一種管中管地下流體分層取樣裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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宄.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。
[0004]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測工程(深度350m)和美國Nevada地區Amargosa山谷(深度400m，4層取樣)。
[0005]美國發明專利“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。
[0006]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。
[0007]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】
[0008]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。
[0009]實現本發明上述目的所采用的技術方案為:
[0010]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:
[0011]所述的管中管井下進樣機構包括第一管中管進樣機構和第二管中管進樣機構，第一管中管進樣機構包括第一外管、第一內管、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，第一內管位于第一外管內，第一內管的下端與第一外管連通，第一內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，第二管中管進樣機構包括第二外管、第二內管、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，第二內管位于第二外管內，第二內管的下端與第二外管連通，第二內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，第一外管和第二外管的上部通過井頭固定架固定；
[0012]所述的封隔機構包括第一封隔器、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]所述的地面取樣機構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有第一內管接入口、第一內管接出口、第一外管接入口和第一外管接出口，第二嵌套式分流器設有第二內管接入口、第二內管接出口、第二外管接入口和第二外管接出口，第一內管的上端與第一內管接入口連接，第一外管的上端與第一外管接入口連接，第二內管的上端與第二內管接入口連接，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，第一內管接出口、第二內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管接入口，另一端口為第一內管接出口，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口為第二內管接