传动轴42的中部外侧固定连接有变速齿轮44。

传动轴42的两端外侧均固定连接有收卷轮43，收卷轮43上固定连接有主钢丝绳46，主钢丝绳46的一端贯穿第一动力装置4的底部并固定连接有副钢丝绳47，副钢丝绳47的底端固定连接有测量装置5，通过设置第一动力装置4，对落锤6起到了强有力的牵引力，采用两个收卷轮43对称分布同时对测量装置5进行控制，保证了装置的稳定性，增加了主钢丝绳46的传输能力，提高了工作效率。

测量装置5的底部固定连接有固定环51，测量装置5的内部开设有第二安装槽52，第二安装槽52内设有丝杆53和第二伺服电机57，丝杆53的两端均与第二安装槽52活动连接，第二伺服电机57与第二安装槽52固定连接，丝杆53的中部外侧固定连接有传输齿轮56。

丝杆53的两端外侧均设有活动块54，活动块54的底端固定连接有固定臂55，测量装置5的中部设有落锤6，落锤6的顶端固定连接有限位头61，通过设置测量装置5，便于控制落锤6的下落情况，避免落锤6发生偏移，保证了测量数据的精准性。

主控制室1的另一侧顶端固定连接有第二动力装置7，第二动力装置7的中部设有升降杆71，升降杆71的底端固定连接有安装板72，安装板72的底端固定连接有钻头驱动装置73，钻头驱动装置73的底端固定连接有钻头74，钻头驱动装置73的外侧固定连接有收集装置8。

收集装置8的内部设有抽气机81和收集箱82，收集装置8的一侧底端开设有抽样口83，抽样口83内固定连接有过滤网84，收集箱82的一端通过第一连通管85与抽样口83相连通，收集箱82的另一端通过第二连通管86与抽气机81相连通，通过设置收集装置8，方便对天然气水合物进行收集，能够快速获取天然气成分的信息，提高了工作效率，降低的作业难度。

支撑座32为梯形，限位柱33有多个，多个限位柱33呈矩形阵列分布，限位柱33的底部呈圆锥形，通过设置限位柱33，达到了抓地的效果，对勘探装置起到了支撑作用。

传动轴42通过第一轴承48与第一安装槽41活动连接：第一伺服电机45上固定连接有齿轮，变速齿轮44与第一伺服电机45上的齿轮啮合连接。

第二伺服电机57上固定连接有齿轮，传输齿轮56与第二伺服电机57上的齿轮啮合连接；丝杆53通过第二轴承58与第二安装槽52活动连接，丝杆53的一端外侧为正旋螺纹，丝杆53的另一端外侧为反旋螺纹，通过这样设置，能够保证丝杆53两端的活动块54同时向内或向外移动，保证了装置的可靠性。

活动块54的中部开设有螺纹孔，活动块54通过螺纹孔与丝杆53螺纹连接；第二安装槽52的两侧均开设有滑槽，滑槽内贴合连接有滑块，滑块与活动块54固定连接，通过设置滑槽和滑块，增加了活动块54的稳定性，提高了装夹效率。

固定臂55为L形，限位头61为上粗下细的圆柱体，固定臂55与限位头61贴合连接，通过这样设置，便于控制落锤6的收放，减小了施工难度；

落锤6与固定环51贴合连接，落锤6的内部固定连接有触发器，触发器与外部的地震信号采集仪电连接。

第一连通管85通过法兰88与抽样口83固定连接，第一连通管85与抽样口83之间设有密封圈87，第一连通管85和抽样口83均与密封圈87贴合连接，通过设置密封圈87，达到了密封的效果，保证了收集效率。

为了更好地勘探天然气水合物，所述的钻头为牙轮钻头，其材质为硬质合金，优选为钨钛钴硬质合金，其中TiC的含量M为12-18%，其余为碳化钨。

为了更好地勘探天然气水合物，所述钻头转速R为35-279转/分钟；优选的，所述TiC的含量M与钻头的转速R之间满足R^1/3=α·M；其中，α为调节系数，取值范围为9.7-49.5。

所述的钻头的布氏硬度Y为220-350。

所述钻头的硬度Y、转速R与TiC的含量M之间满足以下关系：

M=γ·(R/Y)；

其中，γ为匹配系数，取值范围为0.25-2.48。

A：选址：首先选出合适的测量地带，然后将预测量的地带划分四个不同深度的探测区带，以地面高度为0米，四个区带的深度依次为：0到-1m的地表勘探地带、-1m到-5m的浅层勘探地带、-5m到-50m的冻土勘探地带、-50m到-1000m的深层勘探地带；

B：车体固定：首先将勘探装置移动至区带上方，启动液压泵31，液压泵31通过支撑座32带动限位柱33向下移动，使限位柱33完全插入地面；

C：定位准备：启动第一伺服电机45，第一伺服电机45正转，第一伺服电机45通过变速齿轮44带动传动轴42旋转，传动轴42通过收卷轮43带动主钢丝绳46上升，主钢丝绳46通过副钢丝绳47带动测量装置5上升，当测量装置5的高度位置合适时，停止第一伺服电机45，再将落锤6内部的CMOS型触发器与外部的VECTORSEIS型信号采集仪电连接，然后将铁板放置到地上，使铁板与落锤6对齐；

D：震击：启动第二伺服电机57，第二伺服电机57正转，第二伺服电机57通过传输齿轮56带动丝杆53旋转，丝杆53通过活动块54带动固定臂55向两侧移动，当固定臂55与限位头61分离时，停止第二伺服电机57，这时落锤6失去束缚并进行自由落体运动，当落锤6撞击到铁板上时，记录地震信号采集仪上面的数据；

E：拾取落锤：首先反转第一伺服电机45，第一伺服电机45通过传动轴42带动主钢丝绳46下降，主钢丝绳46通过副钢丝绳47带动测量装置5下降，当落锤6进入测量装置5内时，反转第二伺服电机57，第二伺服电机57通过丝杆53带动两个固定臂55同时向内运动，当固定臂55夹紧限位头61时，停止第二伺服电机57，再正转第一伺服电机45将落锤6提起；

F：钻探：启动钻头驱动装置73，钻头驱动装置73带动钻头74高速旋转，然后启动第二动力装置7，第二动力装置7通过升降杆71带动钻头74向下运动，使钻头74深入地面；

G：收集样品：启动抽气机81，抽气机81将通过抽样口83将外部气体吸入收集箱82内，完成收集；

H：检测：将钻头74取出，然后取出收集箱82内的气体用色谱分析检测收集箱82中有机和无机气态组分相对含量，确定天然气中主要烃类组分和非烃组分；

综上所述：通过采用地震勘探和钻井勘探的测量方式，在两者的结合下，能够确定精确的数据，确定了大气异常时间段与天然气水合物分解释放的对应性，对于天然气水合物勘探具有很高的应用价值，通过检测钻井中油气显示井段、钻井液中有机和无机气态组分相对含量，确定气体主要来源，对指导该地区天然气勘探、减少勘探风险有重要意义。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天然气水合物勘探装置，包括主控制室（1）、移动装置（2）、第一动力装置（4）、液压泵（31）、钻头（74）、收集装置（8），其特征在于：所述主控制室（1）的底部两侧均固定连接有移动装置（2），所述移动装置（2）的一侧两端均固定连接有固定板（3），所述固定板（3）的底部固定连接有液压泵（31），所述液压泵（31）的底部固定连接有支撑座（32），所述支撑座（32）的底部固定连接有限位柱（33）；

所述主控制室（1）的一侧顶端固定连接有第一动力装置（4），所述第一动力装置（4）的内部开设有第一安装槽（41），所述第一安装槽（41）内设有传动轴（42）和第一伺服电机（45）；

所述传动轴（42）的两端外侧均固定连接有收卷轮（43），所述收卷轮（43）上固定连接有主钢丝绳（46），所述主钢丝绳（46）的一端贯穿第一动力装置（4）的底部并固定连接有副钢丝绳（47），所述副钢丝绳（47）的底端固定连接有测量装置（5）；

所述测量装置（5）的底部固定连接有固定环（51），所述测量装置（5）的内部开设有第二安装槽（52），所述第二安装槽（52）内设有丝杆（53）和第二伺服电机（57）；丝杆（53）的两端外侧均设有活动块，所述活动块的底端连接有固定臂（55），所述测量装置（5）的中部设有落锤（6），所述落锤（6）的顶端连接有限位头（61）；

所述主控制室（1）的另一侧顶端固定连接有第二动力装置（7），所述第二动力装置（7）的中部设有升降杆（71），所述升降杆（71）的底端固定连接有安装板（72），所述安装板（72）的底端固定连接有钻头驱动装置（73），所述钻头驱动装置（73）的底端固定连接有钻头（74），所述钻头驱动装置（73）的外侧固定连接有收集装置（8）；所述收集装置的内部设有抽气机和收集箱，所述收集装置的一侧底端开设有抽样口，所述抽样口内固定连接有过滤网，所述收集箱的一端通过第一连通管与抽样口相连通，所述收集箱的另一端通过第二连通管与抽气机相连通；

所述的钻头为牙轮钻头，其材质为钨钛钴硬质合金；所述钻头转速R与TiC的含量M之间满足R^1/3=α·M；其中，α为调节系数，取值范围为9.7-49.5；钻头转速R的单位为转/分钟，TiC的含量M为百分比。

2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物勘探装置，其特征在于：所述支撑座（32）为梯形，所述限位柱（33）有多个，多个限位柱（33）呈矩形阵列分布，所述限位柱（33）的底部呈圆锥形。

3.根据权利要求1或2所述的一种天然气水合物勘探装置，其特征在于：所述传动轴（42）通过第一轴承（48）与第一安装槽（41）活动连接；所述第一伺服电机（45）上固定连接有齿轮，所述传动轴的中部外侧连接有变速齿轮，变速齿轮（44）与第一伺服电机（45）上的齿轮啮合连接。

4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物勘探装置，其特征在于：所述第二伺服电机（57）上固定连接有齿轮，传输齿轮（56）与第二伺服电机（57）上的齿轮啮合连接；丝杆（53）通过第二轴承（58）与第二安装槽（52）活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物勘探装置，其特征在于：所述固定臂（55）为L形，所述限位头（61）为上粗下细的圆柱体，所述固定臂（55）与限位头（61）贴合连接；所述落锤（6）与固定环（51）贴合连接，所述落锤（6）的内部固定连接有触发器，所述触发器与外部的地震信号采集仪电连接。

6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物勘探装置，其特征在于：所述第一连通管（85）通过法兰（88）与抽样口（83）固定连接，所述第一连通管（85）与抽样口（83）之间设有密封圈（87），所述第一连通管（85）和抽样口（83）均与密封圈（87）贴合连接。

7.一种应用于权利要求1-6任一项所述的天然气水合物的勘探装置的勘探方法，其特征在于，该勘探方法包括以下步骤：

B：车体固定：首先将勘探装置移动至区带上方，启动液压泵（31），液压泵（31）通过支撑座（32）带动限位柱（33）向下移动，使限位柱（33）完全插入地面；

C：定位准备：启动第一伺服电机（45），第一伺服电机（45）正转，第一伺服电机（45）通过变速齿轮（44）带动传动轴（42）旋转，传动轴（42）通过收卷轮（43）带动主钢丝绳（46）上升，主钢丝绳（46）通过副钢丝绳（47）带动测量装置（5）上升，当测量装置（5）的高度位置合适时，停止第一伺服电机（45），再将落锤（6）内部的触发器与外部的地震信号采集仪电连接，然后将铁板放置到地上，使铁板与落锤（6）对齐；

D：震击：启动第二伺服电机（57），第二伺服电机（57）正转，第二伺服电机（57）通过传输齿轮（56）带动丝杆（53）旋转，丝杆（53）通过活动块（54）带动固定臂（55）向两侧移动，当固定臂（55）与限位头（61）分离时，停止第二伺服电机（57），这时落锤（6）失去束缚并进行自由落体运动，当落锤（6）撞击到铁板上时，记录地震信号采集仪上面的数据；

E：拾取落锤：首先反转第一伺服电机（45），第一伺服电机（45）通过传动轴（42）带动主钢丝绳（46）下降，主钢丝绳（46）通过副钢丝绳（47）带动测量装置（5）下降，当落锤（6）进入测量装置（5）内时，反转第二伺服电机（57），第二伺服电机（57）通过丝杆（53）带动两个固定臂（55）同时向内运动，当固定臂（55）夹紧限位头（61）时，停止第二伺服电机（57），再正转第一伺服电机（45）将落锤（6）提起；

F：钻探：启动钻头驱动装置（73），钻头驱动装置（73）带动钻头（74）高速旋转，然后启动第二动力装置（7），第二动力装置（7）通过升降杆（71）带动钻头（74）向下运动，使钻头（74）深入地面；

G：收集样品：启动抽气机（81），抽气机（81）将通过抽样口（83）将外部气体吸入收集箱（82）内，完成收集；

H：检测：将钻头（74）取出，然后取出收集箱（82）内的气体进行检测；

8.根据权利要求7所述的一种天然气水合物的勘探方法，其特征在于：所述步骤A中以地面高度为0米，四个区带的深度依次为：0到-1m的地表勘探地带、-1m到-5m的浅层勘探地带、-5m到-50m的冻土勘探地带、-50m到-1000m的深层勘探地带。