干冰升华式孔底冷冻取样器冷源保冷方法的试验研究.pdf

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1、2009年9月探矿工程(岩土钻掘工程)5干冰升华式孔底冷冻取样器冷源保冷方法的试验研究郭威，孙友宏，陈晨，赵江鹏，赵建国(吉林大学建设工程学院，吉林长春130026)摘要：针对已研制的天然气水合物孔底冷冻取样器，为进一步提高取样器干冰冷源的保冷效果，提出干冰冷源双层保冷方法。通过试验研究，证明干冰冷源双层保冷方法可大幅度提高干冰在井内的保存时间，可以将此方法应用于取样器的设计。关键词：天然气水合物；孔底冷冻取样器；干冰；保冷方法中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672—7428(2009)09—0005—02Experi

2、mentalStudyonColdSourceInsulationMethodforGasHydrateswithDryIceSublimationHoleBottomFreezingSampler／GUOWei，SUNYou—hong，CHENChen，ZHAOJiang-peng，ZHAOJian—guo(CollegeofConstructionEngineering，JilinUniversity，ChangchunJilin130026，China)Abstract：Inordertoimprovethecoldinsulat

3、ioneffectofdryicecoldsouYceofsampler，double—layercoldinsulationmethodfordryicecoldsourcewasputfonvard．ItwasprovedbyexperimentthatdoublelayercoldinsulationmethodfordryicecoldsoHreecouldgreatlyprolongpreservationtimeofdryiceintheholebottom，andthismethodcanbeappliedinthesam

4、plerdesign．Keywords：gashydrates；holebottomfreezingsampler；dryice；coldinsulationmethod0引言源，因此如何选择干冰冷源的保冷材料，设计保冷结天然气水合物孔底冷冻取样方法是利用外部冷构就十分重要。根据干冰的低温特性，并结合现有源在孔底降低水合物岩心温度，采用主动式降温的保冷材料的性质，提出干冰冷源双层保冷方法。方法降低水合物的临界分解压力，达到被动式降压1．1冷源保冷材料的选择来抑制水合物分解，以此来获得保真程度较高的水导热系数≤0．12w／(m·K)的材料

5、称为保温合物岩心样品的方法。根据上述原理，并通过相关材料。适用温度在0CI=以下的保温材料称为保冷材的室内冷冻实验研究，研制FCS型(FreezingCore料。Sample)天然气水合物孑L底冷冻取样器，取样器是以工程上对保冷材料的主要要求有以下3点：干冰为冷冻剂，酒精作为助冷催化剂和载冷剂这一(1)保冷材料在平均温度<300K(27)的情冷冻方式为根本原则进行设计。通过对取样器进行况下，其导热系数≯0．064w／(m·K)；土层钻进取样试验，并获得冷冻状土样，证明孔底冷(2)保冷材料密度≯220kg／m；冻取样方法是可行的，能够实现

6、孔底冷冻岩样。(3)保冷硬质绝热制品抗压强度N0．15MPa。干冰是取样器实现孔底冷冻功能的冷源。因根据上述要求，结合干冰的低温特性(一78．5此，干冰在井内的保存时间就成为取样器能否实现℃)，并考虑到取样器的结构和工艺要求，选择现有孔底冷冻岩心的关键。为进一步提高冷源在井下的性能最佳的保冷绝热材料硬质聚氨酯泡沫塑料和聚保存时间，必须对冷源的保冷材料和结构进行研究，氨酯泡沫塑料作为保冷材料。硬质聚氨酯泡沫塑料并应用于取样器，以保证实现取样器孑L底冷冻岩心。和聚氨酯泡沫塑料的性能见表1。这两种材料在导热系数、密度、抗压强度和使用温度上均满

7、足干冰冷1冷源保冷材料与结构的研究源对保冷材料的性能要求。干冰升华式孔底冷冻取样器是以干冰作为冷1．2冷源保冷结构的设计收稿日期：2009—04—16；改回日期：2009—06—03基金项目：科技部国际合作与交流专项“天然气水合物孔底冷冻取样方法及取样器的研究”(编号：2007DFR60100)；中国地质调查局项目“青藏高原冻土带天然气水合物调查评价”(编号：1212010818055)；中国地质大学(北京)科学钻探国家专业实验室开放课题“GHFS一110型天然气水合物孔底冷冻取样器的研制”(编号：NLSD200803)作者简介：郭威(

8、1979一)，男(汉族)，吉林公主岭人，吉林大学建设工程学院讲师，地质工程专业，博士，研究方向为天然气水合物勘探技术，吉林省长春市西民主大街6号，guowei6981@jlu．edu．ca6探矿工程(岩土钻