30米天然气水合物保真采样器的设计

摘要

随着石油等不可再生能源的消耗，人类把目光投向了海底未开采的资源一天然气水合物，它存在于几千米海底的沉积物中，在低温高压下形成冰晶状固体。本文主要针对海底沉积物中的天然气水合物的采集取样，研制一套天然气水合物的保真取样系统。目前的天然气水合物采样系统不具备对采集的沉积物样品保压效果，且使用重力活塞原理的采样器采样深度浅。本文设计的采样器可望解决上述两大问题。 全文共分六章： 第一章首先介绍了天然气水合物的背景知识，然后分析了天然气水合物采样器在国内外的发展现状，最后提出了课题研究的目的意义和主要内容。 第二章先介绍采样器的工作原理，然后对各个部件进行结构和尺寸上的设计和校核，特别是对三个重要部件的仿真计算。在螺纹连接处使用两种原理对螺纹进行仿真校核。 第三章是对采样器采样过程中采样深度、阻力变化、采样速度在不同配重、初速度、海底底质、保真简内外径的情况下的影响做了建模及仿真计算。并对保真筒进行了压杆稳定分析。 第四章是通过采样器与土作用的阻力模型试验来对第三章中的阻力变化仿真计算进行校核，发现第三章的仿真情况比较真实。 第五章围绕压力补偿系统中的蓄能器的选型计算进行研究，通过计算选出适合的蓄能器的型号。 第六章总结全文，阐述本论文的研究成果，并提出下一步的研究方向。

目录

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第一章 绪论

1.1课题的背景

1.2国内外目前采样器的发展现状

1.3课题的意义和目的

1.4课题的主要研究内容

第二章 采样器系统设计研究

2.1采样器工作原理

2.2主要材料的选用

2.3压力容器设计准则

2.4保真筒结构设计及壁厚计算

2.5保真筒螺纹设计研究

2.6活塞设计及校核

2.7密封舱壁厚计算

2.8支撑环的设计

2.9密封舱筒体下端部设计

2.10下翻盖设计

2.11下封口密封性能的下密封舱样品入口端引水冲洗技术

2.12导流装置半圆式连接结构的设计

第三章 采样器取样仿真与压杆稳定校核

3.1水中自由下落高度确定

3.2采样器插入沉积物深度计算

3.3采样器采样过程压杆稳定校核

3.4仿真计算结果与分析

第四章 沉积物采样器与土作用阻力模型试验研究

4.1试验系统

4.2试验步骤及试验记录

4.3试验结论及分析

第五章 蓄能器选型

5.1设计保证

5.2设计计算

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2论文创新点

6.3工作展望

参考文献

致谢