[实用新型]一种气体推动式地下流体分层取样装置

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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Barry Freifeld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. The U-tube: A New Paradigm for Borehole Fluid Sampling. Scientific Drilling, 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。 

发明专利“井内分层气液两相流体保真取样装置”（授权专利号：20a1a63499.7）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。 

发明专利“一种浅层井内分层气液流体取样装置”（申请号:20a3a04034b5）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。 

发明内容

本实用新型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，本实用新型采用以下技术方案： 

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。