干冰升华式天然气水合物孔底冷冻取样器的研制

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1、第2期机械设计与制造2011年2月MachineryDesign&Manufacture文章编号：1001—3997(2011)02—0099—02干冰升华式天然气水合物孔底冷冻取样器的研制木郭威孙友宏陈晨赵江鹏赵建国贾瑞李国圣(吉林大学建设工程学院，长春130026)ThedevelopmentofsampleforgashydratesbyholebottomfreezingwithdryIcesublimateGUOWei，SUNYou-hong，CHENChen，ZHAOJiang—peng，ZHAOJian—guo，JIARui，LIGu

2、o—sheng(CollegeofConstructionEngineering，JilinUniversity，Changchun130026，China)【摘要】针对天然气水合物的赋存特点，研制天然气水合物孔底冷冻取样器。取样器是以干冰为冷冻剂，酒精为助冷催化剂和载冷剂的冷冻方式来实现孔底冷冻岩样。介绍了取样器的技术参数、冷冻方式原理、工作原理和结构特点。关键词：天然气水合物；孔底冷冻；取样器；干冰【Abstract】Accordingtothestratumcharacteristicofgashydrates，thesampleforgas

3、hydratesbyholebottomfreezingisdeveloped．Thefreezingmethodisthatthedryiceisusedascoolant．thealcoholposi—tirefreezingcatalystandcoolingmedium．1tdescribesthedesignparameters,freezingmethodprinciple，op—eratingprincipleandstructureatures．Keywords：Gashydrates；Holebottomfreezing；Samp

4、le；Dryice中图分类号：TH16文献标识码：A1引言性能将需要做很大的提高，而且这并不容易做到。那么，采用天然气水合物孔底冷冻取样方法可以解决上述问油气资源是国民经济建设的物质基础，是维持我国经济可持题。方法利用外部冷源在孔底降低水合物眷温度，采用主动式降温续发展和国家安全的重要保障。近年来我国常规油气资源日益紧方法降1氐水合物的临界分解压力，达到被动式降压来抑制水合物分张，寻找新型可替代能源已经迫在眉睫。天然气水合物储量巨大，全解，E的岩羊品。并研制干冰升华式天然气球天然气水合物中有机碳含量相当于当前已知煤、石油和天然气等水合物孔底冷冻取样

5、器，冷冻方式采用干冰为冷冻剂，酒精作为助冷化石燃料总资源量的两倍l，因而，天然气水合物成为世界各国在能催化剂和载冷剂，是一种全新的天然气水合物保真取样方法和工具。源战略平衡发展中必须加以考虑的重要凶素。天然气水合物是由水分子和碳氢分子组成的具有笼状结构的似冰雪状结晶化合物，因其2技术参数取样器规格：中108mm；钻头直径：中112．5mm；取样器长度：7中气体分子以甲烷为主，故又被称为甲烷水合物或“可燃冰”[21。天然气水合物的晶体结构模型如图1所示，实物如图2所示。m；取样长度：1．5m；取样直径：qb50mm；岩心冷冻温度：(_20)℃。3冷冻

6、方式原理干冰升华式天然气水合物孔底冷冻取样器的冷冻方式原理如图3所示。采用干冰作为冷冻剂，酒精作为助冷催化剂和载冷剂实现孔底冷冻岩心。■常温酒精图I天然气水合物晶体图2天然气水合物岩心结构模型Fig．2ThecoreofgashydratesFig．1Crystalstnleturemodelofgashydrates钻探取样是认识天然气水合物的前提。天然气水合物是在低温(0～10℃)高压(>10MPa)下形成的12]，这种特殊条件对钻探取样的要求就很高。目前国内外天然气水合物取样器以保压取样器为主，其设计思路是通过关闭球阀的机械式保压方式来抑制水

7、合物分解。这对于整个取心器的强度，特别是对球阀的强度和密封性的要求就相当高。如果球阀的密封性稍有下降，那么岩心就不能保持初始压力，导致取心失败。而且当取样器的设计压力达到图3冷冻方式原理图一定程度后，如果想再要增加压力，那么取样器的材料和和密封Fig．3Theprincipleoffreezingmethod★来稿日期：2010—04—20★基金项目：科技部国际合作与交流专项一天然气水合物孔底冷冻取样方法及取样器的研究(2007DFR60l00)中国地质调查局项目一青藏高原冻土带天然气水合物凋查评价(1212010818055)100郭威等：干冰升

8、华式天然气水合物孔底冷冻取样器的研制第2期具体冷冻原理：通过向冷冻剂于冰内注入常温酒精，常温酒4．2．2孔底冷冻岩心过程精