一种气体推动式地下流体分层取样装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气体推动式地下流体分层取样装置，简易封隔器系统的端口插入井筒系统的管内镶嵌，通过螺钉铆接牢固，形成整体筒状结构。整体筒状结构通过钻孔埋入地层，其内部导管穿过简易封隔器预留的小孔，与U型管地下液体进样系统连接。导管穿过第一简易封隔器预留的小孔与土壤气取样系统的气相过滤器和气相单向阀连接，该导管穿过第一简易封隔器与地面的针阀、液体取样容器连接。设置在地面井口处的气体推动式地面液体取样系统通过穿过第一简易封隔器预留的小孔与U型管地下液体进样系统连接。该取样装置结构巧妙新颖；成本低廉、耐久性优越；场地适应性强；应用领域广泛，工程需求强劲，具有良好的应用前景和商业价值。

Gas pushing type underground fluid stratified sampling device

The invention discloses a gas pushing type underground fluid stratified sampling device, wherein, the port of a simple packer system is inserted into the tube of the wellbore system and is riveted firmly by screws to form a whole cylindrical structure. The whole tubular structure is drilled into the formation through the borehole, and its inner conduit passes through the small hole reserved by the simple packer and is connected with the underground liquid sampling system of the U type pipe. The catheter through the first simple packer reserved holes and soil gas sampling system of gas phase and gas phase filter check valve connected to the catheter through the needle valve, liquid sampling container first simple packer and ground connection. A gas driven ground liquid sampling system, located at the wellhead of the ground, is connected to the subsurface liquid injection system of the U type pipe through a small hole set aside by the first simple packer. The sampling device has the advantages of artful and novel structure, low cost, excellent durability, strong site adaptability, wide application field, strong engineering demand, good application prospect and commercial value.

【技术实现步骤摘要】
一种气体推动式地下流体分层取样装置
本专利技术涉及浅部地层地下流体取样领域，更具体涉及一种浅层井内基于气体推动式原理对地下水和土壤气分层进行取样的装置。
技术介绍
地下流体是关系到地球演化和地表生物生存的重要因素。地下流体取样，通过同位素追踪、地层残余气分析、化学成分测试、微生物群落特征等分析方法能连续提供大量关于地层的物理、化学和微生物信息，是对工程开展和环境安全评估有重要指导意义的监测手段之一。要对地下流体进行分析，首先要获得地下流体样品。根据工作原理分类，国内外开发的各式各样地下流体取样技术主要分为三种(陈礼宾.美国地下水监测的一些方法和仪器.地下水,1988(01):55～58)：下井式定深取样(刘景涛等.浅层地下水定深取样器的研制.环境监测管理与技术,2008(05):56～58.)、泵式多级监测取样(卢予北.国家级一孔多层地下水示范监测井钻探技术与研究.探矿工程(岩土钻掘工程),2007(03):5～8.)、气体推动式取样技术。由于下井式定深取样技术不能进行连续取样；泵式多级监测井取样技术对地层流体扰动过大，且不能很好适应野外场地(如无220V交流电源)。因此，结合工程实际的需求，选择气体推动式地下流体取样技术。美国伯克利实验室BarryFreifeld开发的U型管取样系统在美国Frio咸水层示范工程率先应用，单层取样，深度达1513.9m。(Freifeld,B.M.TheU-tube:ANewParadigmforBoreholeFluidSampling.ScientificDrilling,2009,8(8):41～45)适用于深部地层流体取样，因此其结构复杂、操作繁琐、成本高昂，对于浅部地层流体的取样没有必要使用这样的取样系统。专利技术专利“井内分层气液两相流体保真取样装置”(授权专利号：201110063499.7)公开了井内分层气液两相流体保真取样装置，该装置可以精确控制地下流体取样层位，实现不同层位的气液的取样，同时保证取样过程中温度、压力与地下流体的温度条件一致。但是主要针对深部地层流体的取样。专利技术专利“一种浅层井内分层气液流体取样装置”(申请号:201310403425.2)公开了针对浅井的一孔多层地下流体取样装置，该装置基于气体推动式取样技术，初步实现对多个地层进行长期连续取样，可以精确控制取样层位，能同时进行气液取样，结构简单，成本低廉，具有很好的场地适应性(压力源采用氮气瓶，避免使用220V电源)。但仍存在若干技术难点，如泥沙颗粒或冬季结冰引起小孔堵塞，导致取样系统失效；结构性设计造成井筒内原有空气无法排除，造成内部超压空气与外部水头压差过早平衡，导致地层流体无法持续进入取样系统；层间串水或井筒内长期残留的流体，导致地面所取的样品失去代表性，即无法实时反映指定地层流体粒子浓度的变化，使样品质量大大降低。在保证多层取样的功能要求和样品的质量要求前提下，对于浅部地层流体的取样装置，其耐压、耐温等要求要比深部地层流体取样低一些。因此，取样系统的成本应该可以更低一些、取样器的设计与操作应该可以更灵活一些。
技术实现思路
本专利技术克服现有地下流体取样装置的上述缺点和不足，是在于提供了一种气体推动式地下流体分层取样装置。该取样装置结构巧妙新颖；成本低廉、耐久性优越；场地适应性强；应用领域广泛，工程需求强劲，具有良好的应用前景和商业价值。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种气体推动式地下流体分层取样装置，它包括井筒系统、简易封隔器系统、U型管地下液体进样系统、气体推动式地面液体取样系统和土壤气取样系统。各系统功能及连接方式描述如下：简易封隔器系统的端口插入井筒系统的管内镶嵌，并通过第一层螺钉、第二层螺钉、第三层螺钉、第四层螺钉、第五层螺钉、第六层螺钉、第七层螺钉、第八层螺钉、第九层螺钉、第十层螺钉铆接牢固，形成一个外径75mm，长约10m的整体筒状结构。该整体筒状结构通过钻孔埋入地层，其外侧与地层直接接触并接受地层水的缓慢渗入，其内部设置U型管地下液体进样系统和土壤气取样系统。具体连接方式为导管穿过第一简易封隔器、第二简易封隔器、第三简易封隔器、第四简易封隔器、第五简易封隔器预留的8mm小孔，与U型管地下液体进样系统连接。导管穿过第一简易封隔器预留的8mm小孔与土壤气取样系统的气相过滤器和气相单向阀连接，且该导管穿过第一简易封隔器与地面的针阀、液体取样容器连接。而设置在地面井口处的气体推动式地面液体取样系统通过穿过第一简易封隔器预留的小孔与U型管地下液体进样系统连接。在氮气瓶加压下，将井下U型管地下液体进样系统渗入的流体压送至地面的第一液体取样容器、第二液体取样容器、第三液体取样容器，从而完成取样。所述的整体筒状结构，其连接方式为自上而下第一简易封隔器、第一井筒进样段和第一滤网、第二简易封隔器、第一井筒连接段、第三简易封隔器、第二井筒进样段和第二滤网、第四简易封隔器、第二井筒连接段、第五简易封隔器、第三井筒进样段和第三滤网、第六简易封隔器依次连接，如图2和图3所示。其中第一简易封隔器、第二简易封隔器、第三简易封隔器、第四简易封隔器、第五简易封隔器、第六简易封隔的端口插入第一井筒进样段、第二井筒进样段、第三井筒进样段或第一井筒连接段、第二井筒连接段的管内镶嵌，并通过沿圆周均布的第一层螺钉、第二层螺钉、第三层螺钉、第四层螺钉、第五层螺钉、第六层螺钉、第七层螺钉、第八层螺钉、第九层螺钉、第十层螺钉铆接紧固。而第一滤网侧面沿圆周黏贴在第一井筒进样段外管管壁，第一滤网的上下两端分别通过第一层螺钉和第二层螺钉铆固紧密；第二滤网侧面沿圆周黏贴在第二井筒进样段外管管壁，第二滤网的上下两端分别通过第五层螺钉和第六层螺钉铆固紧密；第三滤网侧面沿圆周黏贴在第三井筒进样段外管管壁，第三滤网的上下两端分别通过第九层螺钉和第十层螺钉铆固紧密。所述的井筒系统包含井筒进样段、井筒连接段、螺钉和滤网。所述的井筒进样段，其特征在于长度按实际取样容量计算、沿圆周均布约60个2mm小孔，且在其侧壁设置一层尼龙材质的过滤网(滤网规格由地层土体颗粒粒径分布决定，此处为200目)，此处为直径75mm、长约0.5m的PVC-U管。所述的井筒连接段，其特征在于长度依据实际地层深度设计，此处为直径75mm、长4m的PVC-U管。井筒进样段和井筒进样段通过螺钉连接；所述的简易封隔器系统，其特征在于不透水堵头中间穿孔(数量由实际导管数决定)，其中第六简易封隔器为锥形。所述的简易封隔器系统，其作用在于：其上下两端通过螺钉与井筒系统连接，其中间穿孔允许U型管地下液体进样系统的导管通过，其中其功能不允许地层水穿透，其材质为耐久性好的PVC塑料；所述的U型管地下液体进样系统包含储流容器、三通、液相单向阀和滤芯，其连接结构为：滤芯连接液相单向阀，单向阀通过三通与储流容器和导管连接。所述的储流容器，其作用在于井下储存渗入的地下流体，其特征在于直径(12mm)大于导管(8mm)，长度依实际所需取水容量决定。所述的滤芯其作用在于过滤地下流体和保护单向阀，其特征在于其形状为圆盘，其滤网规格为500目；所述的气体推动式地面液体取样系统包含球阀、液体取样容器、减压阀和氮气瓶，其连接结构为：U型管地下液体进样系统从井下通往地面的两根导管均设置球阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体推动式地下流体分层取样装置，它包括井筒系统(10)、简易封隔器系统(20)、U型管地下液体进样系统(30)、气体推动式地面液体取样系统(40)和土壤气取样系统(50)，其特征在于：简易封隔器系统(20)的端口插入井筒系统(10)的管内镶嵌，通过第一层螺钉(13a)、第二层螺钉(13b)、第三层螺钉(13c)、第四层螺钉(13d)、第五层螺钉(13e)、第六层螺钉(13f)、第七层螺钉(13g)、第八层螺钉(13h)、第九层螺钉(13i)、第十层螺钉(13j)铆接，形成一个外径75mm，长10m的整体筒状结构，导管穿过第一简易封隔器(20a)、第二简易封隔器(20b)、第三简易封隔器(20c)、第四简易封隔器(20d)、第五简易封隔器(20e)预留的孔，与U型管地下液体进样系统(30)连接，导管穿过第一简易封隔器(20a)预留的孔与土壤气取样系统(50)的气相过滤器(51)和气相单向阀(52)连接，导管穿过第一简易封隔器(20a)与地面的针阀(54)、液体取样容器(53)连接，设置在地面井口处的气体推动式地面液体取样系统(40)通过穿过第一简易封隔器(20a)预留的孔与U型管地下液体进样系统(30)连接；整体筒状结构为自上而下第一简易封隔器(20a)、第一井筒进样段(11a)和第一滤网(14a)、第二简易封隔器(20b)、第一井筒连接段(12a)、第三简易封隔器(20c)、第二井筒进样段(11b)和第二滤网(14b)、第四简易封隔器(20d)、第二井筒连接段(12b)、第五简易封隔器(20e)、第三井筒进样段(11c)和第三滤网(14c)、第六简易封隔器(20f)依次连接，其中第一简易封隔器(20a)、第二简易封隔器(20b)、第三简易封隔器(20c)、第四简易封隔器(20d)、第五简易封隔器(20e)、第六简易封隔器(20f)的端口插入第一井筒进样段(11a)、第二井筒进样段(11b)、第三井筒进样段(11c)和第一井筒连接段(12a)、第二井筒连接段(12b)的管内镶嵌，第一滤网(14a)侧面沿圆周黏贴在第一井筒进样段(11a)外管管壁，第一滤网(14a)的上下两端分别通过第一层螺钉(13a)和第二层螺钉(13b)铆固；第二滤网(14b)侧面沿圆周黏贴在第二井筒进样段(11b)外管管壁，第二滤网(14b)的上下两端分别通过第五层螺钉(13e)和第六层螺钉(13f)铆固；第三滤网(14c)侧面沿圆周黏贴在第三井筒进样段(11c) 外管管壁，第三滤网(14c)的上下两端分别通过第九层螺钉(13i)和第十层螺钉(13j)铆固紧密，气体推动式地面液体取样系统(40)包括球阀(41)、液体取样容器(42)、减压阀(43)、氮气瓶(44)，球阀(41)包括第一球阀(41a)、第二球阀(41b)、第三球阀(41c)、第四球阀(41d)、第五球阀(41e)、第六球阀(41f)，液体取样容器（42）包括第一液体取样容器（42a）、第二液体取样容器（42b）、第三液体取样容器（42c），减压阀(43)包括第一减压阀(43a)、第二减压阀(43b)、第三减压阀(43c)，从井下通往地面连接着U型管地下液体进样系统(30)的导管设置第一球阀(41a)、第二球阀(41b)、第三球阀(41c)、第四球阀(41d)、第五球阀(41e)、第六球阀(41f)，连接第一储流容器(31a)的导管后端设置第一球阀(41a)和第一液体取样容器(42a)，连接第一三通(32a)的导管后端设置第四球阀(41d)和第一减压阀(43a)；连接第二储流容器(31b)的导管后端设置第二球阀(41b)和第二液体取样容器(42b)，连接第二三通(32b)的导管后端设置第五球阀(41e)和第二减压阀(43b)；连接第三储流容器(31c)的导管后端设置第三球阀(41c)和第三液体取样容器(42c)，连接第三三通(32c)的导管后端设置第六球阀(41f)和第三减压阀(43c)，第一减压阀(43a)、第二减压阀(43b)、第三减压阀(43c)连接移动式氮气瓶(44)。...

【技术特征摘要】
1.一种气体推动式地下流体分层取样装置，它包括井筒系统(10)、简易封隔器系统(20)、U型管地下液体进样系统(30)、气体推动式地面液体取样系统(40)和土壤气取样系统(50)，其特征在于：简易封隔器系统(20)的端口插入井筒系统(10)的管内镶嵌，通过第一层螺钉(13a)、第二层螺钉(13b)、第三层螺钉(13c)、第四层螺钉(13d)、第五层螺钉(13e)、第六层螺钉(13f)、第七层螺钉(13g)、第八层螺钉(13h)、第九层螺钉(13i)、第十层螺钉(13j)铆接，形成一个外径75mm，长10m的整体筒状结构，导管穿过第一简易封隔器(20a)、第二简易封隔器(20b)、第三简易封隔器(20c)、第四简易封隔器(20d)、第五简易封隔器(20e)预留的孔，与U型管地下液体进样系统(30)连接，导管穿过第一简易封隔器(20a)预留的孔与土壤气取样系统(50)的气相过滤器(51)和气相单向阀(52)连接，导管穿过第一简易封隔器(20a)与地面的针阀(54)、液体取样容器(53)连接，设置在地面井口处的气体推动式地面液体取样系统(40)通过穿过第一简易封隔器(20a)预留的孔与U型管地下液体进样系统(30)连接；整体筒状结构为自上而下第一简易封隔器(20a)、第一井筒进样段(11a)和第一滤网(14a)、第二简易封隔器(20b)、第一井筒连接段(12a)、第三简易封隔器(20c)、第二井筒进样段(11b)和第二滤网(14b)、第四简易封隔器(20d)、第二井筒连接段(12b)、第五简易封隔器(20e)、第三井筒进样段(11c)和第三滤网(14c)、第六简易封隔器(20f)依次连接，其中第一简易封隔器(20a)、第二简易封隔器(20b)、第三简易封隔器(20c)、第四简易封隔器(20d)、第五简易封隔器(20e)、第六简易封隔器(20f)的端口插入第一井筒进样段(11a)、第二井筒进样段(11b)、第三井筒进样段(11c)和第一井筒连接段(12a)、第二井筒连接段(12b)的管内镶嵌，第一滤网(14a)侧面沿圆周黏贴在第一井筒进样段(11a)外管管壁，第一滤网(14a)的上下两端分别通过第一层螺钉(13a)和第二层螺钉(13b)铆固；第二滤网(14b)侧面沿圆周黏贴在第二井筒进样段(11b)外管管壁，第二滤网(14b)的上下两端分别通过第五层螺钉(13e)和第六层螺钉(13f)铆固；第三滤网(14c)侧面沿圆周黏贴在第三井筒进样段(11c)外管管壁，第三滤网(14c)的上下两端分别通过第九层螺钉(13i)和第十层螺钉(13j)铆固紧密，气体推动式地面液体取样系统(40)包括球阀(41)、液体取样容器(42)、减压阀(43)、氮气瓶(44)，球阀(41)包括第一球阀(41a)、第二球阀(41b)、第三球阀(41c)、第四球阀(41d)、第五球阀(41e)、第六球阀(41f)，液体取样容器（42）包括第一液体取样容器（42a）、第二液体取样容器（42b）、第三液体取样容器（42c），减压阀(43)包括第一减压阀(43a)、第二减压阀(43b)、第三减压阀(43c)，从井下通往地面连接着U型管地下液体进样系统(30)的导管设置第一球阀(41a)、第二球阀(41b)、第三球阀(41c)、第四球阀(41d)、第五球阀(41e)、第六球阀(41f)，连接第一储流容器(31a)的导管后端设置第一球阀(41a)和第一液体取样容器(42a)，连接第一三通(32a)的导管后端设置第四球阀(41d)和第一减压阀(43a)；连接第二储流容器(31b)的导管后端设置第二球阀(41b)和第二液体取样容器(42b)，连接第二三通(32b)的导管后端设置第五球阀(41e)和第二减压阀(43b)；连接第三储流容器(31c)的导管后端设置第三球阀(41c)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小春，刘学浩，李琦，方志明，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42