一種管中管地下流體分層取樣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地下流體取樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管中管地下流體分層取樣裝置，適用于對地下流體進(jìn)行分層高精度取樣。
【背景技術(shù)】
[0002]地下流體關(guān)系到地球演化和地表生物生存的重要因素。地下流體取樣，通過同位素追蹤、地層殘余氣分析、化學(xué)成分測試、微生物群落特征等分析方法能連續(xù)提供大量關(guān)于地層的物理、化學(xué)和微生物信息，是對工程開展和環(huán)境安全評估有重要指導(dǎo)意義的監(jiān)測手段之一。
[0003]要對地下流體進(jìn)行分析，首先要獲得地下流體樣品。根據(jù)工作原理分類，國內(nèi)外開發(fā)的各式各樣的地下流體取樣技術(shù)主要分為三種(陳禮賓.美國地下水監(jiān)測的一些方法和儀器.地下水，1988 (01): 55?58):下井式定深取樣(劉景濤等.淺層地下水定深取樣器的研制.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2008 (05): 56?58.)、栗式多級監(jiān)測取樣(盧予北.國家級一孔多層地下水示范監(jiān)測井鉆探技術(shù)與研究.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007 (03): 5?8.)和氣體推動式取樣技術(shù)。由于下井式定深取樣技術(shù)不能進(jìn)行連續(xù)取樣；栗式多級監(jiān)測井取樣技術(shù)對地層流體擾動過大，且不能很好適應(yīng)野外場地(如無220V交流電源)。因此，結(jié)合工程實(shí)際的需求，有必要開發(fā)氣體推動式地下流體取樣的系列裝置。
[0004]美國發(fā)明專利“Device useful as a borehole fluid sampler”(專利號:US20140305628A1)公開了一種U形管地下流體取樣系統(tǒng)，已成功應(yīng)用于多處工程場地:包括美國Fr1咸水層CO2封存示范工程(深度為1513.9m，單層取樣)、澳大利亞C02CRC的Otway枯竭油氣田C02封存示范工程(取樣最大深度為2046.9m，3層取樣)、加拿大Nunuvut的塊狀硫化物礦床監(jiān)測工程(深度350m)和美國Nevada地區(qū)Amargosa山谷(深度400m，4層取樣)。
[0005]美國發(fā)明專利“Tube-1n-tube device useful for subsurface fluid samplingand operat1n other wellbore devices” (專利號:US20130220594A1)公開了一種外管嵌套內(nèi)管的地下流體取樣模型，首次闡明其取樣方法和工作原理，但其公開的【具體實(shí)施方式】不盡合理，且限于仍然存在著諸多配套技術(shù)難題，未見實(shí)體產(chǎn)品及工程應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。
[0006]發(fā)明專利“一種淺層井內(nèi)分層氣液流體取樣裝置”(公開號:CN103437762A)公開了針對淺井的一孔多層地下流體取樣裝置，該裝置基于氣體推動式取樣技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)對多個地層進(jìn)行長期連續(xù)取樣，同時實(shí)現(xiàn)氣液取樣。但存在如下技術(shù)難點(diǎn):1)泥沙顆粒或冬季結(jié)冰引起小孔堵塞，導(dǎo)致取樣系統(tǒng)失效；2)結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)缺陷造成井筒內(nèi)原有空氣無法排除，造成內(nèi)部超壓空氣與外部水頭壓差過早平衡，導(dǎo)致地層流體無法持續(xù)進(jìn)入取樣系統(tǒng)；3)層間串水或井筒內(nèi)長期殘留的流體，導(dǎo)致地面所取的地下流體樣品失去代表性。
[0007]發(fā)明專利“一種氣體推動式地下流體分層取樣裝置”(申請?zhí)?201410197719.9)基于上述“一種淺層井內(nèi)分層氣液流體取樣裝置”，在原有基礎(chǔ)上作了數(shù)項(xiàng)實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，目前已成功應(yīng)用于多處工程場地。該專利公開了一種基于氣體推動式和U形管原理，地下流體(如地下水或土壤氣)高精度分層取樣系統(tǒng)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極大提高了所取地下流體樣品的實(shí)時代表性、指定深度代表性和溫度壓力賦存條件，通過U形管取樣系統(tǒng)的優(yōu)化和核心部件的重新設(shè)計(jì)，取樣系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和耐久性有實(shí)質(zhì)性改善。但仍存在如下值得改進(jìn)之處:1)應(yīng)用深度有限，一般不超過地下-30m，主要受限于塑料材質(zhì)和快速接頭的耐壓能力；2)分層取樣的層數(shù)受限于簡易封隔器穿孔的承載能力，一般實(shí)現(xiàn)2-3層，若要求實(shí)現(xiàn)更多層位同時取樣，則需要加大取樣系統(tǒng)的橫截面積和配套的鉆孔直徑；3)取樣系統(tǒng)管路繁多(如應(yīng)用于某處工程的井下取樣裝置含8條管路)，給封隔系統(tǒng)和地層層間密封帶來實(shí)質(zhì)性困難，且增加了控制難度和系統(tǒng)故障率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種管中管地下流體分層取樣裝置，該裝置創(chuàng)新性地采用嵌套式管中管方案代替原有技術(shù)的U形管方案，工作原理明晰，部分構(gòu)架得到實(shí)質(zhì)性簡化，控制性和穩(wěn)定性進(jìn)一步改善，更重要的是，該裝置將取樣深度由現(xiàn)有的-30米級別擴(kuò)展到-200米級別，應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓展。
[0009]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0010]—種管中管地下流體分層取樣裝置，至少包括壓力源、井頭固定架、管中管井下進(jìn)樣機(jī)構(gòu)、封隔機(jī)構(gòu)和地面取樣機(jī)構(gòu):
[0011]所述的管中管井下進(jìn)樣機(jī)構(gòu)包括第一管中管進(jìn)樣機(jī)構(gòu)和第二管中管進(jìn)樣機(jī)構(gòu)，第一管中管進(jìn)樣機(jī)構(gòu)包括第一外管、第一內(nèi)管、第一儲流容器、第一氣相單向閥、第一液相單向閥和第一濾芯，第一內(nèi)管位于第一外管內(nèi)，第一內(nèi)管的下端與第一外管連通，第一內(nèi)管的下部連接有第一氣相單向閥，第一外管的中下部與第一儲流容器連通，且第一內(nèi)管貫穿于第一儲流容器中，第一外管的下端向下依次連接第一液相單向閥、第一濾芯，第二管中管進(jìn)樣機(jī)構(gòu)包括第二外管、第二內(nèi)管、第二儲流容器、第二氣相單向閥、第二液相單向閥和第二濾芯，第二內(nèi)管位于第二外管內(nèi)，第二內(nèi)管的下端與第二外管連通，第二內(nèi)管的下部連接有第二氣相單向閥，第二外管的中下部與第二儲流容器連通，且第二內(nèi)管貫穿于第二儲流容器中第二外管的下端向下依次連接第二液相單向閥、第二濾芯，第一外管的長度小于第二外管的長度，第一外管、第二外管分別豎直放置于井內(nèi)，第一外管和第二外管的上部通過井頭固定架固定；
[0012]所述的封隔機(jī)構(gòu)包括第一封隔器、第二封隔器、第三封隔器和封隔器連接件，封隔器連接件固定在井頭固定架上，第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器從上到下依次分布，并通過封隔器連接件固定，第一外管穿過第一封隔器，第二外管穿過第一封隔器、第二封隔器、第三封隔器，第一液相單向閥、第一濾芯均位于第一封隔器和第二封隔器之間，第三封隔器位于第二液相單向閥和第二濾芯的上方；
[0013]所述的地面取樣機(jī)構(gòu)包括第一嵌套式分流器、第二嵌套式分流器、第一球閥、第二球閥、第一取樣瓶、第二取樣瓶和減壓閥，第一嵌套式分流器設(shè)有第一內(nèi)管接入口、第一內(nèi)管接出口、第一外管接入口和第一外管接出口，第二嵌套式分流器設(shè)有第二內(nèi)管接入口、第二內(nèi)管接出口、第二外管接入口和第二外管接出口，第一內(nèi)管的上端與第一內(nèi)管接入口連接，第一外管的上端與第一外管接入口連接，第二內(nèi)管的上端與第二內(nèi)管接入口連接，第二外管的上端與第二外管接入口連接，第一外管接出口通過管道以及第一球閥與第一取樣瓶連接，第二外管接出口通過管道以及第二球閥與第二取樣瓶連接，第一內(nèi)管接出口、第二內(nèi)管接出口分別通過管道以及減壓閥與壓力源連接。
[0014]第一嵌套式分流器包括第一連接套和第一彎管，第一彎管位于第一連接套中，第一彎管的一端穿過第一連接套的側(cè)壁，另一端穿過第一連接套的下端，第一連接套的上端口為第一外管接出口，下端口為第一外管接人口，第一彎管穿過第一連接套下端的一端的端口為第一內(nèi)管接入口，另一端口為第一內(nèi)管接出口，第二嵌套式分流器包括第二連接套和第二彎管，第二彎管位于第二連接套中，第二彎管的一端穿過第二連接套的側(cè)壁，另一端穿過第二連接套的下端，第二連接套的上端口為第二外管接出口，下端口為第二外管接人口，第二彎管穿過第二連接套下端的一端的端