一种天然气水合物现场样品切割转移装置

    技术2025-02-11  47


    本发明涉及天然气水合物开采,特指一种天然气水合物现场样品切割转移装置。


    背景技术:

    1、

    2、随着天然气水合物研究工作的不断深入,已经发展出了一批模拟水合物生成和开采过程的试验装置,但随着研究的不断深入,对于此类试验装置的要求越来越高,当前国内和国际上对于天然气水合物的试验模拟装置的要求大致如下:

    3、(1)试验综合性越来越强

    4、随着科学研究的不断深入,科学研究已经成单一化想跨学科化和集成化发展。天然气水合物模拟试验装置的设计要求也由原来的单一功能需求演变成了集成化系统化的设计要求。根据调研发现,现在的天然气水合物模拟试验装置,除了模拟水合物的物相态关系以外,还可以模拟水合物的沉积地层,测试在有无水合物生成时地层的各项物理化学属性,研究水合物的地层参数特性等。

    5、(2)可视化程度越来越高

    6、宏观科学发展到一定地步后,已经不足以解释主动物理现象,为尽可能清楚了分析和了解天然气水合物的各项机理特性,对试验模拟系统提出了更高的功能性要求,希望能够通过可视化技术实时采集地层内天然气水合物的生成、聚集和分解等物相态变化过程。甚至能够通过其他测试设备对研究对象进行微观世界的观测和记录分析。

    7、(3)试验模拟的环境条件越来越苛刻

    8、随着天然气水合物实地取样的不断深入,对天然气水合物是成藏环境越来越清晰,也堆试验模拟装置提出了新的挑战。巨大的地层压力以及较低的环境温度是天然气水合物生成的必要条件。为创造这一条件,也堆试验模拟系统提出了更高要求。如何能够精确的控制模拟环境,如何保证各试验装置在苛刻的环境条件下正常工作,如何保证试验装置在如此环境条件下结构可靠性较高都是试验系统设计研究的重点内容。

    9、(4)测量精度越来越高

    10、为精确解读天然气水合物的成藏状态以及开采方式对地层的影响等,真实反映天然气水合物在地层中的各种特性,了解并掌握各项机理关系,对试验模拟系统的测试能力提出了更高要求。高精度测量,高精度控制是实现精确模拟的必要前提,为实现这一目的,除了选用可靠准确的传感器以外,也对设计方案提出了更高要求,如何合理的布置和使用传感器等各类元器件设备,也是影响试验模拟装置测量精度的重要内容。

    11、海底可燃冰储层是由天然气、水、水合物、冰、砂等组成的多相多组分复杂沉积物体系,不同的可燃冰储层条件会造成开采技术方法和开采结果的极大差别。所以,可燃冰目标储层关键地质参数的现场表征技术是开采前探测可燃冰最关键的技术手段之一,也是进一步准确预测目标区可燃冰产能与确定开采方案的基础。目前,海洋可燃冰储层参数现场表征及在线产能评价成为可燃冰商业开采的关键技术问题,亟需开展专项研发,建立成熟的技术和专用装备体系。

    12、然而,在现有技术中,存在以下技术难点:现有技术中暂无一种可实现可燃冰海底原位保压样品在保压条件下任意尺寸切割、转移及分段存储的装置。


    技术实现思路

    1、本发明的发明目的在于:为了解决现有技术中所存在的技术难点,本发明提供了一种天然气水合物现场样品切割转移装置。

    2、为了解决现有技术中所存在的问题,本发明采用以下技术方案:

    3、一种天然气水合物现场样品切割转移装置,包括有伺服传动机构、耐压操作器、高压密封操作机构、保压单元和数据采集系统;

    4、所述伺服传动机构依次与所述耐压操作器、所述高压密封操作机构和所述保压单元相连接;其中,所述高压密封操作机构包括有切割单元和密封单元;

    5、工作时,通过所述伺服传动机构驱动样品在所述耐压操作器中进行往复运动或旋转,当样品进入到高压密封操作单元中后,通过所述切割单元对样品进行切割,切割后的样品进入到保压单元中进行存储。

    6、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述伺服传动机构包括有依次连接设置的伺服电机、伺服驱动器、伺服旋转机构和样品夹取器;

    7、所述样品夹取器用于夹取样品,通过伺服电机分别驱动所述伺服驱动器驱动所述样品夹取器在所述耐压操作器内进行往复运动,以及,驱动所述伺服旋转机构驱动所述样品夹取器在所述耐压操作器内进行旋转。

    8、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述伺服传动机构还包括有伺服控制器,所述伺服控制器分别与所述伺服驱动器和所述伺服旋转机构相连接。

    9、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述耐压操作器可耐压0-40mpa;

    10、所述耐压操作器整体呈套筒状,所述样品外设置有护套,所述伺服传动机构驱动所述样品和所述护套在所述耐压操作器内实现往复运动和旋转。

    11、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述高压密封操作单元与所述耐压操作器可拆卸连接,所述切割单元与所述密封单元之间可拆卸连接,所述密封单元和所述保压单元之间可拆卸连接。

    12、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述密封单元包括有多个球阀;

    13、多个所述球阀包括有第一球阀和第二球阀,所述第一球阀设置在所述切割单元和所述耐压操作器之间,所述第二球阀设置在所述切割单元和所述保压单元之间。

    14、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述天然气水合物现场样品切割转移装置还包括有用于维持、稳定所述天然气水合物现场样品切割转移装置内部压力的加压系统。

    15、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述数据采集系统包括有压力采集系统和温度采集系统,所述压力采集系统包括有压力传感器和压力采集模块,所述温度采集系统包括有温度传感器和温度采集模块;

    16、多个所述压力传感器和多个所述温度传感器获取所述天然气水合物现场样品切割转移装置内不同位置的实时压力值和温度值。

    17、作为本发明天然气水合物现场样品切割转移装置的技术方案的一种改进,所述数据采集系统还包括有计算机及安装在所述计算机中的数据处理分析软件。

    18、本发明的有益效果:

    19、1、本发明突破了可燃冰储层钻取岩心现场原位处理分析的关键技术难点,实现了天然气水合物现场尺度的分析研究,极大提高可燃冰分析设备的便携性,实现测量方式的升级(可燃冰分解速率、气液流速、沉积物形变量、分解气组分等可燃冰开采关键技术参数);实现30mpa,1米的可燃冰岩心样品的直接处理;

    20、2、在本发明中,可将实验室测试技术推广至现场测试,将直接为未来可燃冰产业化所必须建立的现场储层参数表征及在线产能预测装备研发提供重要理论基础和关键设计参数,填补我国尚无可燃冰现场测试专用工程装备的空白,为我国可燃冰产业化进程提供重要的理论支撑和技术支持;

    21、3、在本发明中,在依次设置的伺服传动机构、稳压操作器、高压密封操作机构和保压单元的共同作用下,实现了在高压保压状态条件下,对海洋可燃冰样品进行转移、切割和分段储存的效果,解决了现有技术中暂无一种可实现可燃冰海底原位保压样品在保压条件下任意尺寸切割、转移及分段存储的装置的问题。


    技术特征:

    1.一种天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,包括有伺服传动机构、耐压操作器、高压密封操作机构、保压单元和数据采集系统;

    2.根据权利要求1所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述伺服传动机构包括有依次连接设置的伺服电机、伺服驱动器、伺服旋转机构和样品夹取器;

    3.根据权利要求2所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述伺服传动机构还包括有伺服控制器,所述伺服控制器分别与所述伺服驱动器和所述伺服旋转机构相连接。

    4.根据权利要求1所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述耐压操作器可耐压0-40mpa;

    5.根据权利要求1所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述高压密封操作单元与所述耐压操作器可拆卸连接,所述切割单元与所述密封单元之间可拆卸连接,所述密封单元和所述保压单元之间可拆卸连接。

    6.根据权利要求5所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述密封单元包括有多个球阀;

    7.根据权利要求1所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述天然气水合物现场样品切割转移装置还包括有用于维持、稳定所述天然气水合物现场样品切割转移装置内部压力的加压系统。

    8.根据权利要求1所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述数据采集系统包括有压力采集系统和温度采集系统,所述压力采集系统包括有压力传感器和压力采集模块,所述温度采集系统包括有温度传感器和温度采集模块;

    9.根据权利要求8所述的天然气水合物现场样品切割转移装置,其特征在于,所述数据采集系统还包括有计算机及安装在所述计算机中的数据处理分析软件。


    技术总结
    本发明涉及天然气水合物开采技术领域,特指天然气水合物现场样品切割转移装置,包括有伺服传动机构、耐压操作器、高压密封操作机构、保压单元和数据采集系统;工作时,伺服操作传动机构用于驱动耐压操纵器往复运动;伺服旋转机构用于夹紧样品后实现样品的360°转动,耐压操纵器用于驱动抓手抓取样品,并配合高压密封机构辅助样品切割单元进行样品切割,并在伺服操作传动机构的作用下,实现往复运动;切割后的样品放置在高压保压仓中进行储存;在整个切割过程中通过压力采集系统中进行系统压力采集的,并把数据传输至数据采集及控制系统进行数据的处理和分析。

    技术研发人员:李小森,王屹,刘建武,许睿,陈朝阳,李刚,张郁
    受保护的技术使用者:中国科学院广州能源研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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