CN1285899C - 保真取样一体式的深海沉积物取样器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保真取样一体式的深海沉积物取样器。包括由重锤机构、吊放机构、保真取样筒、蓄能器和锁舌机构组成的重力活塞式取样机构：包括由密封舱本体、翻板阀、下端盖、下压盖和倒锥组成的密封舱。它是将取样筒与保压筒合而为一成保真取样筒，而且保真取样筒上下两端兼作密封部位，使其结构非常紧凑，吊放要求大大降低，而筒体的抗压、抗弯等强度明显提高，该装置可以在海底取到沉积物和水、气或天然气水合物等样品并进行保温保压处理，保持样品原有的成份和状态，利用船上地质绞车投放、取样与回收，不需要其它动力源即可获得一管保温保压样品，并通过释压阀与气体分离装置接口，分离样品中的溶解气体和进行后续处理。
Description
技术领域
本发明涉及用于地表钻进或钻井以便取得表土或井中液体试样的设备，尤其是涉及一种保真取样一体式的深海沉积物取样器。
背景技术
天然气水合物的勘探与开采是全球性的课题，国外已经进入商业开采阶段，但我国才刚刚起步，尚处于勘探初期。利用沉积物取样器取得海底沉积物，通过后续处理与分析，可以判断海底下面是否有天然气水合物存在，甚至可以直接取到天然气水合物，具有重要的意义。为了保持样品原有的成份和状态，要求取样器具有保温保压功能，即保真功能。相应地对取样器的强度、密封、结构等提出了很高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保真取样一体式的深海沉积物取样器，将两者的功能集成到一个筒体上，解决取样与保真的要求，尤其对取样深度要求较大的工况非常适合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，包括重力活塞式取样机构和密封舱两个部件：
1)重力活塞式取样机构：包括重锤机构、吊放机构、保真取样筒、蓄能器和锁舌机构；其中：
重锤机构：包括重锤、重锤缆、杠杆、夹板；杠杆的一端经重锤缆接重锤、杠杆的另一端接夹板；
保真取样筒：包括保真筒体、花瓣、衬筒；花瓣放在保真筒体下端刀头的台阶上；衬筒紧贴保真筒体内壁，衬筒上端顶住保真筒体上端突出台阶，衬筒下端压住花瓣台阶面上；
吊放机构：包括释放缆、导流装置、活塞；导流装置上端通过释放缆挂在杠杆上，导流装置下端用螺钉固定在密封舱本体上端，活塞的上端与主钢缆连接，活塞与衬筒之间装有密封圈密封；
锁舌机构：用螺钉固定在密封舱本体上端孔中；
蓄能器：用上抱箍和下抱箍固定在导流装置内；
2)密封舱：包括密封舱本体、翻板阀、下端盖、下压盖、倒锥；翻板阀用铰链固定在下端盖上，竖立在密封舱本体内壁的一侧，被保真筒体外壁挡住，下端盖放在密封舱本体支撑环上，下端盖与下压盖螺钉预紧，倒锥扣在下压盖上，下压盖、倒锥二者通过螺钉固定在密封舱本体下端，下压盖上装有一插销，插销插入保真筒体中段的斜槽内。防止保真筒体向下滑落。
本发明具有的有益的效果是：它是将取样筒与保压筒合而为一成保真取样筒，而且保真取样筒上下两端兼作密封部位，使其结构非常紧凑，吊放要求大大降低，而筒体的抗压、抗弯等强度明显提高，该装置可以在海底取到沉积物和水、气或天然气水合物等样品并进行保温保压处理，保持样品原有的成份和状态，利用船上地质绞车投放、取样与回收，不需要其它动力源即可获得一管保温保压样品，并通过释压阀与气体分离装置接口，分离样品中的溶解气体和进行后续处理。对于取样深度要求较大的应用场合特别适合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是取样后的结构示意图(不含重锤机构)；
图3是本发明的保真取样筒结构示意图；
图4是取样器下放时，锁舌机构结构示意图；
图5是取样器回收时，锁舌机构结构示意图；
图6是本发明的密封舱结构示意图。
图中：1、重锤，2、重锤缆，3、杠杆，4、夹板，5、主钢缆，6、释放缆，7、上抱箍，8、蓄能器，9、导流装置，10、下抱箍，11、锁舌机构，12、密封舱本体，13、翻板阀，14、下端盖，15、下压盖，16、倒锥，17、保真筒体，18、活塞，19、花瓣，20、衬筒，21、密封圈，22、O型密封圈，23、O型密封圈，24、O型密封圈，25、支撑环，26、插销。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明的系统结构示意图。它包括如下两个部件：
重力活塞式取样机构：这部分包括重锤机构(含重锤1、重锤缆2、杠杆3、夹板4等)、吊放机构(含释放缆6、导流装置9、活塞18等)、保真取样筒(含保真筒体17、花瓣19、衬筒20等)、蓄能器8以及锁舌机构11等配件组成。重锤机构由重锤1、重锤缆2、杠杆3、夹板4四部分组成，重锤1用起吊螺钉挂在重锤缆2上，重锤缆2用卸扣挂在杠杆3上，杠杆3通过夹板4固定在主钢缆5上。吊放机构由释放缆6、导流装置9、活塞18组成，导流装置9上端通过释放缆6挂在杠杆3上，下端用螺钉固定在密封舱本体12上，活塞18上端与主钢缆5连接，活塞18与衬筒20之间有密封圈21密封，取样前位于衬筒20最下端，取样后位于衬筒20最上端并进入保真筒体17的上密封口。保真取样筒(如图3所示)由保真筒体17、花瓣19、衬筒20三部分组成，花瓣19放在保真筒体17下端刀头的台阶上，衬筒20紧贴保真筒体17内壁，上端顶住保真筒体17上端突出台阶，下端压住花瓣19，花瓣19弹性较好，在取样时，沉积物可以顺利通过花瓣19进入衬筒20，取样完毕，花瓣19可以切断沉积物，衬筒20起到保温作用。锁舌机构11(如图4、图5所示)用螺钉固定在密封舱本体12上，突出的弹簧锁舌在取样时可以挡住保真筒体17，防止保真取样筒17上移；取样后，又可通过活塞18的上端锥面顶开，保真筒体17顺利拉过锁舌。蓄能器8通过上抱箍7和下抱箍10固定在导流装置9上，通过管路与密封舱本体12相连通，补偿取样器的压力损失。
密封舱(如图6所示)由密封舱本体12、翻板阀13、下端盖14、下压盖15、倒锥16五部分组成。翻板阀13用铰链固定在下端盖14上，竖立在密封舱本体12内壁的一侧，被保真筒体17外壁挡住；下端盖14通过放在密封舱本体12上支撑环25而不让它下移，下端盖14与下压盖15螺钉预紧，倒锥16扣在下压盖15上，下压盖15、倒锥16二者通过螺钉固定在密封舱本体12上。下压盖15上装有一插销26，插销26插入保真筒体17中段的斜槽，防止保真筒体17向下滑落(但允许向上移动)。
保真取样的几项关键技术：
1.保真取样筒上封口密封(如图3所示)：无锥度的轴向密封；用活塞18上部的小圆柱体作为封口，在主钢缆5的拉力作用下，塞入保真筒体17上端中心孔，通过O型密封圈22的变形完成密封。
2.密封舱密封(如图6所示)：取样完毕，保真筒体17完全通过翻板阀13，翻板阀13由于失去保真筒体17的支撑，在预紧力的作用下塞入下端盖14的中心孔，通过O型密封圈24的变形完成15°锥度密封；同时，保真筒体17下端钻头的锥面塞入密封舱本体12上端口锥面，这个锥面作为支撑面，承受密封舱的重量，钻头圆柱面也塞入密封舱本体12上端中心孔，通过O型密封圈23的变形完成密封。
3.压力补偿方法：蓄能器8与密封舱本体12通过管路连接，通过蓄能器8对整个取样器内的压力损失进行补偿。
4.保温方法：通过对保真筒体17、密封舱本体12内外表面涂保温材料层及衬筒20对沉积物保温。
本发明的工作过程如下：
(1)重锤1到达海底后，触动杠杆3上抬，使释放缆6与杠杆3脱扣，取样器自由下落，保真筒体17在整个取样器重力的作用下自由地插入沉积物中，而活塞18则在接近海底后在主钢缆5的作用下仅以绞车的放缆速度下降，相对于自由下落的保真筒体17上升。由于活塞18与保真取样筒之间有较好的密封，因而在活塞的下方可以形成局部真空，使样品更顺利地进入衬筒20内，并补偿衬筒20内壁的摩擦力。
(2)在整个下落过程中，由于保真筒体17被锁舌机构11挡住，密封舱一直位于保真筒体17的上方，与保真筒体17一起依靠重力提供下插力；取样器回收时，活塞18到达保真筒体17上端口顶开锁舌机构11，并通过O型密封圈22的变形密封住保真筒体17上端口，继而带动保真取样筒自下而上穿过密封舱，使保真筒体17刀头到达密封舱本体12上端密封口进行密封，并使翻板阀13关闭密封舱本体12下密封口，实现保压功能。作为压力补偿器的蓄能器8装在取样器最上方的导流装置9，与密封舱本体12的容腔用管路相连，补充整个保压腔容积的缺损，保证样品压力不至于下降太多。
(3)当绞车收钢缆时，首先通过主钢缆5牵引活塞18，将整个保真取样筒向上提起。保真取样筒17下端的花瓣19合拢将沉积物样品从底部拉断，使样品与沉积物分离，整个保真取样筒一起被提起并自下而上穿过密封舱，密封住上下两个封口，实现了沉积物的保真取样。
Claims (1)
1.一种保真取样一体式的深海沉积物取样器，其特征在于包括重力活塞式取样机构和密封舱两个部件：
1)重力活塞式取样机构：包括重锤机构、吊放机构、保真取样筒、蓄能器(8)和锁舌机构(11)；其中：
重锤机构：包括重锤(1)、重锤缆(2)、杠杆(3)、夹板(4)；杠杆(3)的一端经重锤缆(2)接重锤(1)、杠杆(3)的另一端接夹板(4)；
保真取样筒：包括保真筒体(17)、花瓣(19)、衬筒(20)；花瓣(19)放在保真筒体(17)下端刀头的台阶上；衬筒(20)紧贴保真筒体(17)内壁，衬筒(20)上端顶住保真筒体(17)上端突出台阶，衬筒(20)下端压住花瓣(19)台阶面上；
吊放机构：包括释放缆(6)、导流装置(9)、活塞(18)；导流装置(9)上端通过释放缆(6)挂在杠杆(3)上，导流装置(9)下端用螺钉固定在密封舱本体(12)上端，活塞(18)的上端与主钢缆(5)连接，活塞(18)与衬筒(20)之间装有密封圈(21)密封；
锁舌机构(11)：用螺钉固定在密封舱本体(12)上端孔中；
蓄能器(8)：用上抱箍(7)和下抱箍(10)固定在导流装置(9)内；
2)密封舱：包括密封舱本体(12)、翻板阀(13)、下端盖(14)、下压盖(15)、倒锥(16)；翻板阀(13)用铰链固定在下端盖(14)上，竖立在密封舱本体(12)内壁的一侧，被保真筒体(17)外壁挡住，下端盖(14)放在密封舱本体(12)支撑环(25)上，下端盖(14)与下压盖(15)螺钉预紧，倒锥(16)扣在下压盖(15)上，下压盖(15)、倒锥(16)二者通过螺钉固定在密封舱本体(12)下端，下压盖(15)上装有一插销(26)，插销(26)插入保真筒体(17)中段的斜槽内。
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