[发明专利]一种U型管地下流体多层取样装置

说明书

本发明提供一种U型管地下流体多层取样装置，包括：地面辅助系统、支撑系统、取气单元、取水单元以及层间封隔器，所述取气单元、取水单元以及封隔器均安装在支撑系统的支撑连接杆上；所述取气单元布设在潜水面以上的包气带中，所述取水单元布置在潜水面以下，所述封隔器与取气单元和取水单元融合到一起，实现不同含水层间以及同一个含水层取样层位的取样单元上下部分水力不连续，从而封隔不同含水层间的地下水，使之不会因为钻孔通道而相互扰动。本发明的U型管地下流体多层取样装置结构设计简单新颖，无启动压力，提高了设备使用寿命以及进样速度，成本降低，适用范围更广。

技术领域

本发明涉及地下流体环境监测技术领域，具体涉及一种U型管地下流体多层取样装置，适用于对地下流体进行分层高精度取样。

背景技术

2014年全国200多个城市开展地下水水质监测工作，按照《地下水质量标准》(GB/T14848-93)水质较差的监测点占到45.4％，极差的监测点达到16.1％。地下水污染已经成为影响我国人民生活健康和城市建设的非常严峻的问题。除了常规的引用水源的水质监测之外，相关的工矿企业、垃圾填埋场和加油站等都需要定期进行地下水质监测，及时发现并消除可能的环境风险。另外在科研领域，CO₂地质封存、水文地质调查、废弃物地下埋存等都需要对目标场区进行地下流体取样与监测工作。在工业领域内，石油化工类企业也需要对石油化工产品实时取样分析。然而现有的取样方法简陋，取样适用性较差，取出的样品代表性较差等缺点，迫切需要新型的取样设备解决上述缺点。

现有的取样方法主要有取样筒、惯性泵、真空泵、蠕动泵等。这些取样方法普遍存在取样深度受限，水样与大气直接相通影响挥发性成分的保真，设备稳定性和适应性较差等缺点。现有的主要监测井取样器类型包括下井式定深取样器(如：地下水定深取样器，公开号为CN 201548425 U；地下水取样装置，公开号：CN 203479575 U)，泵式多级监测取样器(如：一种连续多通道监测井地下水样品快速采集装置，公开号：CN 104807675 A)和气体推动式取样器(如：一种多级监测井气压泵取样系统装置及其方法，公开号：CN 102749223A)。不同类型的取样器各有优缺点，比如下井式定深取样器和泵式多级监测取样器普遍存在所取水样直接与大气接触，不同深度样品扰动较大等缺点。虽然有些取样器采用蠕动泵采集地下流体，但是依然受电源、使用寿命、水中杂质等影响，使设备应用受到很大局限。地下流体监测工作很多情况下都是在较为偏远的地区进行，因此取样设备要有较好的场地适应性。

气体推动式取样器具有取样高保真、场地适应性强等特点。美国最早开发了U型管地下流体取样系统，并应用到多个工程现场，取样深度能达到1500米级。我国也对类似产品进行了研发，发明专利“一种浅层井内分层气液流体取样装置”(公开号：CN103437762A)和“一种气体推动式地下流体分层取样装置”(申请号：201410197719.9)公开了基于气体推动式取样技术，针对浅部地层多层地下流体取样装置实现了对多个地层进行长期连续取样，同时能精准控制取样层位。具有结构简单、成本低廉，同时不依赖电源具有良好的场地适应性。但是仍然存在一些技术难点无法完全克服：(1)应用深度有限，受限于塑料材质和气动接头的耐压能力，应用范围一般不超过-30m；(2)因液相单向阀并不能较好适应泥沙含量较多的地下流体环境，可能会发生淤堵，且一旦单向阀失效将导致整个层位取样失败；(3)液相单向阀存在启动压力，因此只能在地下潜水面一定深度才能启动，当单向阀在液面以下较浅尚未达到启动压力条件时会无法取样；(4)液相单向阀存在逆向导通压力，即当取样压力过大会破坏单向阀；(5)层间串水或井筒内长期的残余流体混入样品，导致地面所取的地下流体样品失去代表性。(6)钻井液大量滞留在井筒中或者进样段空腔中，排出钻井液困难，在安装完监测井后长期无法消除钻井液的影响。上述技术难点会导致无法取到更深的代表性水样，或者取样深度的增加会极大增加取样成本，以及地下流体在取样过程中受到污染，无法保证样品的保真度等这些基本要求。

发明内容