煤矿井下长钻孔保压取样器研制与应用

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作者 王冕 何伟 +2 位作者 王红涛 赵永超 于红 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期19-26,共8页

针对煤矿井下长钻孔取样过程中存在的瓦斯损失量大、孔内条件复杂、煤样钻取率低等技术难点,设计了以高压水为驱动力、以活塞为驱动装置、以球阀为密封装置的保压取样器。该取样器通过钻杆传递水压的变化控制球阀的开启和关闭,实现煤样... 针对煤矿井下长钻孔取样过程中存在的瓦斯损失量大、孔内条件复杂、煤样钻取率低等技术难点,设计了以高压水为驱动力、以活塞为驱动装置、以球阀为密封装置的保压取样器。该取样器通过钻杆传递水压的变化控制球阀的开启和关闭,实现煤样的高效钻取和密封保压。采用该取样器分别进行了3组常规钻孔和18组长钻孔取样试验,最大取样深度为297 m,取样过程煤层暴露时间均控制在5 min内,所取煤样瓦斯含量测定结果表明:在同一工作面,采用保压取样器取样比常规取样方式取样测试的煤层瓦斯含量大0.01~1.34 m^(3)/t,且长钻孔取样深度对煤层瓦斯含量测试数值无明显影响,表明保压取样器在取样成功后具有良好的密封保压性能,达到了煤矿井下长钻孔取样测试煤层瓦斯含量的目的。 展开更多

关键词 煤层瓦斯含量测定 长钻孔取样 保压取样器 球阀密封 活塞驱动

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海洋天然气水合物保温保压取样钻具研制 被引量：6

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作者 李小洋 李宽 +2 位作者 张永勤 王志刚 施山山 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第3期72-75,共4页

天然气水合物作为一种新型清洁能源,广泛地分布在海底地层中。为了摸清我国海域天然气水合物的分布及储量,前期必须进行大量的钻探取样工作。鉴于天然气水合物特殊的赋存环境及物化特性,为了在取样过程中避免天然气水合物的分解,需要采... 天然气水合物作为一种新型清洁能源,广泛地分布在海底地层中。为了摸清我国海域天然气水合物的分布及储量,前期必须进行大量的钻探取样工作。鉴于天然气水合物特殊的赋存环境及物化特性,为了在取样过程中避免天然气水合物的分解,需要采用保真取样器来获取岩样。为此,研发了一种海洋天然气水合物保温保压取样钻具。该钻具采用了“板阀—脱钩机构”解决当前保真取样过程中保压成功率较低的难题,以取样筒的反向冲击压紧板阀,实现保压管的底部密封,大大提高了板阀密封的可靠性,进而提高了保压成功率。通过结构设计、试制、室内压力测试及海上钻井试验验证,该型保温保压取样钻具的保压成功率为75%,岩心收获率为72.14%。 展开更多

关键词 天然气水合物 保压取样 压力测试 密封可靠性

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全海深宏生物保压取样装置设计与实验研究 被引量：1

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作者 王豪 陈家旺 +4 位作者 郭进 张培豪 王荧 周朋 方玉平 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2077-2083,共7页

针对非保压取样方法难以获取高质量生物样本的问题,提出全海深宏生物保压取样器.考虑海上布放对装置质量的限制,提出中空式活塞取样结构.针对深海的超高压环境,分析常规蓄能器设计中理想气体状态方程的不适应性,提出基于真实气体状态的... 针对非保压取样方法难以获取高质量生物样本的问题,提出全海深宏生物保压取样器.考虑海上布放对装置质量的限制,提出中空式活塞取样结构.针对深海的超高压环境,分析常规蓄能器设计中理想气体状态方程的不适应性,提出基于真实气体状态的设计方法.针对密封圈移动引起的压降,设计液体主动补偿技术.内压试验结果表明,保压筒和取样活塞具有足够的强度和良好的密封性.高压舱测试表明,提出的取样系统在高压下可以稳定工作,设计的压力补偿系统能够显著地提高取样器的保压性能.取样器在马里亚纳海沟深度超过10 800 m深度时进行2次原位实验,共获取端足类生物保压样品174只. 展开更多

关键词 深渊 保压取样 压力补偿 主动增压 高压舱测试

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全海深沉积物保压取样装置设计及试验研究 被引量：2

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作者 周朋 王豪 +4 位作者 张培豪 曹晨 方玉平 黄越 陈家旺 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期252-258,共7页

为了实现全海深沉积物保压取样,提出基于着陆器的自密封式全海深沉积物保压取样系统。取样系统主要由深海充油电机、传动机构、取样机构、保压筒、蓄能器、压力传感器和多个高压针阀及不锈钢毛细管组成。为取样器在海底自主取样提供动力... 为了实现全海深沉积物保压取样,提出基于着陆器的自密封式全海深沉积物保压取样系统。取样系统主要由深海充油电机、传动机构、取样机构、保压筒、蓄能器、压力传感器和多个高压针阀及不锈钢毛细管组成。为取样器在海底自主取样提供动力,设计了专用于深海超高压的水下电池。整套装置总重60 kg,其中,水下重量45kg。通过设计花瓣压缩环形取样、下端自封闭、两端自平衡的新型取样机构,简化了装置的结构,减轻了装置重量。通过对取样器贯入过程的分析和计算,得到最大贯入力的值为786.5 N。搭建了贯入试验台架以模拟沉积物的取样过程,在不同性质的黏土中测试取样器的取样能力和贯入力,试验结果与计算结果相符合。对于硬塑性、塑性和流塑性3种黏土,取样器的取样体积分别为410、120和20 mL,最大贯入力分别为720、210和20 N。为验证取样器保压筒的密封性能和强度,进行了110 MPa内压试验,保压120 min无压降。为验证取样器在高压下的工作稳定性及保压性能,在60 MPa和100 MPa高压舱内进行了多次测试,试验结果表明,60 MPa下保压率超过90%,100 MPa保压率超过88%。最后,在中国2021大洋科考TS21航次中,取样器搭载“奋斗者号”载人潜器在西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了3次原位测试,所提出的取样器均完成保取样任务,保压率超过80%,共获取保压沉积物样品超过700 mL。 展开更多

关键词 深渊 保压取样 贯入力 沉积物 高压舱测试 海上测试

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煤矿井下深孔密闭保压取样装置研制 被引量：3

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作者 郭明功 张鹏伟 于红 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第10期160-164,共5页

采用敞口式岩心管取样来测定深孔煤层瓦斯含量时煤样暴露时间长、煤样易被污染、瓦斯损失量难以计量导致测量误差大,而现有密闭保压取样大多需要二次扩孔、结构复杂、取样成功率低造成难以大规模推广应用。针对上述问题,研制了一种煤矿... 采用敞口式岩心管取样来测定深孔煤层瓦斯含量时煤样暴露时间长、煤样易被污染、瓦斯损失量难以计量导致测量误差大,而现有密闭保压取样大多需要二次扩孔、结构复杂、取样成功率低造成难以大规模推广应用。针对上述问题,研制了一种煤矿井下深孔密闭保压取样装置。该装置采用“两级活塞+双层套管+煤样筒”的整体结构设计,通过控制井下高压水泵注入装置内的注水流量及注水时间,实现球阀由取样前密闭到取样时开启,再到取样后密闭的动作转换,达到煤样被密闭在煤样筒内的目的,防止煤样被污染及取样过程中瓦斯逸散。采用敞口式岩心管常规取样方法和深孔密闭保压取样装置分别采集了4组同钻孔同深度处煤样,进行瓦斯含量测定对比分析,现场试验结果表明:深孔密闭保压取样装置的取样深度接近350 m;相较于常规取样方法,深孔密闭保压取样测得的瓦斯含量偏大5.4%~37%,且随着取样钻孔深度增加,偏大的程度增加,表明密闭保压取样装置能够提高深孔煤层瓦斯含量测试的准确性。 展开更多

关键词 定向长钻孔取样 煤层瓦斯含量 取煤样 深孔取样 保压取样 密闭取样

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深海原位保压取样装置设计及性能研究 被引量：4

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作者 李小峰 蒋庆林 +3 位作者 盖志鹏 王磊 宋文杰 王俊彦 《液压与气动》 北大核心 2018年第8期27-32,共6页

针对深海浮游生物的取样需求,设计了一种高通量的深海压力补偿取样装置,装置包括深海泵总成、自适应压力平衡过滤取样装置、压力补偿装置以及检测控制系统等。仿真分析了硬度90 HA的O形密封圈,在安装压缩率22%、60 MPa的密封环境下的密... 针对深海浮游生物的取样需求,设计了一种高通量的深海压力补偿取样装置,装置包括深海泵总成、自适应压力平衡过滤取样装置、压力补偿装置以及检测控制系统等。仿真分析了硬度90 HA的O形密封圈,在安装压缩率22%、60 MPa的密封环境下的密封压力69.2 MPa,满足密封需求;通过磁力扭矩实验发现,扭矩0.2 N·m时密封舱壁厚7 mm,满足传动及耐压性能的要求;60 MPa高压舱试验中深海泵总成的耐压、密封性能良好;建立了取样装置的压力补偿物理模型。仿真研究表明,公称体积1 L、壁厚25 mm、预充压力25 MPa的囊式蓄能器,在6000 m深海取样的计算中,温度的变化使取样系统有8.75%的压力增加,材料变形引起的压力损失约为0.4%,温度变化对保压效果的影响较大,为确保样品的原位特性,在保压回路中增设溢流阀,并配备样品储运冰箱。 展开更多

关键词 保压取样 压力补偿 蓄能器 浮游生物 温度变化

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深渊生物资源取样装备技术体系研究 被引量：4

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作者 陈家旺 阮东瑞 +7 位作者 王豪 周朋 吴世军 潘彬彬 方玉平 何巍涛 黄越 方家松 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2023年第4期148-158,共11页

针对深渊生物资源研究的需求,自主研发了用于全海深深度的深渊沉积物、水体和宏生物的保压取样装置,深渊沉积物保压转移装置,深渊微生物原位过滤及保存装置和高压培养高压酶学测定装置。在深海模拟环境验证了取样装置在万米深度下的工... 针对深渊生物资源研究的需求,自主研发了用于全海深深度的深渊沉积物、水体和宏生物的保压取样装置,深渊沉积物保压转移装置,深渊微生物原位过滤及保存装置和高压培养高压酶学测定装置。在深海模拟环境验证了取样装置在万米深度下的工作性能。相关装置在“探索一号”科考船的TS15、TS21-1和TS21-2大洋科考航次中,搭载“奋斗者”号载人潜器、“2号”深渊着陆器、“原位实验”号着陆器于西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了海上试验,成功获取了万米深度沉积物、水体和宏生物保压样品以及微生物原位过滤滤膜;成功进行了沉积物保压样品的保压转移试验。初步形成了深渊海域生物资源取样的装备技术体系,为深渊海底生物和基因资源开发,深渊生命过程等科学研究提供技术手段。 展开更多

关键词 全海深 深渊生物 保压取样 原位过滤 海上试验

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一种新型深海微生物多级膜取样系统 被引量：3

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作者 李玮 顾临怡 +1 位作者 吴新然 陈家旺 《机电工程》 CAS 2011年第6期663-667,共5页

针对现有微生物取样系统存在的样品杂质含量高、微生物纯度低的问题,介绍了一种新型深海微生物多级膜取样系统,设计了一种多级膜过滤系统,能有效剔除杂质。使用三柱塞海水泵抽取水样,可伸缩的采集头设计能够实现对精确位置的采样,温度... 针对现有微生物取样系统存在的样品杂质含量高、微生物纯度低的问题,介绍了一种新型深海微生物多级膜取样系统,设计了一种多级膜过滤系统,能有效剔除杂质。使用三柱塞海水泵抽取水样,可伸缩的采集头设计能够实现对精确位置的采样,温度测量头可以获取采样点的温度信息。整个系统采用了模块化设计,特别适宜于科考实验中水下运载器的搭载运输。在2010年10月南海实验中,整套系统运行正常,实验结果表明系统达到了提高样品纯度的设计目的。 展开更多

关键词 深海微生物 保压取样 蓄能器 压力补偿

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皮囊式蓄能器快速增压过程 被引量：18

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作者 黄中华 金波 +1 位作者 刘少军 陈鹰 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期306-310,共5页

应用热力学理论对用于深海微生物取样器保压的皮囊式蓄能器快速增压过程进行分析。研究结果表明:皮囊式蓄能器的快速增压过程可分为一个绝热过程和一个复杂的多变过程;在室温情况下,当蓄能器单次快速增压至60 MPa后,其最终压力只有55 M... 应用热力学理论对用于深海微生物取样器保压的皮囊式蓄能器快速增压过程进行分析。研究结果表明:皮囊式蓄能器的快速增压过程可分为一个绝热过程和一个复杂的多变过程;在室温情况下,当蓄能器单次快速增压至60 MPa后,其最终压力只有55 MPa;蓄能器快速增压后能获得的最终压力与蓄能器增压的速度、最高压力和次数有关;采用减慢蓄能器的增压速度、增压时最大压力略大于最终设定压力和多次重复增压这3种方法均能保证蓄能器最终达到设定的压力,但减慢蓄能器的增压速度方法不能满足快速增压的要求,增压时最大压力略大于最终设定压力方法在实际操作时难以确定最高的充气压力,多次重复增压方法能有效保证蓄能器最终压力,可以在实际中使用。 展开更多

关键词 快速增压 保压取样 蓄能器

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沉积物上覆水界面取样器及配套转移装置设计

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作者 郭进 陈家旺 +4 位作者 王豪 王荧 王威 方玉平 周朋 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1021-1029,共9页

针对甲烷渗漏区渗漏通量的计算、非保压非气密取样设备导致的样品气体散失、微生物死亡和有机成分分解等问题,设计一种基于重载遥控无人潜水器(ROV)机械手操作的3000 m级沉积物含上覆水保压取样器,以及与取样器配套的保压分离转移装置.... 针对甲烷渗漏区渗漏通量的计算、非保压非气密取样设备导致的样品气体散失、微生物死亡和有机成分分解等问题,设计一种基于重载遥控无人潜水器(ROV)机械手操作的3000 m级沉积物含上覆水保压取样器,以及与取样器配套的保压分离转移装置.该取样器可以实现样品的低扰动原位封装.在保压的工况下,转移装置可以实现上覆水的分离以及沉积物至不同培养釜的转移.基于阈值压力可调的泄压阀,保压转移装置通过压缩内部体积转移上覆水和通过二次取样转移沉积物.结果表明:取样器在南海的3次海试中分别获得了超过700 mL的保压样品,在3000 m的海试中2 h压降仅为1.53 MPa,海试验证了取样器的取样率及保压能力.在30 MPa高压工况下,转移装置完成了沉积物及上覆水分离转移,在转移过程中保持压力波动不超过4.8%.在转移完成后,培养釜中样品的压力相对于取样器中的样品初始压力下降仅为4.7%. 展开更多

关键词 甲烷渗漏 沉积物 上覆海水 保压取样 保压转移 海试

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深水工程地质勘察船及配套装备的研制 被引量：3

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作者 王明田 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2014年第A01期25-30,共6页

在国家科技重大专项"深水工程勘察船及配套技术"课题的支持下,成功设计并研制了具有独立知识产权的深水工程勘察船及配套的海底保温保压取样装置、深水工程钻机及深水随钻取样器等。所研制的深水工程勘察船可进行工程地质钻... 在国家科技重大专项"深水工程勘察船及配套技术"课题的支持下,成功设计并研制了具有独立知识产权的深水工程勘察船及配套的海底保温保压取样装置、深水工程钻机及深水随钻取样器等。所研制的深水工程勘察船可进行工程地质钻探、工程物探、工程支持服务、科学考察,为实现深水工程地质勘察作业提供了重要平台;海底保温保压取样装置超长柱状保压取样长度达23.5m;深水工程钻机在3 000m水深可钻探海底以下600m地层;深水随钻取样器可实现不提钻杆即能更换取样模块,以适应不同的地质情况。 展开更多

关键词 深水工程勘察船 海底保温保压取样器 深水工程钻机 深水随钻取样器

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塔里木油田采出天然气低温下产液烃特征研究 被引量：1

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作者 刘煌 王舰 +2 位作者 图孟格勒 李瑞景 杨硕孔 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2023年第4期141-146,共6页

高效回收天然气中的低碳轻烃,具有重要的经济价值。为了确定塔里木油田不同区块采出天然气低温(243.15 K)下的产液烃能力,首先采用保压取样法,在现场处理站取得了天然气样品;然后进行了高压低温相平衡实验;基于相态实验结果,建立了天然... 高效回收天然气中的低碳轻烃,具有重要的经济价值。为了确定塔里木油田不同区块采出天然气低温(243.15 K)下的产液烃能力,首先采用保压取样法,在现场处理站取得了天然气样品;然后进行了高压低温相平衡实验;基于相态实验结果,建立了天然气闪蒸热力学预测模型;最后结合物料衡算,确定了天然气低温下的产液烃能力,7个天然气样品潜在产液烃量TZ(处理站代号,下同)为596.42 g/m^(3)、YH为177.10 g/m^(3)、DN为145.52 g/m^(3)、LN为39.23 g/m^(3)、DB为27.28 g/m^(3)、KL为4.59g/m^(3)以及YM为60.23 g/m^(3)。研究结果与现场实际数据匹配良好,对现场天然气处理站运行工况设定和低温脱烃装置建设具有指导作用。 展开更多

关键词 天然气 液烃 相平衡 闪蒸模型 保压取样

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