CN111537282A - 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 - Google Patents
基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111537282A CN111537282A CN202010472419.2A CN202010472419A CN111537282A CN 111537282 A CN111537282 A CN 111537282A CN 202010472419 A CN202010472419 A CN 202010472419A CN 111537282 A CN111537282 A CN 111537282A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- underground
- check valve
- pneumatic quick
- sampling
- gas drive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 155
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 title claims abstract description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 106
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 42
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 65
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 7
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000003895 groundwater pollution Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003403 water pollutant Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/14—Suction devices, e.g. pumps; Ejector devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N2001/1031—Sampling from special places
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，监测井由封隔器分隔为多层含水层，每层含水层内的分层采样装置包括第一导流管、第一三通、第一逆止阀、第二逆止阀、第三逆止阀、第一井下气驱机构、第一泄压阀、第一气动快插接头、第二气动快插接头、第三气动快插接头、第一井下储流容器和第二过滤渗析组件，本发明能实现不同深度、不同含水层的一站式地下水采样；气驱式工作保证了采样过程地下水样品的高保真和代表性；将单层2根管线减少至1根管线，同等条件下将地下水分层采样装置的额定采样层数翻倍，并通过减少井筒中管路数量和占用空间，提高了井下监测模块的集成能力，从而为集成井下监测模块提供了物理空间和技术基础。
Description
技术领域
本发明属于水文地质技术领域，具体涉及基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置。
背景技术
地下水是自然生态***和人类生存的基础性重要资源，是关系到地球***演化和地表生物生存的重要因素。随着经济飞速发展和人类活动不断增加，我国地下水环境均遭受日趋严重的消耗与破坏，如地下水资源过度开采(近十几年来，我国地下水年开采量持续超过1千亿立方米)、地下水水质污染退化等。
地下水资源的勘察与保护离不开地下水采样技术。地下水资源的严重消耗已对我国国民经济和人民生活质量造成重大影响。为保障我国人民的用水权益与自然生态环境良性发展，地下水保护至关重要。地下水采样与监测是地下水资源评价的重要数据来源。我国地下水监测工作经过多年发展，建立了国家、省、地三级地下水监测网络，对重要监测区域实现了基本覆盖，并启动了新一轮的国土资源大调查。地下水监测要求逐渐从传统的地下水资源量评价转为侧重地下水水质与地下环境承载力综合评价。也就是说，地下水监测指标除原有的地下水位、水温、水量，更注重地下水水质。然而，针对地下水水质的地下水取样设备在我国地质调查工作中支撑有限，如针对面上调查的机民井取样，长期观测孔的高精度定深取样，有待进一步开发新的地下水分层采样技术，提供实用高效的设备支撑提升水文地质调查野外采样精度。
地下水环境保护与生态修复离不开地下水采样技术。地下水监测作为地下水环境保护最基础工作之一。人类活动造成日益严重的地下水污染，如垃圾填埋场渗滤液下渗、工业园区污染源地下排放或泄漏、农业活动的污染等，造成污染源下渗至浅层地下水，并横向纵向扩散至更大的影响区域，从地表的点状到地下的三维锥面状，从线状到条带状，在不同地层深度和离地面污染源的距离远近造成不同程度的地下水水质污染。土十条、水十条的相继颁布，显示了政府对地下环境的关注及公众环保意识的极大提高，随之带来监管部门及工业市场对地下污染监测控制技术的需求增长。其中，较大一部分地下环境污染问题来源于地表的泄漏渗透与浅地表工程注入活动，尤其对离地表最近的地下含水层造成威胁。然而目前市场上的同类产品并不能满足该方向发展的需求，需要进一步的发展。
水循环、水文地质精细化研究、浅地表关键带研究等基础科学研究离不开新型地下水分层采样监测技术。地下水采样通过配合相关测试技术能提供大量关于地层的水文地质、物理参数、地球化学信息和微生物信息等，是对水资源勘察、水源地保护、重大地下工程开展和生态环境保护有重要指导意义的监测手段之一。
国内外开展了地下水分层采样技术的系列研发。发明专利“一种气体推动式地下流体分层取样装置”(103967486B)、“基于U型管技术的地下流体分层取样装置及方法(105298490B)”等提供了基于U型管原理的地下水分层采样技术，并开发了浅(30m)、中(200m)、深(2000m)三个系列的地下水U型管分层采样装置。发明专利“一种管中管地下流体分层取样装置”、实用新型专利“一种适用于多个含水层的地下水分层监测井”(208350783U)提供了基于管中管原理的气驱式地下水分层采样技术，相比U型管技术在原有条件下地下水分层采样层数实现了翻倍。但上述两个基于气驱原理的地下水U型管分层采样技术和地下水管中管分层采样技术还存在若干技术难点有待攻克，井下狭小空间有待新的工作原理及结构设计改善扩展，井下设备集成能力有待进一步提高，同等井孔直径条件下监测层数有待进一步增多。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置。适用于水文地质勘察领域以及生态环境监测领域的地下水单管脉冲分层采样。
为了实现上述目的，该发明采用如下技术方案：
基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括封隔器，监测井由封隔器分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管、第一三通、第一逆止阀、第二逆止阀、第三逆止阀、第一井下气驱机构、第一泄压阀、第一气动快插接头、第二气动快插接头、第三气动快插接头、第一井下储流容器和第一过滤渗析组件，
第一过滤渗析组件通过第三逆止阀连接第一井下储流容器底部设置的第三气动快插接头，第一井下储流容器上部设置有第一气动快插接头和第二气动快插接头，第一气动快插接头与第一泄压阀一端连接，第二气动快插接头与第一逆止阀一端连接，第一逆止阀另一端与第一三通连接，第一泄压阀的另一端依次通过第一井下气驱机构、第二逆止阀与第一三通连接，第一三通还与第一导流管一端连接，第一导流管另一端延伸至地面并分别与中继装置、以及对应的采样瓶连接，中继装置和脉冲式加压泵连接，第一导流管与采样瓶连通的支路上设置有球阀。
如上所述的第三逆止阀自第一过滤渗析组件至第三气动快插接头方向单向导通；第一逆止阀自第二气动快插接头至第一三通方向单向导通；第二逆止阀自第一三通至第一井下气驱机构方向单向导通。
如上所述的监测井的上部设置有井筒，井筒贯穿包气带。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明结构设计新颖，可实现地下水原位弱扰动分层采样。基于前期工作的地下水U型管分层采样技术、地下水管中管分层采样技术有较大幅度改进提升。优势如下：
1、地下水单管多层分层采样，能实现不同含水层、同一含水层不同深度的一站式地下水采样；
2、水样代表性好。基于气驱式工作原理的结构设计保证了采样过程地下水样品的高保真和代表性。如通过地下水井下被动式过滤渗析技术降低采样速率对地层干扰，采样扰动小；
3、可实现自动化智能化的地下水分层采样。气驱压力源将原有的氮气瓶替换为脉冲式加压泵，并通过固定压力值注入实现脉冲式精准控制，为地下水分层采样的远程自动化、智能化提供了技术基础；
4、装置井下集成能力进一步提升。对比地下水U型管分层采样技术，将单层2根管线减少至1根管线，同等条件下将地下水分层采样装置的额定采样层数翻倍，并通过减少井筒中管路数量和占用空间，提高了井下监测模块的集成能力，从而为集成井下监测模块提供了物理空间和技术基础。
本发明主要适用于地质勘察领域的地下水调查与监测，适用于自然资源部颁布的《区域地下水质监测网设计规范》DZ/T0308-2004，尤其涉及多个含水层；适用于污染场地地下水的调查与监测，适用于生态环境部颁布的《地下水环境监测技术规范》HJ166-2020(征求意见稿)规定的地下水环境监测井，尤其适用于监控人为活动污染影响强烈的近地表松散孔隙水含水层，三维分层监测不同密度沿地层垂向分布的地下水污染物(如LNAPL、DNAPL)刻画污染物在地下水的三维时空分布与运移扩散追踪。
附图说明
图1为基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。
图2为适用于地质勘察的两个独立含水层封隔的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。
图3为适用于生态环境监测的同一含水层分隔为三层的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。
图4为图3中第一导流管、第二导流管和第三导流管的连接示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括
1、脉冲式加压泵；(成熟产品，市场上购买)；
2、中继装置；(充填驱替采样的惰性气体，如氮气)；
3、采样瓶；(标准采样瓶50ml或1L，市场上购买)；
4a、第一导流管；(1/8不锈钢管、1/8聚氨酯软管或4mm空压软管、或6mm空压软管等，市场上购买)；
5.1a、第一三通；(PU启动快插接头，市场上购买)；
6.1a、第一逆止阀，6.2a、第二逆止阀，6.3a、第三逆止阀；(仅单向导通，逆向关闭，市场上购买)；
7a、第一井下气驱机构；
8a、第一泄压阀；(超过设定的启动压力值后开始泄压，市场上购买)；
9.1a、第一气动快插接头，9.2a、第二气动快插接头，9.3a、第三气动快插接头；(螺纹转气动快插接头，尺寸因导流管直径选型，市场上购买)；
10a、第一井下储流容器；(采样容积取决于用户要求，50ml或1L)；
11a、第一过滤渗析组件；(过滤地下水中的泥沙颗粒)；
12、井筒；(地质勘察井，探采结合井，或水文地质监测井，包括地面的井台和地下松散层的护壁井筒)；
封隔器(气囊式封隔器，或机械式封隔器，用于止水密封，市场上购买或定制)。
监测井由封隔器分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管4a、第一三通5.1a、第一逆止阀6.1a、第二逆止阀6.2a、第一井下气驱机构7a、第一泄压阀8a、第一气动快插接头9.1a、第二气动快插接头9.2a、第一井下储流容器10a、第三逆止阀6.3a、第三气动快插接头9.3a、和第一过滤渗析组件11a。
由下至上，第一过滤渗析组件11a通过第三逆止阀6.3a(第三逆止阀自过滤渗析组件11至第三气动快插接头9.3a单向导通)连接第一井下储流容器10a底部设置的第三气动快插接头9.3a，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第一井下储流容器10a上部的左侧通过第一气动快插接头9.1a与泄压阀8一端连接，第一井下储流容器10a上部的右侧通过第二气动快插接头9.2a通过与第一逆止阀6.1a一端连接，第一逆止阀6.1a另一端与第一三通5.1a连接(第一逆止阀6.1a自第二气动快插接头9.2a至第一三通5.1方向单向导通)。其中，第一泄压阀8a的另一端依次通过第一井下气驱机构7a、第二逆止阀6.2a与第一三通5.1a连接，第二逆止阀6.2a自第一三通5.1a至第一井下气驱机构7a方向单向导通。第一三通5.1a还与第一导流管4a一端连接，第一导流管4a另一端穿过井筒12延伸至地面并分别与中继装置2、以及对应的采样瓶3连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接，导流管4与采样瓶3连通的支路上设置有球阀，球阀用于控制导流管4与采样瓶3之间的连通支路的通断。
如图1所示，围绕第一井下储流容器10a及上下3条管线支路(渗析进样支路、脉冲驱动支路、地下水采样输送支路)构成地下水采样的核心功能区：(1)渗析进样支路。第一井下储流容器10a下方支路接受地层中的地下水原位被动式渗入第一井下储流容器10a，通过第一过滤渗析组件11a实现过滤渗析隔离水中颗粒浑浊物，通过第三逆止阀6.3a由下至上的单向导通功能实现有效的水样储存。(2)脉冲驱动支路。第一井下储流容器10a左上方支路(第一气动快插接头9.1a连接的支路)提供井下脉冲式气驱采样动力，具体的第一井下气驱机构7a通过第二逆止阀6.2a由上至下单向导通接受位于地面脉冲式加压泵1的脉冲式压力补给，并以中继装置2提供的惰性气体(如高纯氮气)的压力驱动媒介，驱动第一井下储流容器10a的地下水样。(3)地下水采样输送支路。第一井下储流容器10a右上方支路功能为地下水采样输送，在第一井下气驱机构7a以氮气为媒介的脉冲式压力驱动下，地下水样通过该支路的第一逆止阀6.1a往井筒12上方输送至地面，送至采样瓶3，由此完成第一含水层的地下水采样操作。
优选的，监测井的上部设置有井筒12，井筒12贯穿包气带。
实施例2：
适用于地质勘察的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，如图2所示。包括：
1、脉冲式加压泵；(成熟产品，市场上购买)；
2、中继装置；(充填驱替采样的惰性气体，如氮气)；
3、采样瓶；(标准采样瓶50ml或1L，市场上购买)；
4a、第一导流管，4b、第二导流管；(1/8不锈钢管、1/8聚氨酯软管或4mm空压软管、或6mm空压软管等，市场上购买)；
5.1a、第一三通、5.1b第二三通；(PU启动快插接头，市场上购买)；
6.1a、第一逆止阀，6.2a、第二逆止阀，6.3a、第三逆止阀，6.1b、第四逆止阀，6.2b、第五逆止阀，6.3b、第六逆止阀(仅单向导通，逆向关闭，市场上购买)；
7a、第一井下气驱机构，7b、第二井下气驱机构；
8a、第一泄压阀，8b、第二泄压阀(超过设定的启动压力值后开始泄压，市场上购买)；
9.1a、第一气动快插接头，9.2a、第二气动快插接头，9.3a、第三气动快插接头，9.1b、第四气动快插接头，9.2b、第五气动快插接头，9.3b、第六气动快插接头(螺纹转气动快插接头，尺寸因导流管直径选型，市场上购买)；
10a、第一井下储流容器，10b、第二井下储流容器；(采样容积取决于用户要求，50ml或1L)；
11a、第一过滤渗析组件，11b、第二过滤渗析组件；(过滤地下水中的泥沙颗粒)；
12、井筒，(地质勘察井，探采结合井，或水文地质监测井，包括地面的井台和地下松散层的护壁井筒)；
13、封隔器(气囊式封隔器，或机械式封隔器，用于止水密封，市场上购买或定制)。
监测井由封隔器13分隔为第一含水层和第二含水层，第一含水层内设置有第一分层采样装置，第二含水层内设置有第二分层采样装置。
第一分层采样装置包括第一导流管4a、第一三通5.1a、第一逆止阀6.1a、第二逆止阀6.2a、第三逆止阀6.3a、第一井下气驱机构7a、第一泄压阀8a、第一气动快插接头9.1a、第二气动快插接头9.2a、第三气动快插接头9.3a、第一井下储流容器10a、和第一过滤渗析组件11a。
由下至上第一过滤渗析组件11a通过第三逆止阀6.3a连接第一井下储流容器10a底部的第三气动快插接头9.3a，第三逆止阀6.3a自第一过滤渗析组件11a至第三气动快插接头9.3a方向单向导通，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第一井下储流容器10a上部左侧通过第一气动快插接头9.1a连接第一泄压阀8a的一端，第一井下储流容器10a上部右侧通过第二气动快插接头9.2a连接第一逆止阀6.1a的一端，第一逆止阀6.1a的另一端与第一三通5.1a连接，第一逆止阀6.1a自第二气动快插接头9.2a至第一三通5.1a方向单向导通。第一泄压阀8a的另一端依次通过第一井下气驱机构7a、第二逆止阀6.2a与第一三通5.1a连接，第二逆止阀6.2a自第一三通5.1a至第一井下气驱机构7a方向单向导通。第一三通5.1a还与第一导流管4a一端连接，第一导流管4a另一端穿过井筒12延伸至地面，并分别与中继装置2和对应的采样瓶3连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接。第一导流管4a与对应的采样瓶3连接的支路上设置有控制通断的第一球阀，第一球阀用于控制第一导流管4a与对应的采样瓶3之间的通断。
如图2所示，围绕第一井下储流容器10a及上下3条管线支路(渗析进样支路、脉冲驱动支路、地下水采样输送支路)构成地下水采样的核心功能区：(1)渗析进样支路。第一井下储流容器10a下方支路接受地层中的地下水原位被动式渗入第一井下储流容器10a，通过第一过滤渗析组件11a实现过滤渗析隔离水中颗粒浑浊物，通过第三逆止阀6.3a由下至上的单向导通功能实现有效的水样储存。(2)脉冲驱动支路。第一井下储流容器10a左上方支路提供井下脉冲式气驱采样动力，具体的第一井下气驱机构7a通过第二逆止阀6.2a由上至下单向导通接受位于地面脉冲式加压泵1的脉冲式压力补给，并以中继装置2提供的惰性气体(如高纯氮气)的压力驱动媒介，驱动第一井下储流容器10a的地下水样。(3)地下水采样输送支路。第一井下储流容器10a右上方支路功能为地下水采样输送，在第一井下气驱机构7a以氮气为媒介的脉冲式压力驱动下，地下水样通过该支路的第一逆止阀6.1a往井筒12上方输送至地面，送至采样瓶3，由此完成第一含水层的地下水采样操作。
第二分层采样装置包括第二导流管4b、第二三通5.1b、第四逆止阀6.1b、第五逆止阀6.2b、第六逆止阀6.3b、第二井下气驱机构7b、第二泄压阀8b、第四气动快插接头9.1b、第五气动快插接头9.2b、第六气动快插接头9.3b、第二井下储流容器10b、和第二过滤渗析组件11b。
第二含水层的采样操作及具体连接方式与第一含水层相同，二者通过井下设置的封隔器13切断上下水力联系隔开。具体为：由下至上第二过滤渗析组件11b通过第六逆止阀6.3b与第二井下储流容器10b底部的第六气动快插接头9.3b连接，第六逆止阀6.3b自第二过滤渗析组件11b至第六气动快插接头9.3b方向单向导通，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第二井下储流容器10b上部左侧通过第四气动快插接头9.1b与第二泄压阀8b一端连接，第二井下储流容器10b上部右侧通过第五气动快插接头9.2b与第四逆止阀6.1b一端连接，第四逆止阀6.1b另一端与第二三通5.1b连接，第四逆止阀6.1b自第五气动快插接头9.2b至第二三通5.1b方向单向导通。其中，第二泄压阀8b另一端依次通过第二井下气驱机构7b、第五逆止阀6.2b与第二三通5.1b连接，第五逆止阀6.2b自第二三通5.1b至第二井下气驱机构7b方向单向导通。第二三通5.1b与第二导流管4b一端连通，第二导流管4b另一端穿过井筒12延伸至地面，并分别与中继装置2和对应的采样瓶3连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接。第二导流管4b与对应的采样瓶3连接的支路上设置有控制通断的第二球阀，第二球阀用于控制第二导流管4b与对应的采样瓶3之间的通断。
适用于地质勘察多个含水层的地下水单管脉冲分层采样装置，本实施案例以2个含水层的地下水分层采样操作为例阐述。(1)第一层含水层采样。脉冲式加压泵1以中继装置2的高纯氮气为压力媒介通过第二逆止阀6.2a由上至下单向导通进入气驱支路，对脉冲驱动支路的第一井下气驱机构7a进行高纯氮气压力补给。第一井下气驱机构7a压力积累到第一泄压阀8a设定的启动压力值后开始对下端泄压，驱动第一井下储流容器10a里面的地下水样由地下水采样输送支路的第一逆止阀6.1a传输至地面采样瓶3，由此完成第一含水层采样。(2)第二层含水层采样。脉冲式加压泵1以中继装置2的高纯氮气为压力媒介通过第五逆止阀6.2b由上至下单向导通进入气驱支路，对脉冲驱动支路的第二井下气驱机构7b进行高纯氮气压力补给。第二井下气驱机构7b压力积累到第二泄压阀8b设定的启动压力值后开始对下端泄压，驱动第二井下储流容器10b里面的地下水样由地下水采样输送支路的第四逆止阀6.1b传输至地面采样瓶3，由此完成第二含水层采样。
值得指出的是，不同含水层采样时需严格进行洗井操作，并切换管路、更换采样瓶。一般前两次水样为洗井操作，第三次为地下水正式采样。
实施例3：
适用于生态环境监测的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，如图3和图4所示。包括：
1、脉冲式加压泵(成熟产品，市场上购买)；
2、中继装置；(充填驱替采样的惰性气体，如氮气)；
3、采样瓶，3a-第一采样瓶；3b-第二采样瓶；3c-第三采样瓶；(标准采样瓶50ml或1L，市场上购买)；
4a、第一导流管，4b、第二导流管，4c、第三导流管；(1/8聚氨酯软管或4mm空压软管、或6mm空压软管等，市场上购买)；
5.1a、第一三通，5.1b、第二三通，5.1c、第三三通，(PU气动快插接头，市场上购买)；
6.1a、第一逆止阀，6.2a、第二逆止阀，6.3a、第三逆止阀，6.1b、第四逆止阀，6.2b、第五逆止阀，6.3b、第六逆止阀，6.1c、第七逆止阀，6.2c、第八逆止阀，6.3c、第九逆止阀(仅单向导通，逆向关闭，市场上购买)；
7a、第一井下气驱机构，7b、第二井下气驱机构，7c、第三井下气驱机构；
8a、第一泄压阀，8b、第二泄压阀，8c、第三泄压阀(超过设定的启动压力值后开始泄压，市场上购买)；
9.1a、第一气动快插接头，9.2a、第二气动快插接头，9.3a、第三气动快插接头，9.1b、第四气动快插接头，9.2b、第五气动快插接头，9.3b、第六气动快插接头，9.1c、第七气动快插接头，9.2c、第八气动快插接头，9.3c、第九气动快插接头，(螺纹转气动快插接头，尺寸因导流管直径选型，市场上购买)；
10a、第一井下储流容器，10b、第二井下储流容器，10c、第三井下储流容器；(采样容积取决于用户要求，50ml或1L)；
11a、第一过滤渗析组件，11b、第二过滤渗析组件，11c、第三过滤渗析组件；(过滤地下水中的泥沙颗粒)；
12、井筒，(生态环境监测井，地下水环境监测井，水文地质监测井，包括地面的井台和地下松散层的护壁井筒)；
13.1、第一封隔器，13.2、第二封隔器(如气囊式封隔器、注水式封隔器、遇水自膨胀封隔器等，用于止水密封，市场上购买或定制)；
14a、第一球阀，14b、第二球阀，14c、第三球阀(用于开启关闭流体管路，市场上购买)。
监测井由两个封隔器(第一封隔器13.1和第二封隔器13.2)分隔为第一含水层、第二含水层和第三含水层，第一含水层内设置有第一分层采样装置，第二含水层内设置有第二分层采样装置，第三含水层内设置有第三分层采样装置。
第一分层采样装置包括第一导流管4a、第一三通5.1a、第一逆止阀6.1a、第二逆止阀6.2a、第三逆止阀6.3a、第一井下气驱机构7a、第一泄压阀8a、第一气动快插接头9.1a、第二气动快插接头9.2a、第三气动快插接头9.3a、第一井下储流容器10a、和第一过滤渗析组件11a。
由下至上第一过滤渗析组件11a通过第三逆止阀6.3a连接第一井下储流容器10a底部的第三气动快插接头9.3a，第三逆止阀6.3a自第一过滤渗析组件11a至第三气动快插接头9.3a方向单向导通，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第一井下储流容器10a上部左侧通过第一气动快插接头9.1a连接第一泄压阀8a的一端，第一井下储流容器10a上部右侧通过第二气动快插接头9.2a连接第一逆止阀6.1a的一端，第一逆止阀6.1a的另一端与第一三通5.1a连接，第一逆止阀6.1a自第二气动快插接头9.2a至第一三通5.1a方向单向导通。第一泄压阀8a的另一端依次通过第一井下气驱机构7a、第二逆止阀6.2a与第一三通5.1a连接，第二逆止阀6.2a自第一三通5.1a至第一井下气驱机构7a方向单向导通。第一三通5.1a还与第一导流管4a一端连接，第一导流管4a另一端穿过井筒12延伸至地面，并分别与中继装置2和对应的第一采样瓶3a连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接。第一导流管4a与对应的第一采样瓶3a连接的支路上设置有控制通断的第一球阀14a，第一球阀14a用于控制第一导流管4a与对应的第一采样瓶3a之间的通断。
如图3所示，围绕第一井下储流容器10a及上下3条管线支路(渗析进样支路、脉冲驱动支路、地下水采样输送支路)构成地下水采样的核心功能区：(1)渗析进样支路。第一井下储流容器10a下方支路接受地层中的地下水原位被动式渗入第一井下储流容器10a，通过第一过滤渗析组件11a实现过滤渗析隔离水中颗粒浑浊物，通过第三逆止阀6.3a由下至上的单向导通功能实现有效的水样储存。(2)脉冲驱动支路。第一井下储流容器10a左上方支路提供井下脉冲式气驱采样动力，具体的第一井下气驱机构7a通过第二逆止阀6.2a由上至下单向导通接受位于地面脉冲式加压泵1的脉冲式压力补给，并以中继装置2提供的惰性气体(如高纯氮气)的压力驱动媒介，驱动第一井下储流容器10a的地下水样。(3)地下水采样输送支路。第一井下储流容器10a右上方支路功能为地下水采样输送，在第一井下气驱机构7a以氮气为媒介的脉冲式压力驱动下，地下水样通过该支路的第一逆止阀6.1a往井筒12上方输送至地面，送至第一采样瓶3a。由此完成第一采样层的地下水采样操作，第二采样层、第三采样层的操作步骤相同，不再重复赘述。
第二分层采样装置包括第二导流管4b、第二三通5.1b、第四逆止阀6.1b、第五逆止阀6.2b、第六逆止阀6.3b、第二井下气驱机构7b、第二泄压阀8b、第四气动快插接头9.1b、第五气动快插接头9.2b、第六气动快插接头9.3b、第二井下储流容器10b、和第二过滤渗析组件11b。
第二含水层的采样操作及具体连接方式与第一含水层相同，二者通过井下设置的封隔器13切断上下水力联系隔开。具体为：由下至上第二过滤渗析组件11b通过第六逆止阀6.3b与第二井下储流容器10b底部的第六气动快插接头9.3b连接，第六逆止阀6.3b自第二过滤渗析组件11b至第六气动快插接头9.3b方向单向导通，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第二井下储流容器10b上部左侧通过第四气动快插接头9.1b与第二泄压阀8b一端连接，第二井下储流容器10b上部右侧通过第五气动快插接头9.2b与第四逆止阀6.1b一端连接，第四逆止阀6.1b另一端与第二三通5.1b连接，第四逆止阀6.1b自第五气动快插接头9.2b至第二三通5.1b方向单向导通。其中，第二泄压阀8b另一端依次通过第二井下气驱机构7b、第五逆止阀6.2b与第二三通5.1b连接，第五逆止阀6.2b自第二三通5.1b至第二井下气驱机构7b方向单向导通。第二三通5.1b与第二导流管4b一端连通，第二导流管4b另一端穿过井筒12延伸至地面，并分别与中继装置2和对应的第二采样瓶3b连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接。第二导流管4b与对应的第二采样瓶3b连接的支路上设置有控制通断的第二球阀14b，第二球阀14b用于控制第二导流管4b与对应的第二采样瓶3b之间的通断。
第三分层采样装置包括第三导流管4c、第三三通5.1c、第七逆止阀6.1c、第八逆止阀6.2c、第九逆止阀6.3c、第三井下气驱机构7c、第三泄压阀8c、第七气动快插接头9.1c、第八气动快插接头9.2c、第九气动快插接头9.3c、第三井下储流容器10c、和第三过滤渗析组件11c。
同前所述，第三含水层通过井下设置的第二封隔器13.2与第二含水层的上下地层水力联系隔开。其采样操作及具体连接方式具体为：由下至上第三过滤渗析组件11c通过通过第九逆止阀6.3c与第三井下储流容器10c底部的第九气动快插接头9.3c连接，第九逆止阀6.3c自第三过滤渗析组件11c至第九气动快插接头9.3c方向单向导通，形成的有效功能模块对地下水中浑浊颗粒及大部分微生物进行过滤渗析隔离。第三井下储流容器10c上部左侧通过第七气动快插接头9.1c与第三泄压阀8c一端连接，第三井下储流容器10c上部右侧通过第八气动快插接头9.2c与第七逆止阀6.1c一端连接，第七逆止阀6.1c另一端与第三三通5.1c连接。其中，第三泄压阀8c另一端依次通过第三井下气驱机构7c、第八逆止阀6.2c与第三三通5.1c连接，第八逆止阀6.2c自第三三通5.1c至第三井下气驱机构7c方向单向导通。第三三通5.1c还与第三导流管4c一端连通，第三导流管4c另一端穿过井筒12延伸至地面。并分别与中继装置2和对应的第三采样瓶3c连接，中继装置2和脉冲式加压泵1连接，第三导流管4c与第三采样瓶3c连接的支路上设置有第三球阀14c，第三球阀14c用于控制第三导流管4c与第三采样瓶3c之间的通断。
本发明目的在于调查追溯污染物在地下水中的空间分布及扩散浓度。污染物按密度分类包括轻于水的LNAPL、水溶性污染物和重于水的DNAPL。污染层位通常为人为活动影响强烈的浅层第一含水层，污染深度大部分在地下35m以内。故针对浅层第一含水层上中下3处不同密度的污染物聚集位置，本实施案例对应3个不同深度采样层的地下水分层采样操作为例阐述。(1)第一采样层采样。脉冲式加压泵1以中继装置2的高纯氮气为压力媒介通过第二逆止阀6.2a由上至下单向导通进入气驱支路，对脉冲驱动支路的第一井下气驱机构7a进行高纯氮气压力补给。第一井下气驱机构7a压力积累到第一泄压阀8a设定的启动压力值后开始对下端泄压，驱动第一井下储流容器10a里面的地下水样由地下水采样输送支路的第一逆止阀6.1a传输至地面的第一采样瓶3a，由此完成第一含水层采样。(2)第二采样层采样。脉冲式加压泵1以中继装置2的高纯氮气为压力媒介通过第五逆止阀6.2b由上至下单向导通进入气驱支路，对脉冲驱动支路的第二井下气驱机构7b进行高纯氮气压力补给。第二井下气驱机构7b压力积累到第二泄压阀8b设定的启动压力值后开始对下端泄压，驱动第二井下储流容器10b里面的地下水样由地下水采样输送支路的第四逆止阀6.1b传输至地面第二采样瓶3b，由此完成第二含水层采样。(3)第三采样层采样。脉冲式加压泵1以中继装置2的高纯氮气为压力媒介通过第八逆止阀6.2c由上至下单向导通进入气驱支路，对脉冲驱动支路的第三井下气驱机构7c进行高纯氮气压力补给。第三井下气驱机构7c压力积累到第三泄压阀8c设定的启动压力值后开始对下端泄压，驱动第三井下储流容器10c里面的地下水样由地下水采样输送支路的第七逆止阀6.1c传输至地面第三采样瓶3c，由此完成第三采样层地下水分层采样。
值得指出的是，不同采样层切换时需严格进行洗井操作，并切换对应的管路、更换采样瓶。一般前两次水样为洗井操作，第三次为地下水正式采样。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括封隔器，其特征在于，监测井由封隔器(13)分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管(4a)、第一三通(5.1a)、第一逆止阀(6.1a)、第二逆止阀(6.2a)、第三逆止阀(6.3a)、第一井下气驱机构(7a)、第一泄压阀(8a)、第一气动快插接头(9.1a)、第二气动快插接头(9.2a)、第三气动快插接头(9.3a)、第一井下储流容器(10a)和第一过滤渗析组件(11a)，
第一过滤渗析组件(11a)通过第三逆止阀(6.3a)连接第一井下储流容器(10a)底部设置的第三气动快插接头(9.3a)，第一井下储流容器(10a)上部设置有第一气动快插接头(9.1a)和第二气动快插接头(9.2a)，第一气动快插接头(9.1a)与第一泄压阀(8a)一端连接，第二气动快插接头(9.2a)与第一逆止阀(6.1a)一端连接，第一逆止阀(6.1a)另一端与第一三通(5.1a)连接，第一泄压阀(8a)的另一端依次通过第一井下气驱机构(7a)、第二逆止阀(6.2a)与第一三通(5.1a)连接，第一三通(5.1a)还与第一导流管(4a)一端连接，第一导流管(4a)另一端延伸至地面并分别与中继装置(2)、以及对应的采样瓶(3)连接，中继装置(2)和脉冲式加压泵(1)连接，第一导流管(4a)与采样瓶(3)连通的支路上设置有球阀。
2.根据权利要求1所述的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，其特征在于，所述的第三逆止阀(6.3a)自第一过滤渗析组件(11a)至第三气动快插接头(9.3a)方向单向导通；第一逆止阀(6.1a)自第二气动快插接头(9.2a)至第一三通(5.1a)方向单向导通；第二逆止阀(6.2a)自第一三通(5.1a)至第一井下气驱机构(7a)方向单向导通。
3.根据权利要求1所述的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，其特征在于，所述的监测井的上部设置有井筒(12)，井筒(12)贯穿包气带。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010472419.2A CN111537282A (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010472419.2A CN111537282A (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111537282A true CN111537282A (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=71974724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010472419.2A Pending CN111537282A (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111537282A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112362399A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-12 | 北京欧仕科技有限公司 | 智能地下水低速洗井采样***及方法 |
| CN112924232A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-08 | 中国人民解放军63653部队 | 四通道气体驱动式地下水连续取样装置 |
| CN116609136A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-18 | 深圳市深勘工程咨询有限公司 | 多含水层地下水采样监测设备 |
-
2020
- 2020-05-29 CN CN202010472419.2A patent/CN111537282A/zh active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112362399A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-12 | 北京欧仕科技有限公司 | 智能地下水低速洗井采样***及方法 |
| CN112362399B (zh) * | 2020-10-28 | 2021-08-13 | 北京欧仕科技有限公司 | 智能地下水低速洗井采样***及方法 |
| CN112924232A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-08 | 中国人民解放军63653部队 | 四通道气体驱动式地下水连续取样装置 |
| CN116609136A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-08-18 | 深圳市深勘工程咨询有限公司 | 多含水层地下水采样监测设备 |
| CN116609136B (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-20 | 深圳市深勘工程咨询有限公司 | 多含水层地下水采样监测设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111537282A (zh) | 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 | |
| CN111562143A (zh) | 适用于污染场地的自动化多参数地下水环境分层监测井 | |
| Birdsell et al. | Hydraulic fracturing fluid migration in the subsurface: A review and expanded modeling results | |
| CA2455732C (en) | Method for biosolid disposal and methane generation | |
| CN106353141A (zh) | 一种适用于无井地区的地下水定深分层取样装置与方法 | |
| CN104929629B (zh) | 一种管中管地下流体分层取样装置 | |
| CN105003237A (zh) | 地热开采天然气水合物与co2废气回注处理一体化的装置及方法 | |
| CN105298490A (zh) | 基于u形管技术的地下流体分层取样装置与方法 | |
| CN110439552B (zh) | 一种基于钻井的多相流保真取样装置及方法 | |
| CN102862775B (zh) | 一种矿井地下水的分布式存储方法 | |
| CN111705871A (zh) | 一种地下水回灌处理***、施工方法及矿井水回灌方法 | |
| US8365819B2 (en) | Method of redistributing well bore fluid | |
| CN212300998U (zh) | 基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置 | |
| Singh et al. | Deep zone karst aquifers as a boon in central India | |
| CN213235045U (zh) | 一种适用超低渗透地层的ψ型管多相保真取样装置 | |
| CN205991903U (zh) | 一种适用于无井地区的地下水定深分层取样装置 | |
| CN211549679U (zh) | 一种基于钻井的多相流保真取样装置 | |
| CN212301000U (zh) | 适用于污染场地的自动化多参数地下水环境分层监测井 | |
| EP1251912B1 (en) | Method for biosolid disposal and methane generation | |
| CN111119882B (zh) | 一种适用超低渗透地层的ψ型管多相保真取样方法及装置 | |
| Stephens et al. | The utilization of the microflora indigenous to and present in oil-bearing formations to selectively plug the more porous zones thereby increasing oil recovery during waterflooding, Class 1 | |
| Dusseault | Deep injection disposal: environmental and petroleum geomechanics | |
| CN204754923U (zh) | 一种管中管地下流体分层取样装置 | |
| CN214403565U (zh) | 取样装置以及取样*** | |
| Bishop et al. | A low-cost dedicated multi-level groundwater sampling system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |