一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法
【专利摘要】本发明公开了一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法，所述采集装置包括集气室、收集室、浮力器和储气罐，所述集气室、所述收集室和所述浮力器从下到上依次通过导向浮标链同轴连接，所述浮力器和所述储气罐连通，所述收集室沿所述导向浮标链上升或下降，进而与所述集气室和所述浮力器进行连接或断开。所述海底冷泉区渗漏天然气采集装置利用海底温度和压力变化对冷泉区渗漏天然气状态的影响，进行冷泉区渗漏天然气的采集。所述海底冷泉区渗漏天然气采集装置采集效率高，具有重要的经济意义。
【专利说明】
一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法
技术领域
[0001]本发明涉及气体采集技术领域，具体来说涉及一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法。
【背景技术】
[0002]冷泉为海底之下天然气水合物分解后产生的一些流体组分在海底表面的溢出，冷泉的温度与海底周围温度基本一致，溢出的流体富含甲烷、硫化氢和二氧化碳等组分，可给一些化能合成的微生物提供丰富的养分，我们现在看到的丰富生物群落即以这些化能合成微生物作为初级生产力。冷泉区域一般都是深海海底生命极度活跃的地方，相比于其他的深海海底，冷泉好像“沙漠中的绿洲”。冷泉具有如下研究意义:一是研究地球深部生物圈的窗口，二是海底底下天然气水合物寻找的标志之一，三是全球圈层相互作用和全球变化研究的科学前沿之一。海底冷泉烃类气体的来源之一是天然气水合物分解的天然气，据估算海底冷泉活动渗漏的天然气每年约有20 X 16吨进入大气，溶解在海水中的天然气的量则更为巨大。因此，对海底冷泉渗漏的天然气进行采集具有重要的经济意义。
[0003]目前，全球范围内对海底冷泉释放的天然气尚无成熟实际的采集手段，因此，一种能够收集海底冷泉释放的天然气的装置成为本领域的研究热点和难点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法，所述采集装置可以对海底冷泉区释放的天然气进行采集，采集效率高、采集过程安全，具有重要的经济意义。
[0005]为此，本发明提供了一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置，包括集气室、收集室、浮力器和储气罐，所述集气室、所述收集室和所述浮力器从下到上依次通过导向浮标链同轴连接，所述浮力器和所述储气罐连通，所述收集室沿所述导向浮标链上升或下降，进而与所述集气室和所述浮力器进行连接或断开。
[0006]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述收集室由上至下依次包括上圆台形罩体、圆柱形本体和下圆台形罩体，所述上圆台形罩体底面的直径大于所述圆柱形本体的直径，所述上圆台形罩体与所述圆柱形本体接合的位置形成有突出的圆环边，所述上圆台形罩体、所述圆柱形本体和所述下圆台形罩体内部形成收集空腔;所述收集空腔内部具有弹簧杆阀，所述弹簧杆阀包括连接杆，设在所述连接杆顶部的弹簧，以及设在所述弹簧顶部的锥形弹簧阀门，所述弹簧杆阀沿着所述导向浮标链上升或下降；所述圆柱形本体内壁间隔设有向上倾斜的多个天然气捕获片。
[0007]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述集气室包括圆锥形空心罩，以及设在所述圆锥形空心罩上端的圆柱形颈部;所述圆锥形空心罩的下端等间隔设有多个配重块；
所述圆柱形颈部内部形成出气口，所述圆柱形颈部外侧设有一圈密封环，用于所述集气室与所述收集室的密封连接;所述出气口内的所述导向浮标链上设有下部限位器。
[0008]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述浮力器包括浮力罩，所述浮力罩下端固连有夹持器，所述浮力罩内部形成对接室;所述对接室内部的所述导向浮标链上设有上部限位器。
[0009]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述浮力器的所述浮力罩与所述储气罐通过弹性导管连通，所述弹性导管上设有通气阀门。
[0010]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述导向浮标链的下端与所述集气室固连，所述导向浮标链的上端连接有浮球。
[0011]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，所述采集装置还包括控制单元，所述控制单元与所述上部限位器、所述夹持器和所述通气阀门相连。
[0012]本发明还提供了一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，所述方法包括如下步骤:
(1)安装所述海底冷泉区渗漏天然气采集装置，使得所述集气室位于所述海底冷泉区，所述集气室与所述收集室连接，所述浮力器悬浮在海水中，距离海平面50-150Π1，所述储气罐设置在作业船体上；
(2)所述海底冷泉区渗漏天然气进入所述集气室中，所述集气室中的天然气进入所述收集室中；所述海底冷泉区的温度和压力使得所述收集室中的天然气固化成为天然气水合物晶体，所述收集室内的所述多个天然气捕获片用于保存所述天然气水合物晶体；当所述收集室被所述天然气水合物晶体填充的同时，所述收集室内的海水被排出，使得所述收集室的浮力增大，进而使得所述收集室在浮力的作用下沿着所述导向浮标链上升；
(3)所述收集室上升到所述收集室的所述弹簧杆阀与所述浮力器的所述上部限位器接触使得所述弹簧压缩，继而使得所述锥形弹簧阀门被打开，进而使得所述收集室和所述浮力器连接;所述上部限位器发送信号给所述控制单元，所述控制单元控制所述夹持器闭合，使得所述夹持器夹持住所述收集室的所述圆环边，进而锁定所述浮力器和所述收集室的连接；
(4)所述浮力器距离海平面50-150m，当所述收集室上升到与所述浮力器连接时，所述收集室所处的环境温度和环境压力使所述天然气水合物晶体转化成为气态天然气，所述收集室内的气态天然气进入所述浮力器的所述对接室内；
(5)当所述弹簧处于压缩状态时，所述控制单元打开所述弹性导管的所述通气阀门，使得所述浮力器的所述对接室内的气态天然气通过所述弹性导管进入到所述储气罐中。
[0013]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，所述步骤(I)中，所述集气室的所述圆柱形颈部与所述收集室的所述下圆台形罩体通过柱锥形状配合连接，所述收集室的所述锥形弹簧阀门处于关闭状态，所述锥形弹簧阀门罩在所述收集室的所述上圆台形罩体上，使得所述收集室上端处于密封状态。
[0014]如上所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，所述步骤(3)中，所述浮力器的所述上部限位器用于控制所述收集室上升的极限位置。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是:本发明提供了一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置及采集方法，所述采集装置包括集气室、收集室、浮力器和储气罐，所述集气室、所述收集室和所述浮力器从下到上依次通过导向浮标链同轴连接，所述浮力器和所述储气罐连通，所述收集室沿所述导向浮标链上升或下降，进而与所述集气室和所述浮力器进行连接或断开。所述采集方法包括海底冷泉区渗漏天然气进入集气室，然后进入收集室，此时收集室处于海底，海底的温度和压力使得收集室内的天然气逐渐由气态转化成固态，当收集室逐渐被天然气水合物晶体填充的同时，收集室内的海水被逐渐排出，收集室的浮力逐渐增大。收集室在浮力的作用下沿着导向浮标链上升与浮力器连接，浮力器距离海平面50-150m，此时收集室内的天然气水合物晶体转化成气态天然气，气态天然气从收集室进入浮力器，然后再进入储气罐。本发明发所述海底冷泉区渗漏天然气采集装置采集效率高，结构简单，便于维护，所述天然气采集过程安全，具有重要的经济意义。
[0016]结合附图阅读本发明的【具体实施方式】后，本发明的其他特点和优点将变得更加清
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【附图说明】
[0017]图1是本发明海底冷泉区渗漏天然气采集装置的收集室的一种实施例的局部剖视图；
图2是本发明海底冷泉区渗漏天然气采集装置的集气室和收集室连接时的一种实施例的局部剖视图；
图3是本发明海底冷泉区渗漏天然气采集装置的收集室和浮力器连接时的一种实施例的局部剖视图。
[0018]图1-图3中，附图标记及其对应的部件名称如下:
1.集气室；11.圆锥形空心罩；12.圆柱形颈部；13.配重块；14.出气口； 15.下部限位器；16.密封环；2.收集室；21.上圆台形罩体；22.圆柱形本体;23.下圆台形罩体；24.圆环边；25.天然气捕获片;26.连接杆;27.弹簧;28.锥形弹簧阀门；29.收集空腔;3.浮力器;31.浮力罩;32.对接室;33.夹持器;34.上部限位器;4.储气罐;5.导向浮标链;6.弹性导管;61.通气阀门；7.浮球。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0020]如图1-图3所示，本实施例海底冷泉区渗漏天然气采集装置包括集气室1、收集器
2、浮力器3和储气罐4，集气室1、收集室2和浮力器3从下到上依次通过导向浮标链5同轴连接，浮力器3和储气罐4连通;收集室2沿导向浮标链5上升或下降，进而与集气室I和浮力器3进行连接或断开。
[0021]集气室I包括圆锥形空心罩11，以及设在圆锥形空心罩11上端的圆柱形颈部12;圆锥形空心罩11的下端等间隔设有多个配重块13;圆柱形颈部12内部形成出气口 14，圆柱形颈部12外侧设有一圈密封环16，用于集气室I与收集室2的密封连接；出气口 14内的导向浮标链5上设有下部限位器15。多个配重块13等间隔分布在集气室I的下端，可以增加集气室I的重量，还可以使得集气室I保持平衡，不会出现安装歪斜的情况。作为优选的实施方式，下部限位器15固连在导向浮标链5上。
[0022]收集室2由上至下依次包括上圆台形罩体21、圆柱形本体22和下圆台形罩体23，上圆台形罩体21底面的直径大于圆柱形本体22的直径，上圆台形罩体21与圆柱形本体22接合的位置形成有突出的圆环边24，上圆台形罩体21、圆柱形本体22和下圆台形罩体23内部形成收集空腔29;收集空腔29内部具有弹簧杆阀，弹簧杆阀包括连接杆26，设在连接杆26顶部的弹簧27，以及设在弹簧27顶部的锥形弹簧阀门28，弹簧杆阀沿着导向浮标链5上升或下降；圆柱形本体22内壁间隔设有向上倾斜的多个天然气捕获片25。
[0023]浮力器3包括浮力罩31，浮力罩31下端固连有夹持器33，浮力罩31内部形成对接室32，对接室32内部的导向浮标链5上设有上部限位器34。作为优选的实施方式，上部限位器34固连在导向浮标链5上。
[0024]浮力器3的浮力罩31与储气罐4通过弹性导管连通6，弹性导管6上设有通气阀门
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[0025]导向浮标链5的下端与集气室I固连，导向浮标链5的上端连接有浮球7。作为优选的实施方式，导向浮标链5的下端与集气室I的多个配重块13固连，导向浮标链5的上端连接有漂浮在海面上的浮球7;导向浮标链5在多个配重块13和浮球7的拉力作用下，可以基本上保持竖直状态。
[0026]本实施例采集装置还包括控制单元(未在图中示出)，控制单元与上部限位器34、夹持器33和通气阀门61相连。
[0027]本实施例海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法包括如下步骤:
(1)安装海底冷泉区渗漏天然气采集装置，使得集气室I位于海底冷泉区，集气室I与收集室2连接，浮力器3悬浮在海水中，距离海平面50-150m，储气罐4设置在作业船体上；
(2)海底冷泉区渗漏天然气进入集气室I中，集气室I中的天然气进入收集室2中；海底冷泉区的温度和压力使得收集室2中的天然气固化成为天然气水合物晶体，收集室2内的多个天然气捕获片25用于保存天然气水合物晶体；当收集室2被天然气水合物晶体填充的同时，收集室2内的海水被排出，使得收集室2的浮力增大，进而使得收集室2在浮力的作用下沿着导向浮标链5上升；
(3)收集室2上升到收集室2的弹簧杆阀与浮力器3的上部限位器34接触使得弹簧27压缩，继而使得锥形弹簧阀门28被打开，进而使得收集室2和浮力器3连接;上部限位器34发送信号给控制单元，控制单元控制夹持器33闭合，使得夹持器33夹持住收集室2的圆环边24，进而锁定浮力器3和收集室2的连接；
(4)浮力器3距离海平面50-150m，当收集室2上升到与浮力器3连接时，收集室2所处的环境温度和环境压力使天然气水合物晶体转化成为气态天然气，收集室2内的气态天然气进入浮力器3的对接室32内；
(5)当弹簧27处于压缩状态时，控制单元打开弹性导管6的通气阀门61，使得浮力器3的对接室32内的气态天然气通过弹性导管6进入到储气罐4中。
[0028]作为优选的实施方式，步骤(I)中，集气室I的圆柱形颈部12与收集室2的下圆台形罩体23通过柱锥形状配合连接，圆柱形颈部12外侧的密封环16可以用于集气室I与收集室2的密封连接，从而可以保证集气室I与收集室2中的天然气不会泄露。集气室I与收集室2连接时，收集室2的锥形弹簧阀门28处于关闭状态，锥形弹簧阀门28罩在收集室2的上圆台形罩体21上，使得收集室2上端处于密封状态。将浮力器3固连在导向浮标链5上，使得浮力器3悬浮在海水中，且距离海平面50-150m。
[0029]作为优选的实施方式，步骤(2)中，集气室I与收集室2连接时，集气室I中的天然气通过集气室I的出气口 14进入到收集室2的收集空腔29中；海底冷泉区的温度和压力使得收集室2的收集空腔29中的天然气固化成为天然气水合物晶体，收集室2内的多个天然气捕获片25可以保存天然气水合物晶体;多个天然气捕获片25间隔、向上倾斜设在圆柱形本体22内壁上，从而可以保证天然气水合物晶体不会从收集室2中漏出来;作为优选的实施方式，天然气捕获25可以为铟瓦合金。
[0030]作为优选的实施方式，步骤(3)中，浮力器3的上部限位器34固连在导向浮标链5上，上部限位器34可以用于控制收集室2上升的极限位置。
[0031 ]作为优选的实施方式，步骤(4)中，收集室2和浮力器3连接，浮力器3距离海平面50-150m，该区域范围内的海水温度和海水压力可以使得收集室2中的天然气水合物晶体转化成为气态天然气。收集室2中的天然气捕获片25具有高导热性，可以提高热传递的效率，进而可以加快天然气水合物晶体转化成气态天然气的速度。
[0032]作为优选的实施方式，步骤(5)中，储气罐4上安装有压缩机(未在图中示出)，用于将储气罐4中的气态天然气转化成液态天然气，液态天然气便于运输和保存。当气态天然气通过弹性导管6进入到储气罐4中时，收集室2和浮力器3的对接室32会被海水填充，收集室2的浮力会减小；当对接室32被海水充满时，控制单元关闭通气阀门61、打开夹持器33，进而使得收集室2与浮力器3分离，收集室2的弹簧阀门28自动恢复关闭状态，收集室2在重力作用下下降；收集室2下降到与集气室I连接时，可以开始下一轮的海底冷泉区渗漏天然气采集过程;集气室I的下部限位器15用于控制收集室2下降的极限位置，收集室2下降到收集室2的连接杆26与集气室I的下部限位器15接触时，收集室2停止下降。
[0033]本实施例海底冷泉区渗漏天然气采集装置采集效率高，结构简单，便于维护，天然气采集过程安全，具有重要的经济意义。
[0034]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于，包括集气室、收集室、浮力器和储气罐，所述集气室、所述收集室和所述浮力器从下到上依次通过导向浮标链同轴连接，所述浮力器和所述储气罐连通，所述收集室沿所述导向浮标链上升或下降，进而与所述集气室和所述浮力器进行连接或断开。2.如权利要求1所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于， 所述收集室由上至下依次包括上圆台形罩体、圆柱形本体和下圆台形罩体，所述上圆台形罩体底面的直径大于所述圆柱形本体的直径，所述上圆台形罩体与所述圆柱形本体接合的位置形成有突出的圆环边，所述上圆台形罩体、所述圆柱形本体和所述下圆台形罩体内部形成收集空腔； 所述收集空腔内部具有弹簧杆阀，所述弹簧杆阀包括连接杆，设在所述连接杆顶部的弹簧，以及设在所述弹簧顶部的锥形弹簧阀门，所述弹簧杆阀沿着所述导向浮标链上升或下降； 所述圆柱形本体内壁间隔设有向上倾斜的多个天然气捕获片。3.如权利要求2所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于， 所述集气室包括圆锥形空心罩，以及设在所述圆锥形空心罩上端的圆柱形颈部； 所述圆锥形空心罩的下端等间隔设有多个配重块； 所述圆柱形颈部内部形成出气口，所述圆柱形颈部外侧设有一圈密封环，用于所述集气室与所述收集室的密封连接； 所述出气口内的所述导向浮标链上设有下部限位器。4.如权利要求3所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于， 所述浮力器包括浮力罩，所述浮力罩下端固连有夹持器，所述浮力罩内部形成对接室； 所述对接室内部的所述导向浮标链上设有上部限位器。5.如权利要求4所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于，所述浮力器的所述浮力罩与所述储气罐通过弹性导管连通，所述弹性导管上设有通气阀门。6.如权利要求5所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于，所述导向浮标链的下端与所述集气室固连，所述导向浮标链的上端连接有浮球。7.如权利要求6所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置，其特征在于，所述采集装置还包括控制单元，所述控制单元与所述上部限位器、所述夹持器和所述通气阀门相连。8.如权利要求7所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)安装所述海底冷泉区渗漏天然气采集装置，使得所述集气室位于所述海底冷泉区，所述集气室与所述收集室连接，所述浮力器悬浮在海水中，距离海平面50-150m，所述储气罐设置在作业船体上； (2)所述海底冷泉区渗漏天然气进入所述集气室中，所述集气室中的天然气进入所述收集室中；所述海底冷泉区的温度和压力使得所述收集室中的天然气固化成为天然气水合物晶体，所述收集室内的所述多个天然气捕获片用于保存所述天然气水合物晶体；当所述收集室被所述天然气水合物晶体填充的同时，所述收集室内的海水被排出，使得所述收集室的浮力增大，进而使得所述收集室在浮力的作用下沿着所述导向浮标链上升； (3)所述收集室上升到所述收集室的所述弹簧杆阀与所述浮力器的所述上部限位器接触使得所述弹簧压缩，继而使得所述锥形弹簧阀门被打开，进而使得所述收集室和所述浮力器连接;所述上部限位器发送信号给所述控制单元，所述控制单元控制所述夹持器闭合，使得所述夹持器夹持住所述收集室的所述圆环边，进而锁定所述浮力器和所述收集室的连接； (4)所述浮力器距离海平面50-150m，当所述收集室上升到与所述浮力器连接时，所述收集室所处的环境温度和环境压力使所述天然气水合物晶体转化成为气态天然气，所述收集室内的气态天然气进入所述浮力器的所述对接室内； (5)当所述弹簧处于压缩状态时，所述控制单元打开所述弹性导管的所述通气阀门，使得所述浮力器的所述对接室内的气态天然气通过所述弹性导管进入到所述储气罐中。9.如权利要求8所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述集气室的所述圆柱形颈部与所述收集室的所述下圆台形罩体通过柱锥形状配合连接，所述收集室的所述锥形弹簧阀门处于关闭状态，所述锥形弹簧阀门罩在所述收集室的所述上圆台形罩体上，使得所述收集室上端处于密封状态。10.如权利要求8所述的海底冷泉区渗漏天然气采集装置的采集方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述浮力器的所述上部限位器用于控制所述收集室上升的极限位置。
【文档编号】E21B43/01GK105927194SQ201610426039
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】刘波, 华志励, 蒋慧略, 姚璞玉, 吕成兴, 臧鹤超, 徐娟
【申请人】山东省科学院海洋仪器仪表研究所