穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器

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穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种海底取样设备，特别涉及一种穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器。\n背景技术\n[0002] 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。\n[0003] 中国实用新型专利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，该实用新型内容还存在着以下的缺陷：\n[0004] 1、保真取样筒由带密封锥面的保真筒体上端、保真筒体、带花瓣机构的刀头三部分组成，整个保真取样筒的长度受保真筒体限制，无法做得很长，太长就无法很好地加工、安装和运输，所以给取样的量带来限制；\n[0005] 2、在保真筒体上行过程中，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；\n[0006] 3、在保真筒体上提过程中，样品入口端刮落的附着泥粘性大，很难依靠倒锥清除干净，影响密封舱密封的问题；而且保真筒上提在进入密封舱下封口时会产生真空，将淤泥吸入密封舱，影响密封效果。\n实用新型内容\n[0007] 本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新的穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器。\n[0008] 为了解决以上问题，本实用新型是通过如下技术方案实现。\n[0009] 提供一种穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器，包括保真取样筒、导流舱、蓄能器、密封舱、重锤机构和吊放架；保真取样筒包括保真筒体、衬筒和带花瓣机构的刀头；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；导流舱固定连接密封舱，且导流舱和密封舱均活动套接于保真筒体，蓄能器固定于导流舱内；密封舱上部设锁舌机构，用于限定保真筒体移动方式；重锤机构包括重锤、重锤缆和杠杆，吊放架包括夹板、活塞、主缆和释放缆，其中主缆穿过夹板并连接位于衬筒中的活塞，释放缆穿过夹板并接于导流舱上端；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；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；\n在与不锈钢管螺接后，连接头与衬筒具有相同的内径；所述密封舱底部还设有隔离舱，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；密封舱与隔离舱之间设翻板阀，隔离舱底部设有两个半圆舱门。\n[0010] 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。\n[0011] 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。\n[0012] 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。\n[0013] 作为一种改进，保真筒体外壁设有隔热材料镀层。\n[0014] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：\n[0015] (1)基于保真筒体的结构优化、取样口径优化，增加了取样器长度及其取样深度。\n[0016] (2)基于隔离舱壁上的水冲洗技术以及隔离舱底部两个半圆舱门的设计，可减少淤泥吸入对翻板阀的影响，提高下密封舱下封口的密封性能。\n附图说明\n[0017] 图1是保真取样器结构示意图，该图所显示的也是采样前的准备状态。\n[0018] 图2是取样器取样之后向上提起状态的示意图。\n[0019] 图3是保真筒体的结构示意图。\n具体实施方式\n[0020] 结合附图，下面通过具体实施例对本实用新型进行详细说明。\n[0021] 本实用新型中：穿过水合物BSR界面的重力活塞式长柱状沉积物取样器，包括：保真取样筒、导流舱2、蓄能器3、密封舱4、重锤机构和吊放架；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；导流舱2固定连接密封舱4，且导流舱2和密封舱4均活动套接于保真筒体1，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。密封舱4上部设锁舌机构18，用于限定保真筒体1的移动方式；\n重锤机构包括重锤5、重锤缆6和杠杆7，吊放架包括夹板15、活塞16、主缆17和释放缆19，其中主缆17穿过夹板15并连接位于衬筒22中的活塞16，释放缆19穿过夹板15并接于导流舱2上端；\n[0022] 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。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。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外壁设有隔热材料镀层。\n[0023] 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的壁厚是一个有效的方法。同时考虑衬筒\n22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。\n[0024] 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。\n[0025] 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。本实用新型提出了创新性的引水冲洗技术，在隔离舱\n12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。\n[0026] 本实用新型的使用方法：\n[0027] 当取样装置下水前，保真筒体1位于密封舱4下方，密封舱4上方的四个锁舌机构\n18可以挡住保真筒体1的上端面，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。当采样器下放到离海底还有一段距离时，重锤到达海底后，触动杠杆上抬，松开释放缆，使得保真筒体1在整个采样器自重作用下自由地插入沉积物中，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筒体1上升。\n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。\n[0028] 在取样器下落时，密封舱4一直位于保真筒体1的上方，与导流舱2一起提供下插力；取样器回收时，保真筒体1自下而上穿过密封舱4，使翻板阀13关闭，实现保压功能。导流舱2的中心部位是导向筒，其两端内嵌铜套，以确保保真筒体1穿过的全过程中运动的可靠性。保真筒体1可以自由落体插入海底，对海底表层的松软沉积物直接进行保真取样，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。\n[0029] 当绞车收钢缆时，首先通过主缆17牵引活塞，活塞16上升至锁舌机构18时，活塞\n16的头部顶开锁舌机构18，使得保真筒体1得以在活塞16的带动下上升。此时，花瓣机构\n9合拢将沉积物样品从底部拉断，使样品与沉积物分离，整个保真筒体1一起被提起并自下而上穿过密封舱4。在密封舱4底部是隔离舱12，当保真筒体1全部通过隔离舱12后，隔离舱12下方的两个半圆舱门14在内置的闭锁机件作用下关闭，防止保真筒体1上行过程中，海底泥土在翻板阀13关闭前由于压差作用上涌进入密封舱4，影响密封舱4的密封效果。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保真筒体1的两个锥面，以及相应的密封圈实现密封。\n[0030] 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，该阀与密封舱4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。保真筒体内压降至常压后，才能将沉积物样品取出。\n[0031] 最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。