一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法

1.本发明涉及海洋工程勘探技术领域，尤其涉及一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法。


背景技术：

2.海底浅层气是一种海洋灾害地质类型，一般指由于海床浅地层内聚集的气体存在影响海上工程施工和构筑物安全的现象。浅层气成分主要是甲烷(可燃气体)。我国近海海底分布着大面积的浅层气，随着我国海洋经济的开发，各种港口、跨海大桥的建设和工程项目的实施，均需了解海底状况，浅层气的存在威胁着海底构筑物的安全，一旦发生灾害，将造成不可估量的经济损失。
3.目前，国内外常利用各种地球物理探测技术进行海底地层中的浅层气赋存形态、特征及其分布范围的定性识别，此判别方式主要通过在海底地貌测量过程中发现海底面上因浅层气喷逸造成的塌落与凹陷地貌，或者在地层剖面调查中有信号干扰屏蔽现象来识别。
4.但进一步研究海底浅层气的成分，从而进一步分析浅层气的成因、运移与聚集等，通过地球物理探测方法是无法完全实现的，需要通过采集海底浅层气体后在现场或者实验室内进行测试分析。浅层气往往存在于高渗透性的砂质沉积物中，由于低渗透性的沉积物(如黏土、粉质黏土等)覆盖其上使得浅层气能够埋藏于海底，因此也给浅层气的收集造成了很大的困扰。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题提供一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法，实现了海底浅层含气土层气体的收集，为后续进一步对含气土层气体进行各类分析测试提供可能。
6.本发明是通过以下技术方案予以实现：
7.一种用于收集海底浅层含气土层中气体的方法，其包括如下步骤：
8.s1:将海上平台定位并锚固，海上平台至海底泥层深度设置保护套管，且保护套管打入泥层固定；
9.s2:将集气探头通过导气管依次与水气分离罐、集气瓶及真空泵连通且在相邻部件之间安装阀门；
10.s3:将集气探头通过海上平台的钻杆从保护套管内缓慢压入海底；
11.s4:打开真空泵及各个阀门，对集气瓶和水气分离罐进行抽真空处理后，关闭真空泵及集气瓶两侧的阀门，使集气瓶处于独立的真空状态；
12.s5:继续缓慢下压集气探头至含气土层后停止贯入，使集气探头停留在含气土层中开始收集气体；
13.s6:含气土层中的水气进入水气分离罐内，待水气分离罐的压力表达到稳定状态
后，打开集气瓶与水气分离罐之间的阀门，使水气分离罐内的气体进入到集气瓶内，直至集气瓶内收集到试验所需量的气体。
14.进一步，集气探头压入海底时，导气管固定在钻杆的侧壁上。
15.优化的，水气分离罐及集气瓶进行抽真空处理，压力需达到-80kpa以上。
16.进一步，当水气分离罐内有可燃气体进入时，水气分离罐内的可燃气检测仪报警。一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置，其包括集气探头、水气分离罐、集气瓶及真空泵，所述集气探头包括依次连通的锥形探头、空心连杆及连接接头，所述空心连杆外壁上设有多个通孔，所述连接接头固定安装在海上平台的钻杆上且依次与水气分离罐、集气瓶及真空泵通过导气管连通，所述导气管在每两个相邻部件之间均安装有阀门，所述水气分离罐上安装有压力表。
17.进一步，水气分离罐上安装有可燃气检测仪。
18.进一步，空心连杆外套装有空心透水石。
19.进一步，靠近连接接头处的导气管与钻杆侧壁固定。
20.本发明的有益效果：
21.本发明提供的一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法，具有如下优点：1.装置结构简单，成本低；
22.2.海底浅层含气土层中气体收集方法方便省时省力；
23.3.为后续进一步对收集的浅层气进行各类分析测试提供可能。
附图说明
24.图1为本发明结构示意图；
25.图2为集气探头爆炸图；
26.图中1.集气探头，2.阀门，3.水气分离罐，4.可燃气检测仪，5.压力表，6.导气管，7.集气瓶，8.真空泵,9.锥形探头，10.空心连杆，11.空心透水石，12.空心连杆，13.通孔。
具体实施方式
27.一种用于收集海底浅层含气土层中气体的方法，其包括如下步骤：
28.s1:将海上平台定位并锚固，海上平台至海底泥层深度设置保护套管，且保护套管打入泥层固定；设置保护套管可以对钻杆及集气探头进行保护，并且保护套管是一般的海上平台必备的，无需新增。
29.s2:将集气探头通过导气管依次与水气分离罐、集气瓶及真空泵连通且在相邻部件之间安装阀门；
30.s3:将集气探头通过海上平台的钻杆从保护套管内缓慢压入海底；
31.s4:打开真空泵及各个阀门，对集气瓶和水气分离罐进行抽真空处理后，关闭真空泵及集气瓶两侧的阀门，使集气瓶处于独立的真空状态，方便集气探头采集的水气全部进入水气分离罐进行水气分离后，再将气体收集到集气瓶内；
32.s5:继续缓慢下压集气探头至含气土层后停止贯入，使集气探头停留在含气土层中开始收集气体；
33.s6:含气土层中的水气进入水气分离罐内，待水气分离罐的压力表达到稳定状态
后，打开集气瓶与水气分离罐之间的阀门，使水气分离罐内的气体进入到集气瓶内，直至集气瓶内收集到试验所需量的气体。
34.由于预先将集气瓶和水气分离罐进行了抽真空处理，初期导气管和水气分离罐均处于负压状态，含气土层中的水气因为压力差，会进入到水气分离罐中，并且在这个过程中压力表中压力逐渐上升由负转正，继续观察压力表的压力值，压力表数值会逐渐上升并达到稳定(与含气土层压力一致)，并且水分在重力作用下下沉至罐底，罐内的气体在打开集气瓶与水气分离罐之间的阀门后就会进入到集气瓶内，完成含气土层内气体的收集。
35.一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置，其包括集气探头1、水气分离罐3、集气瓶7及真空泵8，所述集气探头包括依次连通的锥形探头9、空心连杆10及连接接头12，所述空心连杆外壁上设有多个通孔13，所述连接接头固定安装在海上平台的钻杆(未示出)上且依次与水气分离罐、集气瓶及真空泵通过导气管6连通，且导气管在每两个相邻部件之间均安装有阀门2，所述水气分离罐上安装有压力表5。
36.本技术保护的用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法，在收集海底浅层含气土层中气体时，可以将集气探头的连接接头与海上平台动力装置的钻杆固定连接，将集气探头的锥形探头压入到海底浅层含气土层内中，含气土层中的水气就会从空心连杆的通孔进入，由于水气分离罐及集气瓶进行了抽真空处理，水气经连接接头及导气管进入到水气分离罐分离后就会进入到集气瓶内完成收集。收集装置结构简单，成本低，利用现有的海上平台，只需增加探头、水气分离罐、集气瓶、真空泵及阀门即可，并且装置可以重复利用，收集方法方便省时省力，收集后便于对海底浅层含气土层中气体进行各类分析测试。
37.优化的，水气分离罐及集气瓶进行抽真空处理，压力需达到-80kpa以上，保证在水气分离罐及集气瓶内形成一定的负压，使含气土层内的气体顺利进入水气分离罐及集气瓶内。
38.进一步，水气分离罐上安装有可燃气检测仪4，当有可燃气体进入到水气分离罐时，可燃气检测仪就会报警，帮助操作者判断是否采集到可燃气体。
39.进一步，空心连杆外套装有空心透水石11，能够起到在含气水层中通过水气隔离泥土的作用，防止泥土进入到集气探头内。
40.进一步，靠近连接接头处的导气管与钻杆侧壁固定，具体可以通过绑带绑扎，也可以设置卡套等或采用其他方式固定，避免导气管与连接接头处拉拽受力，将集气探头贯入淤泥质黏土层中一定深度停留不动或者导致导气管与连接接头脱离。
41.综上所述，本发明所保护的一种用于收集海底浅层含气土层中气体的装置及方法，实现了海底浅层含气土层气体的收集，为后续进一步对含气土层气体进行各类分析测试提供可能，并且装置结构简单，成本低，可重复使用，收集方法方便省时省力。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。