[实用新型]一种管中管地下流体分层取样装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及地下流体取样技术领域，具体涉及一种管中管地下流体分层取样装置,适用于对地下流体进行分层高精度取样。

背景技术

地下流体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的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.)和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，有必要开发气体推动式地下流体取样的系列装置。

美国发明专利“Deviceusefulasaboreholefluidsampler”(专利号：US20140305628A1)公开了一种U形管地下流体取样系统，已成功应用于多处工程场地：包括美国Frio咸水层CO₂封存示范工程(深度为1513.9m，单层取样)、澳大利亚CO2CRC的Otway枯竭油气田CO2封存示范工程(取样最大深度为2046.9m，3层取样)、加拿大Nunuvut的块状硫化物矿床监测工程(深度350m)和美国Nevada地区Amargosa山谷(深度400m，4层取样)。

美国发明专利“Tube-in-tubedeviceusefulforsubsurfacefluidsamplingandoperationotherwellboredevices”(专利号：US20130220594A1)公开了一种外管嵌套内管的地下流体取样模型，首次阐明其取样方法和工作原理，但其公开的具体实施方式不尽合理，且限于仍然存在着诸多配套技术难题，未见实体产品及工程应用的相关报道。

发明专利“一种浅层井内分层气液流体取样装置”(公开号：CN103437762A)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，同时实现气液取样。但存在如下技术难点：1)泥沙颗粒或冬季结冰引起小孔堵塞，导致取样系统失效；2)结构性设计缺陷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；3)层间串水或井筒内长期残留的流体，导致地面所取的地下流体样品失去代表性。

发明专利“一种气体推动式地下流体分层取样装置”(申请号：201410197719.9)基于上述“一种浅层井内分层气液流体取样装置”，在原有基础上作了数项实质性改进，目前已成功应用于多处工程场地。该专利公开了一种基于气体推动式和U形管原理，地下流体(如地下水或土壤气)高精度分层取样系统。通过结构设计极大提高了所取地下流体样品的实时代表性、指定深度代表性和温度压力赋存条件，通过U形管取样系统的优化和核心部件的重新设计，取样系统工作的稳定性和耐久性有实质性改善。但仍存在如下值得改进之处：1)应用深度有限，一般不超过地下-30m，主要受限于塑料材质和快速接头的耐压能力；2)分层取样的层数受限于简易封隔器穿孔的承载能力，一般实现2-3层，若要求实现更多层位同时取样，则需要加大取样系统的横截面积和配套的钻孔直径；3)取样系统管路繁多(如应用于某处工程的井下取样装置含8条管路)，给封隔系统和地层层间密封带来实质性困难，且增加了控制难度和系统故障率。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种管中管地下流体分层取样装置，该装置创新性地采用嵌套式管中管方案代替原有技术的U形管方案，工作原理明晰，部分构架得到实质性简化，控制性和稳定性进一步改善，更重要的是，该装置将取样深度由现有的-30米级别扩展到-200米级别，应用范围进一步拓展。

实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：

一种管中管地下流体分层取样装置，至少包括压力源、井头固定架、管中管井下进样机构、封隔机构和地面取样机构：