基于u形管技术的地下流体分层取样装置与方法_3

文档序号:9543025阅读:来源:国知局
气体取样袋;(标准气囊,市场上购买);
A5.4一浅层手动栗。
[0039]各子系统功能描述如下:浅层封隔器子系统的端口插入浅层链接子系统内镶嵌,并通过螺钉铆接牢固,形成一个外径75mm,壁厚4.5mm的整体筒状结构。地下流体进样子系统和浅层土壤气取样子系统作为取样核心部分置于该整体筒状结构并埋入钻孔中,其外侧与地层直接接触并接受流体经第一滤芯(1.5a)、第二滤芯(1.5b)过滤后缓慢渗入,并存储在浅层链接子系统中的第一储流容器和第二储流容器(1.3a,1.3b)内。该整体筒状结构,露出地表的井头连接浅部地层地面取样子系统。
[0040]所述的地下流体进样子系统,其具体连接方式为第一驱动管1.la和第一出样管1.2a穿过浅层第一上方封隔器A2.1,第一驱动管1.la、第一储流容器1.3a、第一出样管1.2a构成U形通道,第一滤芯1.5a通过第一液相单向阀1.4a与该U形通道联通,构成对第一地层流体取样的U形管结构。同理第二驱动管1.lb和第二出样管1.2b穿过浅层第一上方封隔器A2.1、浅层第一下方封隔器A2.2、浅层第二上方封隔器A2.3,第二驱动管1.lb、第二储流容器1.3b、第二出样管1.2b构成U形通道,第二滤芯1.5b通过第二液相单向阀1.4b与该U形通道联通,构成对第二地层流体取样的U形管结构。
[0041]所述的浅层封隔器子系统,其功能为浅层第一上方封隔器A2.1和浅层第一下方封隔器A2.2隔断第一取水层位的上下水力联系,浅层第二上方封隔器A2.3隔断第二取水层位的上部水力联系,保证所取地下流体样品来自地下指定深度的含水层。其中浅层第二下方封隔器A2.4作用还包括保护内部元件,圆锥形结构便于设备下井。
[0042]所述的浅层链接子系统,其功能为连接浅层地下流体进样子系统和浅层封隔器子系统,并保护浅层地下流体进样子系统的各元件,此处选用直径75_的PVC-U排水管,最长4m—段。其中,浅层第二链接管A3.2和浅层第四链接管A3.4分别作为第一取水层位和第二取水层位深度,圆周均布数个直径3mm的进水小孔,浅层第二链接管和浅层第四链接管的长度为0.5m,该链接管的体积依据地面实际取样容积的2倍设计。浅层第一链接管A3.1和浅层第三链接管A3.3主要起链接作用,其长度由各取水层位的深度间距决定,如某工程分别对地下_12m、-20m分层取水,则浅层第一链接管长12m,浅层第二链接管长0.5m,浅层第三链接管长8m,浅层第四链接管长0.5m。
[0043]所述的浅层地面取样子系统,其连接结构为:从井下通往地面连接着U形管浅层地下流体进样子系统的导管均设置浅层第一球阀A4.4a、浅层第二球阀A4.4b、浅层第三球阀A4.4c、浅层第四球阀A4.4d。连接浅层第一储流容器Al.3a的导管后端设置浅层第二球阀A4.4b和浅层第一取样瓶A4.3a,该U形管的另一端导管连接浅层第一球阀A4.4a、浅层减压阀A4.2、和浅层氮气瓶A4.1。同理连接浅层第二储流容器Al.3b的导管后端设置浅层第三球阀A4.4c和浅层第二取样瓶A4.3b,该U形管的另一端导管连接浅层第四球阀A4.4d、浅层减压阀A4.2、和浅层氮气瓶A4.1 ;
所述的浅层土壤气取样子系统,其连接结构为导管由地面伸入井下指定深度,并依次连接浅层气相单向阀A5.1和过滤器(若必要),该导管穿过井头分别连接浅层气动球阀A5.2,浅层气体取样袋A5.3和浅层手动栗A5.4。取气操作时,打开浅层气动球阀A5.2,通过浅层手动栗的A5.4的抽拉将地层中的土壤气收集至浅层气体取样袋A5.3。而井下设置气相单向阀的逆止功能保证井头的空气不会通过导管进入地层与土壤气混合造成污染,保证所取气体样品精度与代表性。
[0044]实施例2:适用于中层地层200m级的U形管地下流体分层取样装置,
下面结合附图对本发明进一步详细说明:
地下流体进样子系统,包括:
1.la—第一驱动管;1.lb—第二驱动管;(1/8不锈钢管,世伟洛克);
1.2a—第一出样管;1.2b—第二出样管;(1/8不锈钢管,世伟洛克);
1.3a—第一储流容器;1.3b—第二储流容器;(取决于单次取样容量,如容积500ml);1.4a—第一液相单向阀;1.4b—第二液相单向阀;(接第一驱动管,流通介质为地下流体,仅由下至上导通,由上至下始终关闭);
1.5a—第一滤芯;1.5b—第二滤芯;(过滤的颗粒粒径级别依现场土体颗粒粒径分布山。选择)。
[0045]中层封隔器子系统,包括:
B2.1 一中层注浆中继容器,其中注入的化学浆液为遇水膨胀的化学高分子药剂,可自行配置特殊性能的药剂,如水凝胶,亦可直接使用市场成熟产品如遇水膨胀的聚氨酯;
B2.2a—中层第一注浆管,B2.2b—中层第二注浆管(可选用空压软管PU,直径4mm-8mm);
B2.31a—中层第一上方喷浆堵头;B2.32a-中层第一下方喷浆堵头;B2.31b —中层第二上方喷浆堵头;B2.32b—中层第二下方喷浆堵头;(按实际需求加工定制。尼龙或PVC材质,外径可选75mm);
中层第一上方喷浆堵头、中层第二上方喷浆堵头均为上方喷浆堵头;中层第一下方喷浆堵头、第二下方喷浆堵头均为下方喷浆堵头;
B2.4a—中层第一导液海绵;B2.4b—中层第二导液海绵;B2.4c—中层第三导液海绵;B2.4d—中层第四导液海绵;(使注浆小孔喷射的浆液沿圆周均布流出,并稳住浆液);
B2.5a—中层第一自力式分段压力控制阀门;B2.5b—中层第二自力式分段压力控制阀门(自力式分段压力控制阀门可通过压力进行通断控制,当输入端输入压力在自力式分段压力控制阀门的通过压力范围内,则自力式分段压力控制阀门的输入端和输出端导通,当输入端的输入压力不在自力式分段压力控制阀门的通过压力范围内,则自力式分段压力控制阀门的输入端和输出端断开导通)。
[0046]中层链接子系统(链接封隔器子系统并承重,侧向固定地下流体进样子系统),包括:
B3.la —中层第一实心连接杆;B3.lb—中层第二实心连接杆;(可选用柔性钢缆、尼龙绳);
B3.2a—中层第一空心连接管;B3.2b—中层第二空心连接管;(链接固定上下注浆堵头,外径75mm的管材PVC-U)。
[0047]中层地面取样子系统,包括:
B4.1 一中层氮气瓶(便携式氮气瓶,容积8L);
B4.2 一中层减压阀(控制压力源出口端压力,流通介质氮气,压力量程6MPa);
B4.3a—中层第一球阀;B4.3b—中层第二球阀;(塑料材质,气动球阀HVFF-08);
B4.4a—中层第一取样瓶;B4.4b—中层第二取样瓶;(标准液相取样瓶,市场上购买)。
[0048]中层土壤气取样子系统,包括:
B5.1 一中层气相单向阀;
B5.2—中层气动球阀(流通介质氮气,HVFF-08);
B5.3—中层气体取样袋,(标准气囊,市场上购买);
B5.4一中层手动栗,用于井口加载压力或抽气操作。
[0049]各子系统功能描述如下:地下流体进样子系统分层放入指定地层深度,每套地下流体进样子系统的上下设置中层封隔器子系统以便切断地层之间的水力联系。中层链接子系统在井下连接中层封隔器子系统、地下流体进样子系统、中层土壤气取样子系统的井下部分。地下流体进样子系统的外侧与地层直接接触,地层流体穿过第一滤芯1.5a或第二滤芯1.5b过滤后经第一液相单向阀1.4a、第二液相单向阀1.4b缓慢渗入,并存储在地下流体进样子系统中的储流容器(1.3a,1.3b)内。露出地表的井头连接中层地面取样子系统。
[0050]所述的地下流体进样子系统,其具体连接方式为第一驱动管1.la和第一出样管1.2a穿过中层第一上方喷浆堵头B2.31a到达第一取样地层的指定深度,依次连接第一储流容器1.3a、第一液相单向阀1.4a和第一滤芯1.5a,从而构成对第一地层流体取样的结构。同理第二驱动管1.lb和第二出样管1.2b穿过中层第一上方喷浆堵头B2.31a、中层第一下方喷浆堵头B2.32a和中层第二上方喷浆堵头B2.31b、到达第二取样地层的指定深度,依次连接第二储流容器1.3b、第二液相单向阀1.4b和第二滤芯1.5b。
[0051]所述的中层封隔器子系统,包括中层注浆中继容器B2.1、中层注浆管(B2.2a、B2.2b)、中层喷浆堵头(B2.31a、B2.32a、Β2.31b、Β2.32b)、中层导液海绵(B2.4a ?Β2.4d)和中层自力式分段压力控制阀门(B2.5a、B2.5b)。其功能在于:中层第一上方喷浆堵头B2.31a和中层第一下方喷浆堵头B2.32a隔断第一取水层位的上下水力联系,中层第二上方喷浆堵头B2.31b和中层第二下方喷浆堵头B2.32b隔断第二取水层位的上部水力联系,保证所取地下流体样品来自地下指定深度的含水层。其中中层第二下方喷浆堵头B2.32b作用还包括保护内部元件,圆锥形结构便于设备下井。其具体连接方式在于:地面通过手动栗加载中层注浆中继容器B2.1里面的遇水膨胀化学浆液,通过中层第一注浆管B2.2a导入地层指定深度,中层第一注浆管B2.2a通过中层第一自力式分段压力控制阀门B2.5a连接并控制中层第一上方喷浆堵头B2.31a和中层第一下方喷浆堵头B2.32a ;通过中层第二自力式分段压力控制阀门B2.5b连接并控制中层第二上方喷浆堵头B2.31b和中层第二下方喷浆堵头B2.32b。遇水膨胀化学浆液通过中层第二注浆管B2.2b注入至中层第一上方喷浆堵头B2.31a和中层第一下方喷浆堵头B2.32a,附在中层第一上方喷浆堵头B2.31a和中层第一下方喷浆堵头B2.32a外侧圆周上的中层第一导液海绵B2.4a和中层第二导液海绵B2.4b将化学浆液导流分散,使浆液沿圆周均匀流出,填满管壁和井壁之间的间隙,遇水体积膨胀约3倍从而切断该处地层上下的水力联系。该注浆封隔方案优势在于较已有技术(自膨胀式封隔器、液压式封隔器)成本低廉、体积膨胀率大(300%-600%),井下密封适应性好,适用于地下埋深不超过200m的地层。中层第一自力式分段压力控制阀门设定其启动压力(如0.5MPa)和封闭压力(2MPa),中层第二自力式分段压力控制阀门依实际地层压力情况设定其启动压力(如2MPa)和封闭压力(2.5MPa)。位于地面的手动栗改
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