一种用于天然气勘探的天然气水合物岩电实验设备的制作方法

1.本发明涉及天然气水合物领域，具体是涉及一种用于天然气勘探的天然气水合物岩电实验设备。


背景技术：

2.目前，全液压岩心取样钻机已经成为勘探设备的主力军，为地质勘探的发展做出了巨大贡献。岩心是油气勘探、开发过程中取得的完整的第一手资料，通过大量对岩心的分析与研究才能为制定合理的开发方案、准确计算油气田储量、制定增产措施提供依据。在一个沉积盆地内寻找油气，需要从目的层的岩心取样化验分析各项生油（气）指标，根据化验所得结果可以从生油（气）角度选择勘探油气藏的目的层和有利地区，通过对取出岩心的分析，进一步了解储集层中油、气、水的分布情况，油气层的空隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气层的有效厚度，以确定油气层的工业开采价值。因此，在油气田勘探、开发各阶段，为查明储油气层的性质或从大区域的地层对比到检查油气田开发效果，评价和改进开发方案，任一研究步骤都离不开对岩心的观察和研究。
3.页岩油气具有典型的自生自储特征，是一种资源潜力巨大的新型非常规油气资源。泥页岩属于泥岩和页岩之间的过渡岩石类型，可见发育不完善的页理，一般是浅湖到深湖沉积的产物，常见的泥页岩类型有泥质泥页岩、碳质泥页岩、硅质泥页岩、钙质泥页岩等，当泥页岩中混入一定量的砂质成分时，会形成砂质泥页岩，富有机质泥页岩是形成泥页岩油气的主要岩石类型，泥页岩油气是非常规油气中的一种，并且泥页岩油藏已经成为勘探突破目标。
4.水合物沉积物是指蕴含水合物的粘土、砂以及混合土等土质的沉积物质，主要赋存于浅海陆架坡区的海底沉积物和极地冻土地区的各种碎屑沉积物孔隙之中。自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状，极少以块层状出现。天然气水合物的物理参数是水合物地层稳定性分析及水合物开发评价、资源评估的重要基础参数。目前，现有技术进行水合物沉积物现场取心尚不够成熟，各国研究人员对天然气水合物的研究仍处于实验室模拟阶段，对其物理参数的研究主要是通过室内试验制备模拟水合物沉积物来实现。因此，天然气水合物的合成与分解实验研究，以及天然气水合物物理参数的研究势在必行。为了能够有效模拟天然气水合物的合成与分解以及测试天然气水合物物理参数，很有必要研发出一套苛刻的水合物实验装置。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，提供一种用于天然气勘探的天然气水合物岩电实验设备，采样套管内部设置的变径夹持机构用于卡紧进入到采样套管中的取样管，使得取样管在进行天然气水合物的采样时不会随意窜动，保温机构内通入恒温的低温水体，使得流入保温机构内的水体温度保持在需要的温度区间内，实现取样过程中对天然气水合物的保温功能。
6.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：提供一种用于天然气勘探的天然气水合物岩电实验设备，包括：密封机构，具有至少一个采样套管，所述采样套管用于插入实验用取样管，以取样天然气水合物；保温机构，设置在所述密封机构的底部，用以保温取样的天然气水合物；采样机构，设置在所述保温机构的底部，内部具有分隔部件，当取样管依次插入密封机构、保温机构进入到采样机构内部之后，所述分隔部件用于隔开各根取样管；变径夹持机构，设置在采样套管上，用于卡紧进入到采样套管中的取样管。
7.可选的，所述保温机构包括保温管体、低温循环水进口水嘴和低温循环水出口水嘴，所述保温管体的顶部设有所述密封机构，保温管体的底部设有所述采样机构，保温管体开口的大小自靠近密封机构的一端至靠近采样机构的一端逐渐变小，保温管体的侧壁上设有所述低温循环水进口水嘴和所述低温循环水出口水嘴，低温循环水进口水嘴和低温循环水出口水嘴位于保温管体的两侧。
8.可选的，所述采样机构包括采样管体和所述分隔部件，所述采样管体设置在保温管体的顶部并与保温管体连接，分隔部件包括定位组件和格栅，采样管体的外壁上设有若干所述定位组件，定位组件沿采样管体的轴向圆周分布在采样管体上，定位组件延伸进入到采样管体内部，采样管体内部设有所述格栅，定位组件延伸进入到采样管体内的一端与格栅卡接配合。
9.可选的，定位组件包括外安装板、定位帽、调节螺杆和夹持座，采样管体的外壁上设有若干所述外安装板，外安装板沿采样管体的轴向圆周分布在采样管体上，外安装板的内侧设置为弧形，外安装板的外侧设置为平面，外安装板上螺纹连接有定位帽，定位帽延伸进入到采样管体内部的一端设置为所述调节螺杆，调节螺杆的一端与定位帽连接，调节螺杆的另一端设有所述夹持座，夹持座上形成用于卡接格栅的夹持腔体。
10.可选的，格栅包括格栅板、定位缺口、定位件和定位座，所述格栅板设置在定位组件内部并与定位组件同轴设置，格栅板设置为沿定位组件轴线向外径向辐射设置，格栅板的顶端设有与夹持座数量相等的所述定位缺口，每个定位缺口处均设有所述定位件，定位件的一端能与格栅板连接，定位件的另一端设有所述定位座，定位件卡接进入至夹持腔体内并与夹持座卡接配合。
11.可选的，夹持座远离调节螺杆的一端端部设有第一定位块，定位座远离格栅板的右端端部设有与所述第一定位块卡接配合的第二定位块。
12.可选的，所述密封机构包括密封盖、排气管和采样套管，所述密封盖设置为保温管体的顶部，密封盖的底端设有与保温管体密封配合的一圈防滑凸起，密封盖的外壁上设有至少一个防滑凸起，密封盖的底端凸出设有若干所述排气管和所述采样套管。
13.可选的，沿密封盖的轴向在密封盖上圆周分布有若干穿孔，所述穿孔倾斜设置，且朝向密封盖的轴线方向倾斜。
14.可选的，所述变径夹持机构包括夹持板、定位凸起和定位滑块，采样套管包括采样管套管和凸台，密封盖的顶端凸出设有若干所述采样管套管，采样管套管的底端与密封盖连接，采样管套管的顶端设有凸台，沿凸台的径向延伸设有一圈安装槽，安装槽内圆周分布有若干所述夹持板，夹持板设置为扇环形，夹持板的一端设置在安装槽内，夹持板的另一端
露出安装槽外，且夹持板位于安装槽内的一端尺寸大于露出采样套管外的一端尺寸，夹持板的底端和顶端分别设有所述定位凸起和所述定位滑块，安装槽的底端和顶端分别设有与定位凸起滑动配合的第一滑槽和与定位滑块滑动配合的第二滑槽，安装槽内设有若干弹簧，每一块夹持板均对应至少一个所述弹簧，弹簧的一端与安装槽内壁连接，弹簧的另一端与夹持板连接。
15.可选的，夹持板的一侧设有插槽，夹持板的另一侧设有与所述插槽插接配合的插板。
16.本发明的有益效果为：密封机构上的采样套管用于插入实验用取样管，以取样天然气水合物，采样套管内部设置的变径夹持机构用于卡紧进入到采样套管中的取样管，使得取样管在进行天然气水合物的采样时不会随意窜动，保温机构，设置在密封机构的底部，用以保温取样的天然气水合物，在该实验设备的外部设置相应的恒温装置，使得流入保温机构内的水体温度保持在需要的温度区间内，实现取样过程中对天然气水合物的保温功能，采样机构，设置在保温机构的底部，内部具有分隔部件，当取样管依次插入密封机构、保温机构进入到采样机构内部之后，分隔部件用于隔开各根取样管，使得取样管进入到采样机构内之后不会相互缠绕在一起。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图一；图2为本发明中的密封机构处的俯视图；图3为图2中a
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a处额剖面示意图；图4为本发明中的密封机构处的结构示意图；图5为本发明中的密封机构与保温机构、采样机构处分解状态示意图；图6为本发明中保温机构、采样机构内部的俯视图；图7为图6中b
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b处的剖面示意图；图8为图6中b
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b处的立体剖面示意图；图9为本发明中的格栅与定位组件处的结构示意图；图10为本发明中的格栅与定位组件处的俯视图；图11为本发明中的定位组件处的结构示意图；图12为本发明中的格栅处的结构示意图；图13为图12中a处的放大示意图；图14为本发明中的变径夹持机构处的俯视图；图15为图14中c
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c处的剖面示意图；图16为图14中c
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c处的立体剖面示意图；图17为本发明中的采样管套管处的结构示意图；图18为本发明中的变径夹持机构处的结构示意图。
18.图中标号为：1
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保温机构；11
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保温管体；12
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低温循环水进口水嘴；13
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低温循环水出口水嘴；2
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采样机构；21
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采样管体；22
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定位组件；221
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外安装板；222
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定位帽；223
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调节螺
杆；224
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夹持座；225
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夹持腔体；226
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第一定位块；23
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格栅；231
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格栅板；232
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定位缺口；233
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定位件；234
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定位座；235
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第二定位块；3
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密封机构；31
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密封盖；311
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穿孔；312
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防滑凸起；313
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密封条；32
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排气管；33
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采样套管；331
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采样管套管；332
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凸台；333
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安装槽；334
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弹簧；335
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第一滑槽；336
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第二滑槽；4
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变径夹持机构；41
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夹持板；42
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定位凸起；43
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定位滑块；44
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插板；45
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插槽。
具体实施方式
19.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
20.在进行天然气水合物岩样物理参数测量时，需要使用到天然气水合物生成系统和物理参数测试系统这两大系统，其中天然气水合物生成系统包括夹持器反应釜、本发明提供的实验设备低温水浴恒温箱及天然气供给气瓶，物理参数测试系统包括温压监测装置、声波电阻测试装置、轴向形变和径向形变测试装置、tdr测试及热导率测试装置、数据采集线，以及专用数据采集处理软件。夹持器反应釜和物理参数测试系统均安装在一个仪器柜内，方便整套仪器的移动。本发明的目的是提供低温水浴的恒温采样环境。
21.温压监测装置包括在釜体内的温度探针和差压传感器，在釜体内设有内温探测口，用于温度探针获取整个夹持器反应釜温度；在釜体内的稳压气罐与釜体堵头上的测差压稳压罐孔连接，测差压稳压罐孔管线和注气入口管线连接并同时连接到天然气供给气瓶，稳压气罐腔体与釜体腔体分别连接到差压传感器端；合成天然气水合物时，同时向稳压气罐和釜体中充入天然气，待压力稳定后，此时差压传感器读值为零；关闭稳压气罐和釜体的天然气注入阀门，随着天然气水合物的形成，釜体中的天然气被消耗，压力降低，差压传感器读取稳压气罐与釜体形成的压差值，由此可得到天然气水合物形成过程中天然气的消耗量。
22.声波电阻测试装置由低阻抗声波探头、示波器和电桥仪等组成，所用的低阻抗声波探头相较于一般的声波探头能够得到天然气水合物较好的声波波形。
23.轴向形变和径向形变测试装置包括轴向形变传感器和径向形变传感器，tdr测试及热导率测试装置包括安装在釜体内的tdr探针和热导率测试探针，其中tdr探针和热导率测试探针伸入用于合成天然气水合物的多孔介质中。
24.请参阅图1，用于提供低温水浴的恒温采样环境的该实验设备包括：密封机构3，具有至少一个采样套管33，采样套管33用于插入实验用取样管，以取样天然气水合物；保温机构1，设置在密封机构3的底部，用以保温取样的天然气水合物；采样机构2，设置在保温机构1的底部，内部具有分隔部件，当取样管依次插入密封机构3、保温机构1进入到采样机构2内部之后，分隔部件用于隔开各根取样管；变径夹持机构4，设置在采样套管33上，用于卡紧进入到采样套管33中的取样管，使得取样管在进行天然气水合物的采样时不会随意窜动。
25.具体的，请参阅5、图6、图7和图8，保温机构1包括保温管体11、低温循环水进口水嘴12和低温循环水出口水嘴13，保温管体11的顶部设有密封机构3，保温管体11的底部设有采样机构2，保温管体11开口的大小自靠近密封机构3的一端至靠近采样机构2的一端逐渐
变小，保温管体11的侧壁上设有低温循环水进口水嘴12和低温循环水出口水嘴13，低温循环水进口水嘴12和低温循环水出口水嘴13位于保温管体11的两侧。低温循环水进口水嘴12和低温循环水出口水嘴13一个用于通入保温用的低温度水、一个用于流出保温用的低温度水，以进行水体的循环流动，在该实验设备的外部设置相应的恒温装置，使得流入保温机构1内的水体温度保持在需要的温度区间内，实现取样过程中对天然气水合物的保温功能。
26.采样机构2包括采样管体21和分隔部件，采样管体21设置在保温管体11的顶部并与保温管体11连接，分隔部件包括定位组件22和格栅23，采样管体21的外壁上设有若干定位组件22，定位组件22沿采样管体21的轴向圆周分布在采样管体21上，定位组件22延伸进入到采样管体21内部，采样管体21内部设有格栅23，定位组件22延伸进入到采样管体21内的一端与格栅23卡接配合。
27.更具体的，请参阅图9、图10、图11、图12和图13，定位组件22包括外安装板221、定位帽222、调节螺杆223和夹持座224，采样管体21的外壁上设有若干外安装板221，外安装板221沿采样管体21的轴向圆周分布在采样管体21上，外安装板221的内侧设置为弧形，外安装板221的外侧设置为平面，外安装板221上螺纹连接有定位帽222，定位帽222延伸进入到采样管体21内部的一端设置为调节螺杆223，调节螺杆223的一端与定位帽222连接，调节螺杆223的另一端设有夹持座224，夹持座224上形成用于卡接格栅23的夹持腔体225。
28.格栅23包括格栅板231、定位缺口232、定位件233和定位座234，格栅板231设置在定位组件22内部并与定位组件22同轴设置，格栅板231设置为沿定位组件22轴线向外径向辐射设置，格栅板231的顶端设有与夹持座224数量相等的定位缺口232，每个定位缺口232处均设有定位件233，定位件233的一端能与格栅板231连接，定位件233的另一端设有定位座234，定位件233卡接进入至夹持腔体225内并与夹持座224卡接配合。在夹持座224远离调节螺杆223的一端端部设有第一定位块226，定位座234远离格栅板231的右端端部设有与第一定位块226卡接配合的第二定位块235。
29.在进行格栅23的安装时，将格栅23具有定位缺口232的一端向下插入至采样管体21内，使得定位缺口232处的各个定位座234插入至对应位置的定位组件22上的夹持座224其夹持腔体225内，之后旋紧定位帽222，使得定位帽222抵接在外安装板221的平面上，外安装板221上的平面便于旋紧和旋出定位帽222，在定位帽222旋紧的过程中夹持座224上的第一定位块226会与格栅23上的第二定位块235相互抵接完成卡接配合，在各个定位组件22的拉紧下，格栅23会被约束在采样管体21的轴向位置，即通过定位组件22实现格栅23的安装以及格栅23与采样管体21之间的同轴。
30.在格栅23向下插入采样管体21并与格栅23进行卡接配合时，当定位件233进入到夹持腔体225之后，各个定位件233还可以在夹持腔体225进行移动，在后续定位件233在夹持腔体225内移动的过程中，定位件233端部的定位座234会与夹持座224上第一定位块226抵接，进而实现夹持座224上的第一定位块226会与格栅23上的第二定位块235相互抵接完成卡接配合，使得定位组件22卡紧格栅23。
31.请参阅2、图3和图4，密封机构3包括密封盖31、排气管32和采样套管33，密封盖31设置为保温管体11的顶部，密封盖31的底端设有与保温管体11密封配合的一圈防滑凸起312，密封盖31的外壁上设有至少一个防滑凸起312，密封盖31的底端凸出设有若干排气管32和采样套管33。密封盖31底端的一圈防滑凸起312使得密封机构3与采样机构2完成安装
时，相互之间完成密封，排气管32的设置在完成该实验设备的安装之后可以排出设备内的气体。
32.在本实施例中，沿密封盖31的轴向在密封盖31上圆周分布有若干穿孔311，穿孔311倾斜设置，且朝向密封盖31的轴线方向倾斜，穿孔311上可以设置相应的孔塞，穿孔311的设置用于排出保温机构1内的气体。
33.请参阅图14、图15、图16、图17和图18，变径夹持机构4包括夹持板41、定位凸起42和定位滑块43，采样套管33包括采样管套管331和凸台332，密封盖31的顶端凸出设有若干采样管套管331，采样管套管331的底端与密封盖31连接，采样管套管331的顶端设有凸台332，沿凸台332的径向延伸设有一圈安装槽333，安装槽333内圆周分布有若干夹持板41，夹持板41设置为扇环形，夹持板41的一端设置在安装槽333内，夹持板41的另一端露出安装槽333外，且夹持板41位于安装槽333内的一端尺寸大于露出采样套管33外的一端尺寸，夹持板41的底端和顶端分别设有定位凸起42和定位滑块43，安装槽333的底端和顶端分别设有与定位凸起42滑动配合的第一滑槽335和与定位滑块43滑动配合的第二滑槽336，安装槽333内设有若干弹簧334，每一块夹持板41均对应至少一个弹簧334，弹簧334的一端与安装槽333内壁连接，弹簧334的另一端与夹持板41连接，夹持板41的一侧设有插槽45，夹持板41的另一侧设有与插槽45插接配合的插板44。
34.在初始状态下各个夹持板41在安装槽333上的第一滑槽335以及弹簧334的作用下，对夹持板41的初始状态进行限制，使得各个夹持板41露出安装槽333的一端形成一个开口，该开口用于向采样套管33内插入取样管。在取样管插入过程中，根据取样管的管径尺寸，取样管的外壁挤压到夹持板41，在取样管的挤压下，夹持板41会想安装槽333内进行收缩，在夹持板41向安装槽333内滑移的过程中，定位凸起42与第一滑槽335的滑动配合起到了限位作用，而定位滑块43与第二滑槽336的滑动配合起到了夹持板41运动过程的导向作用，夹持板41还会挤压到弹簧334，在弹簧334的作用下，夹持板41会回弹并卡住取样管的外壁上，插板44和插槽45的设置，使得夹持板41相互的撑开和合拢过程更加流畅稳定。
35.该实验设备通过以下步骤实现本发明的功能，进而解决了本发明提出的技术问题：步骤一、先先格栅23装配进入到采样管体21内，将格栅23具有定位缺口232的一端向下插入至采样管体21内，使得定位缺口232处的各个定位座234插入至对应位置的定位组件22上的夹持座224其夹持腔体225内，之后旋紧定位帽222，使得定位帽222抵接在外安装板221的平面上，夹持座224上的第一定位块226会与格栅23上的第二定位块235相互抵接完成卡接配合，在各个定位组件22的拉紧下，格栅23会被约束在采样管体21的轴向位置，格栅23与采样管体21之间进行同轴装配；步骤二、在采样机构2的顶部安装上保温机构1；步骤三、在保温机构1的顶部安装上密封机构3；步骤四、向变径夹持机构4内插入取样管，在初始状态下各个夹持板41在安装槽333上的第一滑槽335以及弹簧334的作用下，对夹持板41的初始状态进行限制，使得各个夹持板41露出安装槽333的一端形成一个开口，该开口用于向采样套管33内插入取样管。在取样管插入过程中，根据取样管的管径尺寸，取样管的外壁挤压到夹持板41，在取样管的挤压下，夹持板41会想安装槽333内进行收缩，在夹持板41向安装槽333内滑移的过程中，定位凸
起42与第一滑槽335的滑动配合起到了限位作用，而定位滑块43与第二滑槽336的滑动配合起到了夹持板41运动过程的导向作用，夹持板41还会挤压到弹簧334，在弹簧334的作用下，夹持板41会回弹并卡住取样管的外壁上；步骤五、在该实验设备的外部设置相应的恒温装置，使得流入保温机构1内的水体温度保持在需要的温度区间内，实现取样过程中对天然气水合物的保温功能，低温循环水进口水嘴12和低温循环水出口水嘴13一个用于通入保温用的低温度水、一个用于流出保温用的低温度水，以进行水体的循环流动；步骤六、进行天然气水合物的取样，提供岩电实验用样本。
36.本发明的有益效果为：密封机构3上的采样套管33用于插入实验用取样管，以取样天然气水合物，采样套管33内部设置的变径夹持机构4用于卡紧进入到采样套管33中的取样管，使得取样管在进行天然气水合物的采样时不会随意窜动，保温机构1，设置在密封机构3的底部，用以保温取样的天然气水合物，在该实验设备的外部设置相应的恒温装置，使得流入保温机构1内的水体温度保持在需要的温度区间内，实现取样过程中对天然气水合物的保温功能，采样机构2，设置在保温机构1的底部，内部具有分隔部件，当取样管依次插入密封机构3、保温机构1进入到采样机构2内部之后，分隔部件用于隔开各根取样管，使得取样管进入到采样机构2内之后不会相互缠绕在一起。
37.以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。