[發明專利]一種管中管地下流體分層取樣裝置

有效

• 申請號: 201510338566.X
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN104929629B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 劉學浩;李小春;肖威;李琦;宋然然;方志明
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21B49/08
• 分類號: E21B49/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及地下流體取樣技術領域，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行分層高精度取樣。

背景技術

地下流體關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、化學成分測試、微生物群落特征等分析方法能連續提供大量關于地層的物理、化學和微生物信息，是對工程開展和環境安全評估有重要指導意義的監測手段之一。

要對地下流體進行分析，首先要獲得地下流體樣品。根據工作原理分類，國內外開發的各式各樣的地下流體取樣技術主要分為三種(陳禮賓.美國地下水監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.環境監測管理與技術,2008(05):56～58.)、泵式多級監測取樣(盧予北.國家級一孔多層地下水示范監測井鉆探技術與研究.探礦工程(巖土鉆掘工程),2007(03):5～8.)和氣體推動式取樣技術。由于下井式定深取樣技術不能進行連續取樣；泵式多級監測井取樣技術對地層流體擾動過大，且不能很好適應野外場地(如無220V交流電源)。因此，結合工程實際的需求，有必要開發氣體推動式地下流體取樣的系列裝置。

美國發明專利“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，已成功應用于多處工程場地：包括美國Frio咸水層CO₂封存示范工程(深度為1513.9m，單層取樣)、澳大利亞CO2CRC的Otway枯竭油氣田CO2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測工程(深度350m)和美國Nevada地區Amargosa山谷(深度400m，4層取樣)。

美國發明專利“Tube-in-tube device useful for subsurface fluid sampling and operation other wellbore devices”(專利號：US20130220594A1)公開了一種外管嵌套內管的地下流體取樣模型，首次闡明其取樣方法和工作原理，但其公開的具體實施方式不盡合理，且限于仍然存在著諸多配套技術難題，未見實體產品及工程應用的相關報道。

發明專利“一種淺層井內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，初步實現對多個地層進行長期連續取樣，同時實現氣液取樣。但存在如下技術難點：1)泥沙顆粒或冬季結冰引起小孔堵塞，導致取樣系統失效；2)結構性設計缺陷造成井筒內原有空氣無法排除，造成內部超壓空氣與外部水頭壓差過早平衡，導致地層流體無法持續進入取樣系統；3)層間串水或井筒內長期殘留的流體，導致地面所取的地下流體樣品失去代表性。

發明專利“一種氣體推動式地下流體分層取樣裝置”(申請號：201410197719.9)基于上述“一種淺層井內分層氣液流體取樣裝置”，在原有基礎上作了數項實質性改進，目前已成功應用于多處工程場地。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。通過結構設計極大提高了所取地下流體樣品的實時代表性、指定深度代表性和溫度壓力賦存條件，通過U形管取樣系統的優化和核心部件的重新設計，取樣系統工作的穩定性和耐久性有實質性改善。但仍存在如下值得改進之處：1)應用深度有限，一般不超過地下-30m，主要受限于塑料材質和快速接頭的耐壓能力；2)分層取樣的層數受限于簡易封隔器穿孔的承載能力，一般實現2-3層，若要求實現更多層位同時取樣，則需要加大取樣系統的橫截面積和配套的鉆孔直徑；3)取樣系統管路繁多(如應用于某處工程的井下取樣裝置含8條管路)，給封隔系統和地層層間密封帶來實質性困難，且增加了控制難度和系統故障率。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種管中管地下流體分層取樣裝置，該裝置創新性地采用嵌套式管中管方案代替原有技術的U形管方案，工作原理明晰，部分構架得到實質性簡化，控制性和穩定性進一步改善，更重要的是，該裝置將取樣深度由現有的-30米級別擴展到-200米級別，應用范圍進一步拓展。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一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、管中管井下進樣機構、封隔機構和地面取樣機構：