一種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)，包括鉆探平臺上依次排列的巖心管庫、機械手裝置、鉆桿庫，安裝在鉆進口兩端的X射線接收端和X射線發(fā)射端，連接鉆進口且安裝在鉆進口和鉆探平臺以下的鉆探管，以及安裝于鉆探平臺上的控制系統(tǒng)和鉆桿給進缸；其X射線發(fā)射端包括X射線掃描機，探測窗與抗壓密封艙；探測窗安裝在抗壓密封艙上；X射線接收端包括X射線接收機，探測窗與抗壓密封艙；X射線掃描機、X射線接收機置于抗壓密封艙內。本發(fā)明能在深海中對巖心進行非接觸式的現(xiàn)場實時分析鑒別，有效的減少了制作成本與廢心率，且該分析裝置的效率較高，可在深海中重復使用，可有效的減少了深海探測成本，能產生較好的經濟效益。
【專利說明】一種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及深海探測、能源勘探與信號分析領域，尤其涉及一種天然氣水合物探 測樣品的現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 天然氣水合物又稱為"可燃冰"，其存儲量極為巨大、能量密度高、分布廣且規(guī)模 大。根據(jù)調查，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃 冰的儲量夠人類使用1〇〇〇年，因而被科學家譽為"未來能源"、"21世紀能源"，全球至少有 30多個國家和地區(qū)在進行可燃冰的研究與調查勘探，我國從1999年起才開始對可燃冰開 展實質性的調查和研究，我國可燃冰主要分布在南海海域、東海海域、青藏高原凍土帶以及 東北凍土帶，據(jù)粗略估算，其資源量分別約為64. 97xl0~12m3、3. 38xl0~12m3、12. 5xl0~12m3 和2. 8X10~12m3。并且已在南海北部和青海省祁連山永久凍土帶取得了可燃冰實物樣品。然 而，天然氣水合物從發(fā)現(xiàn)至今雖然已有一百多年歷史，但由于天然水合物分布在永凍帶和 深水區(qū)域，復雜的探測和開發(fā)條件給這種資源的探測、開發(fā)和評價帶來巨大困難。
[0003] 對于天然氣水何物樣品分析的研究，目前所采取的手段是先經過深海探測，即將 巖心樣本采集后通過保壓裝置儲存后運送至海面的探測船進行分析。由于不同地點天然水 合物分布面積大小的不同，儲層厚度、孔隙度、水合指數(shù)和天然水合物飽和度的影響，造成 所采集的巖心為"廢心"的概率不同，若采集的巖心不符合要求，則必須重新采樣，因而會造 成采樣成本過高。另外，由于天然氣水合物分布于深海沉積物或陸域永久凍土中，是由天然 氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質，所以導致了在開采探測過程中，極為 容易由于取樣后巖心所處的環(huán)境的變化等原因，恢復過程中會產生壓縮氣體，因此，對天然 水合物巖心的測量造成了極大的阻礙。
[0004] 為此，我們提出將樣品分析系統(tǒng)集成于鉆探系統(tǒng)上的解決方案，即天然氣水合物 樣品現(xiàn)場保真分析測量系統(tǒng)主要以海底取芯鉆為基礎。該系統(tǒng)與"海底鉆探系統(tǒng)"結合，對 取芯裝置所取的水合物進行現(xiàn)場保真分析，鑒別巖心是否為天然氣水合物，并對樣本進行 實時參數(shù)提取，從而既提高采樣成功率和物質參數(shù)測量的準確性與有效性，同時也降低了 成本，擴大了應用市場。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)，其可對天然氣水 合物樣品做現(xiàn)場非接觸式實時分析，且準確率高，成本較低，且可重復使用。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：鉆探平臺上依次排列的 巖心管庫、機械手裝置和鉆桿庫，安裝在鉆進口兩端的X射線接收端和X射線發(fā)射端，與鉆 進口相連的鉆探管，以及安裝于鉆探平臺上的控制系統(tǒng)和鉆桿給進缸；
[0008] 其中，所述的X射線發(fā)射端包括：X射線掃描機，第一探測窗與第一抗壓密封艙；所 述X射線掃描機置于第一抗壓密封艙內；所述第一探測窗安裝在第一抗壓密封艙上；所述 的X射線接收端包括：χ射線接收機，第二探測窗與第二抗壓密封艙；第二探測窗安裝在第 二抗壓密封艙上；所述X射線接收機置于第二抗壓密封艙內；第一抗壓密封艙和第二抗壓 密封艙位于鉆進口兩端。
[0009] 所述X射線掃描機及X射線接收端分別與控制系統(tǒng)相連。
[0010] 進一步優(yōu)化的，鉆桿給進缸安裝在鉆探平臺上方,鉆進口高于鉆探平臺1?3cm, 鉆探管連接鉆進口且垂直安裝在鉆探平臺下方，鉆桿給進缸為鉆探管的鉆進提供動力，驅 動鉆探管，巖心管庫中的巖心管可由機械手裝置的機械手抓取并提出，巖心管高出鉆進口 的部分不被鉆探管包裹。
[0011] 進一步優(yōu)化的，機械手裝置提取巖心管時巖心管高出鉆進口部分位于第一探測窗 和第二探測窗之間。
[0012] 進一步優(yōu)化的，X射線掃描機包括X射線發(fā)射源、前準直器、高壓發(fā)生器、冷卻器；X 射線接收機包括X射線檢測器、后準直器、檢測回路、數(shù)模轉換器；其中，所述控制系統(tǒng)包括 主控計算機、操作控制臺、監(jiān)視器和數(shù)據(jù)存儲器。
[0013] 進一步優(yōu)化的，所述前準直器安裝在X射線發(fā)射源前端，后準直器安裝在X射線檢 測器前端。
[0014] 進一步優(yōu)化的，X射線發(fā)射源焦點直徑尺寸a與前準直器共同確定了本影區(qū)域；X 射線發(fā)射源總是部分地被前準直器擋?。粰z測器處于所述本影區(qū)域內，同時，巖心管的巖心 放置于本影區(qū)域內；本影區(qū)域半徑、本影區(qū)域與射線源焦點尺寸、前準直器窗口寬度、前后 準直器距離的約束關系式如下：
[0015]

【權利要求】
1. 一種天然氣水合物樣品現(xiàn)場測量分析系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括：鉆探平臺 (108)上依次排列的巖心管庫（101)、機械手裝置（102)和鉆桿庫（103)，安裝在鉆進口 (106)兩端的X射線接收端（104)和X射線發(fā)射端（105)，與鉆進口（106)相連的鉆探管 (207) ，以及安裝于鉆探平臺（108)上的控制系統(tǒng)（109)和鉆桿給進缸（107); 其中，所述的X射線發(fā)射端（105)包括：X射線掃描機（204)，第一探測窗（205)與第一 抗壓密封艙（206);所述X射線掃描機（204)置于第一抗壓密封艙（206)內；所述第一探測 窗（205)安裝在第一抗壓密封艙（206)上；所述的X射線接收端（104)包括：X射線接收機 (208) ，第二探測窗與第二抗壓密封艙；第二探測窗安裝在第二抗壓密封艙（206)上；所述X 射線接收機（208)置于第二抗壓密封艙內；第一抗壓密封艙和第二抗壓密封艙位于鉆進口 (106)兩端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，X射線掃描機（204)及X射線接 收端（104)分別與控制系統(tǒng)（109)相連。
3. 根據(jù)權利要求1所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，鉆桿給進缸（107)安裝在鉆探平 臺（108 )上方，鉆進口（ 106 )高于鉆探平臺f 3cm，鉆探管（207 )連接鉆進口（ 106 )且垂直安 裝在鉆探平臺（108)下方，鉆桿給進缸（107)為鉆探管（207)的鉆進提供動力，驅動鉆探管 (207)，巖心管庫（101)中的巖心管（203)可由機械手裝置（102)的機械手（201)抓取并提 出，巖心管高出鉆進口（ 106)的部分不被鉆探管（207)包裹。
4. 根據(jù)權利要求1所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，機械手裝置（102)提取巖心管 (203)時巖心管高出鉆進口（106)部分位于第一探測窗和第二探測窗之間。
5. 根據(jù)權利要求1所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，X射線掃描機（204)包括X射 線發(fā)射源（302)、前準直器（301)、高壓發(fā)生器（210)、冷卻器（209); X射線接收機（208)包 括X射線檢測器（304)、后準直器（303)、檢測回路（211)、數(shù)模轉換器（212);其中，所述控制 系統(tǒng)（109)包括主控計算機（213)、操作控制臺（214)、監(jiān)視器（215)和數(shù)據(jù)存儲器（216)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述前準直器（301)安裝在X射 線發(fā)射源（302 )前端，后準直器（303 )安裝在X射線檢測器（304 )前端。
7. 根據(jù)權利要求6所述的測量分析系統(tǒng)，其特征在于，X射線發(fā)射源（302)焦點直徑 尺寸a與前準直器（301)共同確定了本影區(qū)域（403);X射線發(fā)射源總是部分地被前準直器 (301)擋??；檢測器（304)處于所述本影區(qū)域（403)內，同時，巖心管的巖心（202)放置于本 影區(qū)域（403)內；本影區(qū)域半徑、本影區(qū)域與射線源焦點尺寸、前準直器窗口寬度、前后準 直器距離的約束關系式如下 ：
其中，a為X射線發(fā)射源焦點半徑尺寸，L為前后準直器距離，L2為前準直器窗口寬度， L3為X射線發(fā)射源至前準直器的距離，X射線發(fā)射源至本影區(qū)聚焦點的距離，d為檢測器的 寬度尺寸，K為本影區(qū)半徑，R為巖心管內徑，S為前準直器至巖心管圓心的距離。
【文檔編號】G01N23/04GK104155317SQ201410289469
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】劉偉平, 劉飛, 鄭冠雄, 徐旭卿 申請人:暨南大學