基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，包括高壓氣源系統(tǒng)、與高壓氣源系統(tǒng)連接的用于收集的地層流體樣品的保真取樣系統(tǒng)，保真取樣系統(tǒng)分別與用于對地層流體樣品進行在線分析的即時降壓分析系統(tǒng)、用于對地層流體樣品中的流體進行原狀保存的保真存樣系統(tǒng)和用于對地層流體樣品進行監(jiān)測、分析的化學(xué)在線分析系統(tǒng)連接，保真取樣系統(tǒng)、即時降壓分析系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)均與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接。還公開基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析方法。本發(fā)明方法易行，操作簡便；采用模塊化集成，各模塊之間相互獨立，各樣品之間互不干擾，可實現(xiàn)多地層、多位置同時取樣。
【專利說明】基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及深井地層流體保真取樣領(lǐng)域，具體涉及基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，同時還涉及基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的方法，它適用于深井流體樣品的取樣，還可用于各種高溫、高壓下的取樣。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油天然氣開采、CO2地質(zhì)封存技術(shù)、能源與廢棄物地質(zhì)儲存等技術(shù)、深部環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展，對地層溫度壓力、流體成分、流體電化學(xué)以及地下環(huán)境中的變化趨勢的研究顯得極為重要。為了精確研究地下流體性質(zhì)與成分，必須采用保真取樣技術(shù)采集地下流體樣品，用于分析和研究地下狀態(tài)的變化。而在樣品研究中，取樣技術(shù)占有非常重要的地位。世界范圍內(nèi)都非常重視各種深部流體的取樣技術(shù)，對取樣技術(shù)也進行了深入的研究，并研制了多種兩相流體樣品取樣裝置，如:水氣樣品取樣裝置，油氣樣品取樣裝置。
[0003]目前各種各樣的取樣裝置，它們各有各的特點，但總體來說沒有可靠的參數(shù)來標(biāo)定樣品的保真度，對于所采樣品不能保證樣品的原位的溫度和壓力條件，無法判定樣品原狀程度。同時也不能精確控制取樣速率、取樣量和保真程度，也導(dǎo)致了采集樣品不夠完全反映地層內(nèi)的樣品性狀，不能滿足現(xiàn)在高精度分析的要求。面對現(xiàn)代工程運用中對取樣的精度和樣品的保真度的要求越來越高，傳統(tǒng)的取樣方式都面臨取樣速率、取樣量、保真程度難以控制，樣品的精度無法給出可靠的定量的標(biāo)準(zhǔn)，取樣壓力和溫度無法保持的困難。這些都是取樣系統(tǒng)迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的方法，方法易行，操作簡便，主要步驟為:1、清洗過程；2、取樣過程；
3、排空過程。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是在于提供了基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的裝置，所述裝置采用模塊化集成，各模塊之間相互獨立，各樣品之間互不干擾，可實現(xiàn)多地層、多位置同時取樣；所述裝置中化學(xué)在線分析系統(tǒng)可實時監(jiān)測樣品的化學(xué)成分，確保取樣、存樣、分析過程中樣品的保真度。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，包括高壓氣源系統(tǒng)，還包括與高壓氣源系統(tǒng)連接的用于收集的地層流體樣品的保真取樣系統(tǒng)，保真取樣系統(tǒng)分別與用于對地層流體樣品進行在線分析的即時降壓分析系統(tǒng)、用于對地層流體樣品中的流體進行原狀保存的保真存樣系統(tǒng)和用于對地層流體樣品進行監(jiān)測、分析的化學(xué)在線分析系統(tǒng)連接，保真取樣系統(tǒng)、即時降壓分析系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)均與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接。
[0008]如上所述的高壓氣源系統(tǒng)包括依次連接的氣罐總成、氣體壓縮機和高壓包，高壓包的輸出端設(shè)置有氣源背壓閥、氣源安全閥和氣源壓力表。
[0009]如上所述的保真取樣系統(tǒng)包括取樣器系統(tǒng)，取樣器系統(tǒng)的輸入端通過第一保真取樣閥門與高壓氣源系統(tǒng)連通，取樣器系統(tǒng)的輸出端設(shè)置有保真取樣壓力表、保真取樣安全閥和保真取樣單向閥，取樣器系統(tǒng)的輸出端分別與即時降壓分析系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)連接，取樣器系統(tǒng)的輸入端通過第三保真取樣閥門與取樣器系統(tǒng)的輸出端連通，取樣器系統(tǒng)的輸入端還通過第二保真取樣閥門與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接。
[0010]如上所述的取樣器系統(tǒng)包括U型管，U型管上端的兩個管口中的一個管口構(gòu)成取樣器系統(tǒng)的輸入端，另一個管口構(gòu)成取樣器系統(tǒng)的輸出端，U型管的U型底部通過單向閥與取樣管路連接。
[0011]如上所述的即時降壓分析系統(tǒng)包括氣水分離器、真空氣體取樣器和天平液體計量系統(tǒng)，氣水分離器的輸入端依次通過即時降壓減壓閥、第二即時降壓閥門和第一即時降壓閥門與保真取樣系統(tǒng)連接，氣水分離器的氣體輸出端通過第四即時降壓閥門與真空氣體取樣器連接，氣水分離器的氣體輸出端還依次通過第三即時降壓閥門和氣體質(zhì)量流量計與廢水廢氣處理系統(tǒng)連通，氣水分離器的液體輸出端依次通過第五即時降壓閥門和天平液體計量系統(tǒng)與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接。
[0012]如上所述的化學(xué)在線分析系統(tǒng)包括化學(xué)分析模塊，化學(xué)分析模塊的輸入端通過第一分析系統(tǒng)閥門與保真取樣系統(tǒng)連接，化學(xué)分析模塊的輸入端還通過第二分析系統(tǒng)閥門和泵與營養(yǎng)液池連通，化學(xué)分析模塊的輸出端依次通過第三分析系統(tǒng)閥門、分析系統(tǒng)背壓閥、分析系統(tǒng)流量計與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接。
[0013]如上所述的保真存樣系統(tǒng)包括保真中繼裝置，所述的第一即時降壓閥門依次通過第一保真存樣閥門和第三保真存樣閥門與保真中繼裝置連接，所述的第一即時降壓閥門還依次通過第一保真存樣閥門、第二保真存樣閥門、分析系統(tǒng)背壓閥、分析系統(tǒng)流量計與廢水廢氣處理系統(tǒng)連接，保真中繼裝置采用活塞式結(jié)構(gòu)，保真中繼裝置的活塞端依次通過第四保真存樣閥門和第五保真存樣閥門連接到計量泵控制系統(tǒng)，用計量泵控制系統(tǒng)來控制保真中繼裝置進樣速度。
[0014]如上所述的廢水廢氣處理系統(tǒng)包括廢水廢氣處理箱，廢水廢氣處理箱通過廢水處理節(jié)流閥分別與即時降壓分析系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)連接。
[0015]基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的方法，包括以下步驟:
[0016]1、清洗過程
[0017]隨著取樣器系統(tǒng)下入井底，取樣器系統(tǒng)中進入了不同地層的流體。將第三保真取樣閥門、第二保真取樣閥門、第三保真存樣閥門、第二分析系統(tǒng)閥門關(guān)閉，其余閥打開。用高壓氣體系統(tǒng)中的惰性氣體快速沖洗整個系統(tǒng)，高壓惰性氣體通過第一保真取樣閥門流經(jīng)保真取樣系統(tǒng)，通過第一即時降壓閥門進入即時降壓分析系統(tǒng)和保真存樣系統(tǒng)，通過第一分析系統(tǒng)閥門進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)中的管線和設(shè)備進行清洗。隨著高壓惰性氣體的沖洗，取樣器系統(tǒng)中的地層流體隨著清洗過程被排出系統(tǒng)。清洗過程繼續(xù)，通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)來判定整個沖洗過程，當(dāng)流體的各項數(shù)據(jù)穩(wěn)定時，可以判定沖洗過程完畢。清洗完畢后可進行取樣過程。由于采用惰性氣體，雖然殘留的氣體會對樣品產(chǎn)生一定的影響，但不會影響整個分析的結(jié)果。取樣器系統(tǒng)的U型管結(jié)構(gòu)使得惰性氣體沖洗不能很徹底，并且管路較長，仍會有少量的液體存在于系統(tǒng)中，特別取樣器系統(tǒng)的U型管的底部殘余的少量液體在取樣過程中通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)來消除其對樣品的影響。
[0018]2、取樣過程
[0019]待清洗完畢后，關(guān)閉第一保真取樣閥門、第一即時降壓閥門、第一分析閥門，保真取樣系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)。此時緩慢打開第三即時降壓閥門和第二保真存樣閥門，使即時降壓分析系統(tǒng)和保真存樣系統(tǒng)排空。再打開第三保真取樣閥門和第二保真取樣閥門，使地層流體在地層壓力的作用下進入保真取樣系統(tǒng)中的取樣器系統(tǒng)，第三保真取樣閥門的打開是為了保證進樣的平穩(wěn)，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥控制進樣的速度。待有液體從廢水廢氣處理系統(tǒng)排出時，進樣完成。先關(guān)閉第二保真取樣閥門，樣品不在進入取樣器系統(tǒng)，再關(guān)閉第三保真取樣閥門，斷開取樣器系統(tǒng)U型管的兩端。此時樣品已收集至取樣器系統(tǒng)中。之前殘余的流體一部分在取樣過程中排出到廢水廢氣處理系統(tǒng)中，一部分仍殘留在取樣器系統(tǒng)兩端的管路中。啟動高壓氣源系統(tǒng)，提高高壓氣源系統(tǒng)中的壓力與保真取樣系統(tǒng)保持一致。打開第一保真取樣閥門和第一分析系統(tǒng)閥門，其余關(guān)閉。隨著高壓惰性氣體不斷的進入保真取樣系統(tǒng)，迫使取樣器系統(tǒng)中的樣品往地面運移。取樣過程中存在有少量殘余液體也隨著樣品一起運移至地面。樣品通過第一分析系統(tǒng)閥門進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)?；瘜W(xué)在線分析系統(tǒng)中的化學(xué)分析模塊會對流體進行監(jiān)測。隨著通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)的流體越來越多，目標(biāo)樣品在流體中的成分越來越多，各項參數(shù)會隨著目標(biāo)樣品在流體里所占的比例的增加而發(fā)生變化。最終流體里只有目標(biāo)樣品時，各項參數(shù)趨于穩(wěn)定。此時可判定所通過的流體為目標(biāo)樣品，沒有任何雜質(zhì)的污染。通過監(jiān)測的結(jié)果來判定取樣過程的開始，從而明確的標(biāo)定了取樣開始的時間，保證樣品是最為真實的部分。樣品通過第一即時降壓閥門進入即時降壓分析系統(tǒng)和保真存樣系統(tǒng)。為了避免閥、管等有效容積里的雜質(zhì)對樣品的影響，盡量減少第一保真存樣閥門、第二保真存樣閥門、第三保真存樣閥門以及保真中繼裝置前后的管線。樣品經(jīng)過第一即時降壓閥門后分為兩路，分別進入即時降壓分析系統(tǒng)和保真存樣系統(tǒng)。在即時降壓分析系統(tǒng)中通過即時降壓減壓閥將壓力降低，避免高壓對氣水分離器的影響，同時也便于樣品在氣水分離器中得到充分的分離。氣水分離器中分離得到的水通過天平液體計量系統(tǒng)稱重，得到樣品中水的質(zhì)量。天平液體計量系統(tǒng)通過將分離的水收集到容器中，然后通過天平來測量水的質(zhì)量，從而得到水的質(zhì)量。分離得到的氣通過第四即時降壓閥門進入真空氣體取樣器，多余的氣體通過第三即時降壓閥門和氣體質(zhì)量流量計精確計量樣品中分離出來的氣的質(zhì)量。在保真存樣系統(tǒng)中樣品通過第一保真存樣閥門、第三保真存樣閥門進入保真中繼裝置。保真中繼裝置用來保溫保壓的存儲樣品，使樣品能保持原始狀態(tài)的溫度、壓力。為了能精確的控制取樣的過程，保真中繼裝置中活塞的后退用計量泵控制系統(tǒng)控制，使取樣的速率和取樣量能得到精確的控制，避免由于取樣速率過快導(dǎo)致壓力衰減使樣品中的化學(xué)成分發(fā)生變化。保真中繼裝置為活塞式，清洗過程時第三保真存樣閥門是關(guān)閉的，無法清洗到第三保真存樣閥門與保真中繼裝置之間的管路，與第三保真存樣閥門連接的另一端的封閉管路也無法清洗。為了減小殘余雜質(zhì)對樣品的影響，第三保真存樣閥門一端直接連接到三通上，另一端直接與保真中繼裝置連接，減小有效容積。保真中繼裝置前端采用錐形結(jié)構(gòu)，使得中間活塞前端能進入到第三保真存樣閥門與保真中繼裝置連接的管路中，將有效容積降至最小。當(dāng)保真中繼裝置裝滿樣品后，關(guān)閉第三保真存樣閥門、第四保真存樣閥門。如需將保真中繼裝置從系統(tǒng)中取出，只需將保真中繼裝置連同第三保真存樣閥門、第四保真存樣閥門一同拆卸即可。取樣完成后，打開第二保真存樣閥門，通過分析系統(tǒng)背壓閥降壓后排入廢水廢氣處理系統(tǒng)。
[0020]3、排空過程
[0021]待取樣完成后，停止高壓氣源系統(tǒng)，關(guān)閉第一保真取樣閥門、第一即時降壓閥門、第一分析系統(tǒng)閥門、第二分析系統(tǒng)閥門。排空保真取樣系統(tǒng)，打開第三保真取樣閥門，使U型管兩端的連通，壓力保持一致，然后打開第二保真取樣閥門，使剩余樣品和惰性氣體從第二保真取樣閥門排至廢水廢氣處理系統(tǒng)。待保真取樣系統(tǒng)排空后，關(guān)閉第二保真取樣閥門、第三保真取樣閥門。使保真取樣系統(tǒng)處于密封的狀態(tài)。用于下次采樣。化學(xué)在線分析系統(tǒng)的排空，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥，使化學(xué)在線分析系統(tǒng)緩慢降壓。迅速的壓降會損壞化學(xué)在線分析系統(tǒng)中的化學(xué)分析模塊中的監(jiān)測設(shè)備損壞。待排空化學(xué)在線分析系統(tǒng)后，打開第二分析系統(tǒng)閥門，關(guān)閉第一分析系統(tǒng)閥門。啟動泵，用營養(yǎng)液、標(biāo)定液和蒸餾水的混合物。對化學(xué)在線分析系統(tǒng)中監(jiān)測設(shè)備的進行清洗、維護。該混合物由化學(xué)分析模塊中的監(jiān)測設(shè)備供應(yīng)商提供，不同的設(shè)備配置不用的液體。
[0022]發(fā)明目的的實現(xiàn):
[0023]如圖1，本發(fā)明通過保真取樣系統(tǒng)收集地層流體樣品，高壓氣源系統(tǒng)提供高壓惰性氣體，使系統(tǒng)壓力達到深井地層的壓力，持續(xù)供給的高壓惰性氣體使地層流體樣品往地面運移。廢水廢氣處理系統(tǒng)中的廢水處理節(jié)流閥用來調(diào)控地層流體樣品運移的速率，精確控制整個取樣過程。地層流體樣品運移至地表后，首先通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)分析，監(jiān)測流體的PH值和氧化還原電位，初步分析其成分。由于保真取樣系統(tǒng)中保真樣品只有中間一部分樣品，前后兩端均為混有上次的樣品，隨著地層流體樣品不斷通過化學(xué)分析模塊，流體樣品的組分發(fā)生變化，由混合樣品逐步過渡到原狀樣品，通過化學(xué)分析模塊監(jiān)測流體數(shù)據(jù)變化，從而精確監(jiān)測流體化學(xué)成本和判定流體樣品保真程度，為后續(xù)樣品分析與存樣奠定基礎(chǔ)。當(dāng)通過化學(xué)分析模塊的流體的組分發(fā)生改變時，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生變化，如酸堿度、氧化還原電位、總固溶物、溶解氧等，隨著通過化學(xué)分析模塊的流體性質(zhì)的穩(wěn)定，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，從而判斷此時的流體為目標(biāo)樣品，不包含混合樣品。從而精確判定取樣的時間，保證取樣保真程度，避免了殘余樣品和雜質(zhì)的污染，提高樣品保真程度。確定取樣后，通過閥門斷開化學(xué)在線分析系統(tǒng)，連通即時降壓分析系統(tǒng)和保真存樣系統(tǒng)。樣品進入即時降壓分析系統(tǒng)，通過即時降壓減壓閥降壓，然后進入氣水分離器，分離后的氣體通過真空氣體取樣器和氣體質(zhì)量流量計計量，水通過天平液體計量系統(tǒng)計量，初步分析樣品所含的氣體和水。真空氣體取樣器的氣和天平液體計量系統(tǒng)的水通過化學(xué)合成來完成后續(xù)的分析工作。合成過程參考化學(xué)在線分析系統(tǒng)中監(jiān)測到的各項指標(biāo)。樣品進入保真存樣系統(tǒng)，通過保真中繼裝置來保溫保壓的存儲樣品，使樣品能保持初始的溫度、壓力。保真中繼裝置為活塞式，用計量泵控制系統(tǒng)來控制保真中繼裝置進樣的速度，使進樣的速率和取樣量能得到精確的控制，避免由于取樣速率過快導(dǎo)致壓力衰減使樣品中的化學(xué)成分發(fā)生變化。
[0024]為了減少殘余雜質(zhì)對樣品的影響，第三保真存樣閥門一端直接連接到三通上，另一端直接與保真中繼裝置連接，減小有效容積。保真中繼裝置前端采用錐形結(jié)構(gòu)，使得中間活塞前端能進入到第三保真存樣閥門與保真中繼裝置連接的管路中，將有效容積降至最小。保真中繼裝置進樣完成后，關(guān)閉第三保真存樣閥門和第四保真存樣閥門，拆卸時連同第三保真存樣閥門和第四保真存樣閥門一同取出系統(tǒng)，將保真中繼裝置從系統(tǒng)中取出。取樣完成后，打開第二保真存樣閥門，通過分析系統(tǒng)背壓閥降壓后排入廢水廢氣處理系統(tǒng)。為了確保樣品的精度，所有管線、裝置等的溫度都由保溫系統(tǒng)控制，確保系統(tǒng)內(nèi)壓力高于樣品初始壓力，保持溫度保持一致，從而降低樣品在取樣與存樣過程中的解析、分解、凝析等現(xiàn)象，從而提高樣品的保真程度。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下效果:
[0026]1、所述裝置采用模塊化集成，各模塊之間相互獨立，便于裝置的組裝、維修、擴展；
[0027]2、所述多裝置可實現(xiàn)種來源樣品的同時取樣，各樣品之間互不干擾，可實現(xiàn)多地層、多位置同時取樣；
[0028]3、所述裝置中即時降壓分析系統(tǒng)可實現(xiàn)在線即時降壓分析，通過天平液體計量系統(tǒng)計量樣品中水的質(zhì)量，并供后續(xù)水質(zhì)分析；真空氣體取樣器中保存樣品氣水分離后得到的氣體，并供后續(xù)氣質(zhì)分析。氣體質(zhì)量流量計計量樣品中氣的質(zhì)量，連同天平液體計量系統(tǒng)中水的質(zhì)量，初步分析樣品的氣水的比例。真空氣體取樣器的氣和天平計量系統(tǒng)的水通過化學(xué)合成來完成后續(xù)的分析工作。同時通過軟件合成還能還原高溫高壓下樣品的狀態(tài)，實現(xiàn)進一步分析；
[0029]4、所述裝置中保真存樣系統(tǒng)可保持地層流體樣品在原始地層壓力、溫度下的流體狀態(tài)和化學(xué)成分，為后續(xù)原狀流體的高精度分析和樣品保存提供非常好的樣品基礎(chǔ)；同時存樣過程的可控性非常好，在所述保真存樣系統(tǒng)中加入計量泵控制系統(tǒng)，可以精確控制存樣過程，精確控制系統(tǒng)中的壓力、溫度。避免樣品進入保真中繼裝置的速度過快使得樣品壓力迅速降低，導(dǎo)致樣品失真；
[0030]5、所述裝置中化學(xué)在線分析系統(tǒng)可實時監(jiān)測樣品的化學(xué)成分，確保取樣、存樣、分析過程中樣品的保真度，同時可對傳感器等監(jiān)測設(shè)備定期進行清洗、維護和重新標(biāo)定；
[0031]6、所述裝置中保溫系統(tǒng)保證了樣品初始地層狀態(tài)下的溫度，地面部分傳輸管線以及取樣、分析和存樣設(shè)備的溫度，地下部分通過高溫水循環(huán)保證溫度的可控。確保系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都能保證樣品的精確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
[0033]圖2為高壓氣源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0034]圖3為化學(xué)分析模塊結(jié)構(gòu)原理圖。
[0035]圖4為U型取樣器結(jié)構(gòu)原理圖。
[0036]圖中:110-高壓氣源系統(tǒng)；111-氣罐總成；112-氣體壓縮機；113-高壓包；114-氣源背壓閥；115-氣源安全閥；116-氣源壓力表；
[0037]120-保真取樣系統(tǒng)；121_第一保真取樣閥門；122-第二保真取樣閥門；123_第三保真取樣閥門；124_取樣器系統(tǒng)；125_保真取樣壓力表；126_保真取樣安全閥；127_保真取樣單向閥；1241-U型管；1242_單向閥；1243_取樣管路；
[0038]130-即時降壓分析系統(tǒng)；131-第一即時降壓閥門；132_第二即時降壓閥門；133-即時降壓減壓閥；134_氣水分離器；135_第三即時降壓閥門；136_第四即時降壓閥門；137_真空氣體取樣器；138_氣體質(zhì)量流量計；139_第五即時降壓閥門；1310_天平液體計量系統(tǒng)；
[0039]140-保真存樣系統(tǒng)；141-第一保真存樣閥門；142-第二保真存樣閥門；143_第三保真存樣閥門；144_保真中繼裝置；145_第四保真存樣閥門；146_第五保真存樣閥門；147-計量泵控制系統(tǒng)；
[0040]150-化學(xué)在線分析系統(tǒng)；151-泵；152-第一分析系統(tǒng)閥門；153_第二分析系統(tǒng)閥門；154_化學(xué)分析模塊；155-第三分析系統(tǒng)閥門；156_分析系統(tǒng)背壓閥；157_分析系統(tǒng)流量計；1541_參比電極分析裝置；1542_氧化還原電位分析裝置；1543_酸堿度分析裝置；1544-其它分析裝置；
[0041]160-廢水廢氣處理系統(tǒng)；161_廢水處理節(jié)流閥；162_廢水廢氣處理箱。
【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步詳細說明。
[0043]圖1描述了兩點采樣的情況，多點采樣的實現(xiàn)只需在此基礎(chǔ)上增加各模塊即可。其中一點的取樣系統(tǒng)包括高壓氣源系統(tǒng)110、保真取樣系統(tǒng)120、即時降壓分析系統(tǒng)130、保真存樣系統(tǒng)140、化學(xué)在線分析系統(tǒng)150、廢水廢氣處理系統(tǒng)160和保溫系統(tǒng)；另外一點取樣系統(tǒng)包括保真取樣系統(tǒng)120，即時降壓分析系統(tǒng)130、保真存樣系統(tǒng)140、化學(xué)在線分析系統(tǒng)150和保溫系統(tǒng)。兩個取樣系統(tǒng)中保真取樣系統(tǒng)、即時降壓分析系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)、化學(xué)在線分析系統(tǒng)為相同的結(jié)構(gòu)。高壓氣源系統(tǒng)110和廢水廢氣處理系統(tǒng)160為整個裝置的公共部分。
[0044]1、高壓氣源系統(tǒng)110
[0045]高壓氣源系統(tǒng)提供高壓惰性氣體。圖2給出高壓氣源系統(tǒng)實現(xiàn)的方式。如圖2所示，高壓氣源系統(tǒng)110包括依次連接的氣罐總成111、氣體壓縮機112、高壓包113、氣源背壓閥114、氣源安全閥115和氣源壓力表116。該系統(tǒng)通過氣體壓縮機112產(chǎn)生高壓，實現(xiàn)高壓氣源的作用。高壓氣源系統(tǒng)110所能提供的壓力由取樣層的壓力決定，通過選擇氣體壓縮機112的型號來達到滿足使用的要求，目前實驗所用的高壓氣源系統(tǒng)110能提供最高40MPa的壓力。
[0046]高壓氣源系統(tǒng)110作用是將保真取樣系統(tǒng)120中收集的地層流體樣品運移至地面裝置，同時也使整個裝置中的壓力保持與樣品地層原始壓力一致。氣罐總成111由多個氣罐組成，由系統(tǒng)的取樣量以及取樣深度等確定氣罐數(shù)量。氣罐總成111提供足夠的相對地下化學(xué)成分為惰性的氣體，所用惰性氣體，如氮氣、氦氣、氪氣等相對于地層穩(wěn)定的氣體，與樣品及樣品所在的環(huán)境中的化學(xué)成分不發(fā)生反應(yīng)，保證地下樣品的化學(xué)成分穩(wěn)定。氣體壓縮機112提高惰性氣體的壓力，從而給保真取樣系統(tǒng)120提供動力源，氣源背壓閥114確保整個系統(tǒng)能保持恒定的壓力，冋時使用空氣包113減小系統(tǒng)中壓力的波動,保證系統(tǒng)中的壓力平穩(wěn)，精確控制取樣過程的壓力。氣源壓力表116用于監(jiān)測在進入保真取樣系統(tǒng)120前的壓力。
[0047]2、保真取樣系統(tǒng)120
[0048]如圖1，保真取樣系統(tǒng)120主要包括第一保真取樣閥門121、第二保真取樣閥門122、第三保真取樣閥門123、取樣器系統(tǒng)124、保真取樣壓力表125、保真取樣安全閥126、保真取樣單向閥127。
[0049]保真取樣系統(tǒng)120作用是將樣品收集進系統(tǒng)中。保真取樣系統(tǒng)120下入井底取樣層之前保持常壓狀態(tài)，和地面裝置不連接，即下井時，取樣器系統(tǒng)124隨著下井工具下入井底。取樣器系統(tǒng)124采用U型取樣器。如圖4，該圖為U型取樣器的原理圖，取樣器系統(tǒng)124主要包括U型管1241、單向閥1242和取樣管路1243。在取樣管路1243進樣端裝有液體過濾器和氣體過濾器。在地層壓力作用下地層流體通過單向閥1242從U型管的底部流入U型管1241中。第三保真取樣閥門123用于連接U型管1241上端的兩條支路，用于平衡U型管兩個支路中的壓力。地層壓力隨著深度不斷增加，保真取樣系統(tǒng)120中的壓力也隨之增力口，最終保真取樣系統(tǒng)120達到目標(biāo)層的壓力。待到達取樣層后，連接地面裝置。取樣時通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150來監(jiān)測，排除殘余液體的影響。在保真取樣系統(tǒng)120中增加保真取樣安全閥126，避免由于復(fù)雜地層環(huán)境造成的異常高壓對設(shè)備以及操作人的損傷。保真取樣系統(tǒng)120中保真取樣單向閥127用于防止樣品從地面裝置倒流至保真取樣系統(tǒng)中。第二保真取樣閥門122、第三保真取樣閥門123用于取樣器系統(tǒng)124的進樣以及排空。排空時，先打開第三保真取樣閥門123，U型管1241上端兩條支路中的壓力保持一致，在地層高壓力的作用下通過第二保真取樣閥門122排除系統(tǒng)；進樣時，關(guān)閉第二保真取樣閥門122，打開第三保真取樣閥門123，U型管1241兩端的壓力保持一致，樣品均勻的進入U型管1241的兩端。
[0050]3、即時降壓分析系統(tǒng)130
[0051]如圖1，即時降壓分析系統(tǒng)130主要包括第一即時降壓閥門131、第二即時降壓閥門132、即時降壓減壓閥133、氣水分離器134、第三即時降壓閥門135、第四即時降壓閥門136、真空氣體取樣器137、氣體質(zhì)量流量計138、第五即時降壓閥門139、天平液體計量系統(tǒng)1310。
[0052]即時降壓分析系統(tǒng)130用來分析樣品中所含氣、水的比例。高壓地下流體樣品通過即時降壓減壓閥133減壓，然后進入氣水分離器134，實現(xiàn)氣水分離。分離后，氣體用真空氣體取樣器137儲存起來，用于后期分析氣體具體成分，多余的氣體通過第三即時降壓閥門135和氣體質(zhì)量流量計138精確計量排空氣體的質(zhì)量。液體通過天平液體計量系統(tǒng)1310計量出液體的重量。從而分析樣品中水氣的比例。同時也實現(xiàn)氣體樣品的存儲。
[0053]4、保真存樣系統(tǒng)140
[0054]如圖1，保真存樣系統(tǒng)140包括第一保真存樣閥門141、第二保真存樣閥門142、第三保真存樣閥門143、保真中繼裝置144、第四保真存樣閥門145、第五保真存樣閥門146、計量泵控制系統(tǒng)147。
[0055]保真存樣系統(tǒng)140用于樣品的保真存儲。樣品經(jīng)過第三保真存樣閥門143進入保真中繼裝置144，第二保真存樣閥門142、第三保真存樣閥門143和保真中繼裝置144之間的連接管線盡可能短，減小管路中殘余雜質(zhì)對樣品的污染。由于清洗過程中，第三保真存樣閥門143關(guān)閉，使得第三保真存樣閥門143與保真中繼裝置144之間的管路形成封閉的狹小空間，無法清洗。為了確保樣品的精確，減少雜質(zhì)對樣品的污染。同時保真中繼裝置144結(jié)構(gòu)上減小有效容積，確保保真中繼裝置144中殘余雜質(zhì)降到最低，保證樣品的精確。保真中繼裝置144采用活塞式結(jié)構(gòu)，其中活塞連接到計量泵控制系統(tǒng)147，用計量泵控制系統(tǒng)147來控制保真中繼裝置144進樣速度，避免由于進樣速度過快導(dǎo)致樣品壓力迅速衰減所導(dǎo)致的樣品的失真，同時也能精確計量取樣量，取樣完成后，多余樣品通過第二保真存樣閥門142排空至廢水廢氣處理系統(tǒng)160，排空時流量通過節(jié)流閥161控制。保真中繼裝置144連同前、后的閥門一并取出系統(tǒng)，用于保存、運輸及以后高溫高壓下的分析。[0056]5、化學(xué)在線分析系統(tǒng)150
[0057]如圖1，化學(xué)在線分析系統(tǒng)150包括泵151、第一分析系統(tǒng)閥門152、第二分析系統(tǒng)閥門153、化學(xué)分析模塊154、第三分析系統(tǒng)閥門155、分析系統(tǒng)背壓閥156、分析系統(tǒng)流量計157。
[0058]化學(xué)在線分析系統(tǒng)150用于樣品初步分析以及取樣時間的控制，同時對于樣品的保真度給出可靠的標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)在線分析系統(tǒng)150通過化學(xué)分析模塊154監(jiān)測樣品的品質(zhì)，判斷樣品的保真度。圖3給出化學(xué)分析模塊154實現(xiàn)的一種方式，其中包括參比電極分析裝置1541，該裝置用于監(jiān)測樣品的溫度、PH值等參數(shù)；氧化還原電位分析裝置1542，該裝置用于監(jiān)測樣品的一個綜合性指標(biāo)，用于表征介質(zhì)氧化性或還原性的相對程度；酸堿度分析裝置1543，該裝置用于精確監(jiān)測樣品的PH值；和其它分析裝置1544，實現(xiàn)對流體樣品中的各項參數(shù)的監(jiān)測，初步判別流體的組分。其它分析裝置1544可針對性的增加更多的成分分析系統(tǒng)，如光纖成分分析系統(tǒng)、氣相色譜分析系統(tǒng)等。在保真取樣系統(tǒng)120下井過程中，取樣器系統(tǒng)124中存在各個不同地層的流體，隨著取樣過程的開始，目標(biāo)樣品進入取樣器系統(tǒng)124。樣品進入取樣器系統(tǒng)124后，取樣器系統(tǒng)124中的U型管1241上端兩條支路里主要為殘余流體，下端為目標(biāo)樣品。殘余流體和目標(biāo)樣品之間沒有明確的分界線。殘余流體和目標(biāo)樣品之間的交換需要很長時間，相對于采樣周期，可以認(rèn)為在采樣一個周期里，殘余流體和目標(biāo)樣品之間沒有交換。流體通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150中的化學(xué)分析模塊154，目標(biāo)樣品在流體中的成分越來越多，由混合樣品逐步過渡到原狀樣品。當(dāng)通過化學(xué)分析模塊154的流體的組分發(fā)生改變時，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生變化，如酸堿度、氧化還原電位、總固溶物、溶解氧等，隨著通過化學(xué)分析模塊154的流體性質(zhì)的穩(wěn)定，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，從而判斷此時的流體為目標(biāo)樣品，不包含混合樣品。從而精確判定取樣的時間，保證取樣保真程度，避免了殘余樣品和雜質(zhì)的污染，提高樣品保真程度，保證樣品是最為真實的部分。由于化學(xué)分析模塊154里面監(jiān)測設(shè)備的特殊性，需要定期清洗、標(biāo)定和維護，利用泵151用特制的液體來對檢測設(shè)備進行清洗、標(biāo)定和維護，特制的液體主要由營養(yǎng)液、標(biāo)準(zhǔn)液以及蒸餾水組成。整個過程一步實現(xiàn)了清洗、標(biāo)定和維護。
[0059]6、廢水廢氣處理系統(tǒng)160如圖1，廢水廢氣處理系統(tǒng)160主要包括廢水處理節(jié)流閥161和廢水廢氣處理箱162。
[0060]廢水廢氣處理系統(tǒng)160主要作用是回收取樣過程中產(chǎn)生的廢水和廢氣。廢水處理節(jié)流閥161的用來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的液體流速，是采樣中的流速平穩(wěn)、可控。廢水廢氣處理系統(tǒng)160按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
[0061 ] 7、保溫系統(tǒng)
[0062]保溫系統(tǒng)主要包括地面管線和設(shè)備的水浴保溫及地下高溫水循環(huán)。
[0063]保溫系統(tǒng)包括地面管線和設(shè)備的水浴保溫系統(tǒng)及地下高溫水循環(huán)系統(tǒng)。地面所有的管線使用水浴保溫，地面設(shè)備中化學(xué)在線分析系統(tǒng)使用水浴保溫。水浴保溫系統(tǒng)溫度控制精度高。地下高溫水循環(huán)則是通過高溫水在油管和套管組成的環(huán)空中不斷循環(huán)達到保持地層中取樣管線和設(shè)備的恒溫。高溫水通過油管進入井底，從井底油管底部預(yù)留的孔流出到油管和套管之間的環(huán)空，通過油管和套管之間的環(huán)空中返回地面，不斷循環(huán)的高溫水保持地下管線和設(shè)備的溫度恒定。溫度的控制通過改變高溫水的溫度來達到控制的目的。保溫系統(tǒng)通過監(jiān)測樣品地層的溫度，控制水浴保溫系統(tǒng)和地下高溫水循環(huán)系統(tǒng)的水溫與樣品地層的溫度一致。
[0064]基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的方法，包括以下步驟:
[0065]1、清洗過程
[0066]隨著取樣器系統(tǒng)124下入井底，取樣器系統(tǒng)124中進入了不同地層的流體。將第三保真取樣閥門123、第二保真取樣閥門122、第三保真存樣閥門143、第二分析系統(tǒng)閥門153關(guān)閉，其余閥打開。用高壓氣源系統(tǒng)110中的惰性氣體快速沖洗整個系統(tǒng)，高壓惰性氣體通過第一保真取樣閥門121流經(jīng)保真取樣系統(tǒng)120，通過第一即時降壓閥門131進入即時降壓分析系統(tǒng)130和保真存樣系統(tǒng)140，通過第一分析系統(tǒng)閥門152進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)150，對整個系統(tǒng)中的管線和設(shè)備進行清洗。隨著高壓惰性氣體的沖洗，取樣器系統(tǒng)124中的地層流體隨著清洗過程被排出系統(tǒng)。清洗過程繼續(xù)，通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150監(jiān)測的數(shù)據(jù)來判定整個沖洗過程的完畢。清洗完畢后可進行取樣過程。由于采用惰性氣體，雖然殘留的氣體會對樣品產(chǎn)生一定的影響，但不會影響整個分析的結(jié)果。取樣器系統(tǒng)124的U型管結(jié)構(gòu)使得惰性氣體沖洗不能很徹底，并且管路較長，仍會有少量的液體存在于系統(tǒng)中，特別取樣器系統(tǒng)124的U型管的底部。殘余的少量液體在取樣過程中通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150來消除其對樣品的影響。
[0067]2、取樣過程
[0068]待清洗完畢后，關(guān)閉第一保真取樣閥門121、第一即時降壓閥門131、第一分析系統(tǒng)閥門152，保真取樣系統(tǒng)120處于封閉狀態(tài)。此時緩慢打開第三即時降壓閥門135和第二保真存樣閥門142，使即時降壓分析系統(tǒng)130和保真存樣系統(tǒng)140排空。再打開第三保真取樣閥門123和第二保真取樣閥門122，使地層流體在地層壓力的作用下進入保真取樣系統(tǒng)120中的取樣器系統(tǒng)124，第三保真取樣閥門123的打開是為了保證進樣的平穩(wěn)，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥161控制進樣的速度。待有液體從廢水廢氣處理系統(tǒng)160排出時，進樣完成。先關(guān)閉第二保真取樣閥門122，樣品不在進入取樣器系統(tǒng)124，再關(guān)閉第三保真取樣閥門123，斷開取樣器系統(tǒng)124U型管的兩端此時樣品已收集至取樣器系統(tǒng)124中。之前殘余的流體一部分在取樣過程中排出到廢水廢氣處理系統(tǒng)160中，一部分仍殘留在取樣器系統(tǒng)124兩端的管路中。啟動高壓氣源系統(tǒng)110，提高高壓氣源系統(tǒng)110中的壓力與保真取樣系統(tǒng)120保持一致。打開第一保真取樣閥門121和第一分析系統(tǒng)閥門152，其余關(guān)閉。隨著高壓惰性氣體不斷的進入保真取樣系統(tǒng)120，迫使取樣器系統(tǒng)124中的樣品往地面運移。取樣過程中存在有少量殘余液體也隨著樣品一起運移至地面。樣品通過第一分析系統(tǒng)閥門152進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)150?；瘜W(xué)在線分析系統(tǒng)150中的化學(xué)分析模塊154會對流體進行監(jiān)測。隨著通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150的流體越來越多，目標(biāo)樣品在流體中的成分越來越多，各項參數(shù)會隨著目標(biāo)樣品在流體里所占的比例的增加而發(fā)生變化。最終流體里只有目標(biāo)樣品時，各項參數(shù)趨于穩(wěn)定。此時可判定所通過的流體為目標(biāo)樣品，沒有任何雜質(zhì)的污染。通過監(jiān)測的結(jié)果來判定取樣過程的開始，從而明確的標(biāo)定了取樣開始的時間，保證樣品是最為真實的部分。樣品通過第一即時降壓閥門131進入即時降壓分析系統(tǒng)130和保真存樣系統(tǒng)140。為了避免閥、管等有效容積里的雜質(zhì)對樣品的影響，盡量減少第一保真存樣閥門141、第二保真存樣閥門142、第三保真存樣閥門143以及保真中繼裝置144前后的管線。樣品經(jīng)過第一即時降壓閥門131后分為兩路，分別進入即時降壓分析系統(tǒng)130和保真存樣系統(tǒng)140。在即時降壓分析系統(tǒng)中130通過即時降壓減壓閥133將壓力降低，避免高壓對氣水分離器134的影響，同時也便于樣品在氣水分離器134中得到充分的分離。氣水分離器134中分離得到的水通過天平液體計量系統(tǒng)1310稱重，得到樣品中水的質(zhì)量。天平液體計量系統(tǒng)1310通過將分離的水收集到容器中，然后通過天平來測量水的質(zhì)量，從而得到水的質(zhì)量。分離得到的氣通過第四即時降壓閥門136進入真空氣體取樣器137，多余的氣體通過第三即時降壓閥門135和氣體質(zhì)量流量計138精確計量樣品中分離出來的氣的質(zhì)量。在保真存樣系統(tǒng)140中樣品通過第一保真存樣閥門141、第三保真存樣閥門143進入保真中繼裝置144。保真中繼裝置144用來保溫保壓的存儲樣品，使樣品能保持原始狀態(tài)的溫度、壓力。為了能精確的控制取樣的過程，保真中繼裝置144中活塞的后退用計量泵控制系統(tǒng)147控制，使取樣的速率和取樣量能得到精確的控制，避免由于取樣速率過快導(dǎo)致壓力衰減使樣品中的化學(xué)成分發(fā)生變化。保真中繼裝置144為活塞式，清洗過程時第三保真存樣閥門143是關(guān)閉的，無法清洗到第三保真存樣閥門143與保真中繼裝置144之間的管路，與第三保真存樣閥門143連接的另一端的封閉管路也無法清洗。為了減小殘余雜質(zhì)對樣品的影響，第三保真存樣閥門143 —端直接連接到三通上，另一端直接與保真存樣裝置144連接，減小有效容積。保真中繼裝置144前端采用錐形結(jié)構(gòu)，使得中間活塞前端能進入到第三保真存樣閥門143與保真中繼裝置144連接的管路中，將有效容積降至最小。當(dāng)保真中繼裝置144裝滿樣品后，關(guān)閉第三保真存樣閥門143、第四保真存樣閥門145。如需將保真中繼裝置144從系統(tǒng)中取出，只需將保真中繼裝置144連同第三保真存樣閥門143、第四保真存樣閥門145 —同拆卸即可。取樣完成后，打開第二保真存樣閥門142，通過分析系統(tǒng)背壓閥156降壓后排入廢水廢氣處理系統(tǒng)160。
[0069]3、排空過程
[0070]待取樣完成后，停止高壓氣源系統(tǒng)110，關(guān)閉第一保真取樣閥門121、第一即時降壓閥門131、第一分析系統(tǒng)閥門152、第二分析系統(tǒng)閥門153。排空保真取樣系統(tǒng)120，打開第三保真取樣閥門123，使U型管1241兩端的連通，壓力保持一致，然后打開第二保真取樣閥門122，使剩余樣品和惰性氣體從第二保真取樣閥門122排至廢水廢氣處理系統(tǒng)160。待保真取樣系統(tǒng)120排空后，關(guān)閉第二保真取樣閥門122、第三保真取樣閥門123。使保真取樣系統(tǒng)120處于密封的狀態(tài)。用于下次采樣?；瘜W(xué)在線分析系統(tǒng)150的排空，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥161，使化學(xué)在線分析系統(tǒng)150緩慢降壓。迅速的壓降會損壞化學(xué)在線分析系統(tǒng)150中的化學(xué)分析模塊154中的監(jiān)測設(shè)備損壞。待排空化學(xué)在線分析系統(tǒng)150后，打開第二分析系統(tǒng)閥門153，關(guān)閉第一分析系統(tǒng)閥門152。啟動泵151，用營養(yǎng)液、標(biāo)定液和蒸餾水的混合物對化學(xué)在線分析系統(tǒng)150中監(jiān)測設(shè)備的進行清洗、維護。該混合物由化學(xué)分析模塊154中的監(jiān)測設(shè)備供應(yīng)商提供，不同的設(shè)備配置不用的液體。
[0071]發(fā)明目的的實現(xiàn):
[0072]如圖1，本發(fā)明通過保真取樣系統(tǒng)120收集地層流體樣品，高壓氣源系統(tǒng)110提供高壓惰性氣體，使系統(tǒng)壓力達到深井地層的壓力，持續(xù)供給的高壓惰性氣體使地層流體樣品往地面運移。廢水廢氣處理系統(tǒng)160中的廢水處理節(jié)流閥161用來調(diào)控地層流體樣品運移的速率，精確控制整個取樣過程。地層流體樣品運移至地表后，首先通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)150分析，監(jiān)測流體的pH值和氧化還原電位的參數(shù)，初步分析其成分。由于保真取樣系統(tǒng)中保真樣品只有U型管中間一部分樣品，前后兩端均為混有上次的樣品或者雜質(zhì)，隨著地層流體樣品不斷通過化學(xué)分析模塊154，流體樣品的組分發(fā)生變化，由混合樣品逐步過渡到原狀樣品，通過化學(xué)分析模塊154監(jiān)測流體數(shù)據(jù)變化，從而精確監(jiān)測流體化學(xué)成本和判定流體樣品保真程度，為后續(xù)樣品分析與存樣奠定基礎(chǔ)。當(dāng)通過化學(xué)分析模塊154的流體的組分發(fā)生改變時，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生變化，如酸堿度、氧化還原電位、總固溶物、溶解氧等，隨著通過化學(xué)分析模塊154的流體性質(zhì)的穩(wěn)定，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，從而判斷此時的流體為目標(biāo)樣品，不包含混合樣品。從而精確判定取樣的時間，保證取樣保真程度，避免了殘余樣品和雜質(zhì)的污染，提高樣品保真程度。確定取樣后，通過閥門斷開化學(xué)在線分析系統(tǒng)150，連通即時降壓分析系統(tǒng)130和保真存樣系統(tǒng)140。樣品進入即時降壓分析系統(tǒng)130，通過即時降壓減壓閥133降壓，然后進入氣水分離器134，分離后的氣體通過真空氣體取樣器137和氣體質(zhì)量流量計138計量，水通過天平液體計量系統(tǒng)1310計量，初步分析樣品所含的氣體和水。真空氣體取樣器137的氣和天平液體計量系統(tǒng)1310的水通過化學(xué)合成來完成后續(xù)的分析工作。合成過程參考化學(xué)在線分析系統(tǒng)150中監(jiān)測到的各項指標(biāo)。樣品進入保真存樣系統(tǒng)140，通過保真中繼裝置144來保溫保壓的存儲樣品，使樣品能保持初始的溫度、壓力。保真中繼裝置144為活塞式，用計量泵控制系統(tǒng)147來控制保真中繼裝置144進樣的速度，使進樣的速率和取樣量能得到精確的控制，避免由于取樣速率過快導(dǎo)致壓力衰減使樣品中的化學(xué)成分發(fā)生變化。
[0073]為了減少殘余雜質(zhì)對樣品的影響，第三保真存樣閥門143—端直接連接到三通上，另一端直接與保真中繼裝置144連接，減小有效容積。保真中繼裝置144前端采用錐形結(jié)構(gòu)，使得中間活塞前端能進入到第三保真存樣閥門143與保真中繼裝置144連接的管路中，將有效容積降至最小。保真中繼裝置144進樣完成后，關(guān)閉第三保真存樣閥門143和第四保真存樣閥門145，拆卸時連同第三保真存樣閥門143和第四保真存樣閥門145 —同取出系統(tǒng)，將保真中繼裝置144從系統(tǒng)中取出。取樣完成后，打開第二保真存樣閥門142，通過分析系統(tǒng)背壓閥156降壓后排入廢水廢氣處理系統(tǒng)160。為了確保樣品的精度，所有管線、裝置等的溫度都由保溫系統(tǒng)控制，確保系統(tǒng)內(nèi)壓力高于樣品初始壓力，保持溫度保持一致，從而降低樣品在取樣與存樣過程中的解析、分解、凝析等現(xiàn)象，從而提高樣品的保真程度。
[0074]再次取樣，只需重復(fù)上述過程即可。
[0075]多點多樣品同時取樣的實現(xiàn):
[0076]該發(fā)明將各個子組件模塊化，能實現(xiàn)多點、多樣品同時取樣，各樣品之間互不干擾。為了能實現(xiàn)多點取樣，需要增加多個保真取樣裝置，同時地面的裝置也需相應(yīng)增加，增加的部分包括即時降壓分析存樣系統(tǒng)、保真存樣系統(tǒng)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)。由于整個系統(tǒng)模塊化，增加的取樣點對其它的取樣點無任何影響，可實現(xiàn)多點、多樣品同時取樣，各模塊之間相互獨立，互不干擾。安裝非常方便。增加的模塊與詳細敘述的模塊結(jié)構(gòu)相同。下面對多點采樣做簡要說明:
[0077]多點采樣過程如單點采樣相同，分為三個步驟:(一)清洗過程；(二)取樣過程；(三)排空過程。操作方式與模塊的連接與上述過程相同。多點采樣時，從成本和樣品的保真度的角度考慮，采樣點之間間隔不應(yīng)過大。
[0078]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，包括高壓氣源系統(tǒng)(110)，其特征在于，還包括與高壓氣源系統(tǒng)(110)連接的用于收集的地層流體樣品的保真取樣系統(tǒng)(120)，保真取樣系統(tǒng)(120)分別與用于對地層流體樣品進行在線分析的即時降壓分析系統(tǒng)(130)、用于對地層流體樣品中的流體進行原狀保存的保真存樣系統(tǒng)(140)和用于對地層流體樣品進行監(jiān)測、分析的化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)連接，保真取樣系統(tǒng)(120)、即時降壓分析系統(tǒng)(130)、保真存樣系統(tǒng)(140)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)均與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的高壓氣源系統(tǒng)(110)包括依次連接的氣罐總成(111)、氣體壓縮機(112)和高壓包(113)，高壓包(113)的輸出端設(shè)置有氣源背壓閥(114)、氣源安全閥(115)和氣源壓力表(116)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的保真取樣系統(tǒng)(120)包括取樣器系統(tǒng)(124)，取樣器系統(tǒng)(124)的輸入端通過第一保真取樣閥門(121)與高壓氣源系統(tǒng)(110)連通，取樣器系統(tǒng)(124)的輸出端設(shè)置有保真取樣壓力表(125)、保真取樣安全閥(126)和保真取樣單向閥(127)，取樣器系統(tǒng)(124)的輸出端分別與即時降壓分析系統(tǒng)(130)、保真存樣系統(tǒng)(140)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)連接，取樣器系統(tǒng)(124)的輸入端通過第三保真取樣閥門(123)與取樣器系統(tǒng)(124)的輸出端連通，取樣器系統(tǒng)(124)的輸入端還通過第二保真取樣閥門(122)與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的取樣器系統(tǒng)(124)包括 U型管(1241)，U型管(1241)上端的兩個管口中的一個管口構(gòu)成取樣器系統(tǒng)(124)的輸入端，另一個管口構(gòu)成取樣器系統(tǒng)(124)的輸出端，U型管(1241)的U型底部通過單向閥(1242)與取樣管路(1243)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的即時降壓分析系統(tǒng)(130)包括氣水分離器(134)、真空氣體取樣器(137)和天平液體計量系統(tǒng)(1310)，氣水分離器(134)的輸入端依次通過即時降壓減壓閥(133)、第二即時降壓閥門(132)和第一即時降壓閥門(131)與保真取樣系統(tǒng)(120)連接，氣水分離器(134)的氣體輸出端通過第四即時降壓閥門(136)與真空氣體取樣器(137)連接，氣水分離器(134)的氣體輸出端還依次通過第三即時降壓閥門(135)和氣體質(zhì)量流量計(138)與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連通，氣水分離器(134)的液體輸出端依次通過第五即時降壓閥門(139)和天平液體計量系統(tǒng)(1310)與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)包括化學(xué)分析模塊(154)，化學(xué)分析模塊(154)的輸入端通過第一分析系統(tǒng)閥門(152)與保真取樣系統(tǒng)(120)連接，化學(xué)分析模塊(154)的輸入端還通過第二分析系統(tǒng)閥門(153)和泵(151)與營養(yǎng)液池連通，化學(xué)分析模塊(154)的輸出端依次通過第三分析系統(tǒng)閥門(155)、分析系統(tǒng)背壓閥(156)、分析系統(tǒng)流量計(157)與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的保真存樣系統(tǒng)(140)包括保真中繼裝置(144)，所述的第一即時降壓閥門(131)依次通過第一保真存樣閥門(141)和第三保真存樣閥門(143)與保真中繼裝置(144)連接，所述的第一即時降壓閥門(131)還依次通過第一保真存樣閥門(141)、第二保真存樣閥門(142)、分析系統(tǒng)背壓閥(156)、分析系統(tǒng)流量計(157)與廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)連接，保真中繼裝置(144)采用活塞式結(jié)構(gòu)，保真中繼裝置(144)的活塞端依次通過第四保真存樣閥門(145)和第五保真存樣閥門(146)連接到計量泵控制系統(tǒng)(147)，用計量泵控制系統(tǒng)(147)來控制保真中繼裝置(144)進樣速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析裝置，其特征在于，所述的廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)包括廢水廢氣處理箱(162)，廢水廢氣處理箱(162)通過廢水處理節(jié)流閥(161)分別與即時降壓分析系統(tǒng)(130)、保真存樣系統(tǒng)(140)和化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)連接。
9.利用權(quán)利要求7所述裝置進行深井取樣的室內(nèi)保真取樣、存樣與分析的方法，其特征在于，包括以下步驟: 清洗步驟: 隨著取樣器系統(tǒng)(124)下入井底，取樣器系統(tǒng)(124)中進入了不同地層的流體，將第三保真取樣閥門(123)、第二保真取樣閥門(122)、第三保真存樣閥門(143)、第二分析系統(tǒng)閥門(153)關(guān)閉，其余閥打開，用高壓氣源系統(tǒng)(110)中的惰性氣體快速沖洗整個系統(tǒng)，惰性氣體通過第一保真取樣閥門(121)流經(jīng)保真取樣系統(tǒng)(120)，通過第一即時降壓閥門(131)進入即時降壓分析系統(tǒng)(130)和保真存樣系統(tǒng)(140)，通過第一分析系統(tǒng)閥門(152)進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)，對整個系統(tǒng)中的管線和設(shè)備進行清洗，通過化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)監(jiān)測的數(shù)據(jù)穩(wěn)定來判定整個沖洗過程的完畢，清洗完畢后可進行取樣步驟； 取樣步驟: 關(guān)閉第一保真取樣閥門(121)、第一即時降壓閥門(131)、第一分析系統(tǒng)閥門(152)，保真取樣系統(tǒng)(120)處于封閉狀態(tài)，此時緩慢打開第三即時降壓閥門(135)和第二保真存樣閥門(142)，使即時降壓分析系統(tǒng)(130)和保真存樣系統(tǒng)(140)排空，再打開第三保真取樣閥門(123)和第二保真取樣閥門(122)，使地層流體在地層壓力的作用下進入保真取樣系統(tǒng)(120)中的取樣器系統(tǒng)(124)，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥(161)控制進樣的速度，待有液體從廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)排出時，進樣完成，先關(guān)閉第二保真取樣閥門(122)，樣品不在進入取樣器系統(tǒng)(124)，再關(guān)閉第三保真取樣閥門(123)，斷開取樣器系統(tǒng)(124)U型管的兩端，此時樣品已收集至取樣器系統(tǒng)(124)中，啟動高壓氣源系統(tǒng)(110)，提高高壓氣源系統(tǒng)(110)中的壓力與保真取樣系統(tǒng)(120)保持一致，打開第一保真取樣閥門(121)和第一分析系統(tǒng)閥門(152)，其余閥門關(guān)閉，樣品通過第一分析系統(tǒng)閥門(152)進入化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)，化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)中的化學(xué)分析模塊(154)會對流體進行監(jiān)測，化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)監(jiān)測的各項參數(shù)趨于穩(wěn)定即可判定所通過的流體為目標(biāo)樣品，此時將目標(biāo)樣品通過第一即時降壓閥門(131)進入即時降壓分析系統(tǒng)(130)和保真存樣系統(tǒng)(140)，目標(biāo)樣品經(jīng)過第一即時降壓閥門(131)后分為兩路，分別進入即時降壓分析系統(tǒng)(130)和保真存樣系統(tǒng)(140)，在即時降壓分析系統(tǒng)(130)中通過即時降壓減壓閥(133)將壓力降低，氣水分離器(134)中分離得到的水通過天平液體計量系統(tǒng)(1310)稱重，得到樣品中水的質(zhì)量，天平液體計量系統(tǒng)(1310)通過將分離的水收集到容器中，然后通過天平來測量水的質(zhì)量，從而得到水的質(zhì)量，分離得到的氣通過第四即時降壓閥門(136)進入真空氣體取樣器(137)，多余的氣體通過第三即時降壓閥門(135)和氣體質(zhì)量流量計(138)精確計量樣品中分離出來的氣的質(zhì)量，在保真存樣系統(tǒng)(140)中樣品通過第一保真存樣閥門(141)、第三保真存樣閥門(143)進入保真中繼裝置(144)，保真中繼裝置(144)中活塞的后退用計量泵控制系統(tǒng)(147)控制，保真中繼裝置(144)為活塞式，保真中繼裝置(144)前端采用錐形結(jié)構(gòu)，當(dāng)保真中繼裝置(144)裝滿樣品后，關(guān)閉第三保真存樣閥門(143)、第四保真存樣閥門(145)，取樣完成后，打開第二保真存樣閥門(142)，通過分析系統(tǒng)背壓閥(156)降壓后排入廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)； 排空步驟: 關(guān)閉第一保真取樣閥門(121)、第一即時降壓閥門(131)、第一分析系統(tǒng)閥門(152)、第二分析系統(tǒng)閥門(153)，排空保真取樣系統(tǒng)(120)，打開第三保真取樣閥門(123)，使U型管(1241)兩端的連通，壓力保持一致，然后打開第二保真取樣閥門(122)，使剩余樣品和惰性氣體從第二保真取樣閥門(122)排至廢水廢氣處理系統(tǒng)(160)，待保真取樣系統(tǒng)(120)排空后，關(guān)閉第二保真取樣閥門(122)、第三保真取樣閥門(123)，使保真取樣系統(tǒng)(120)處于密封的狀態(tài)，化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)的排空，通過調(diào)節(jié)廢水處理節(jié)流閥(161 )，使化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)緩慢降壓避免對化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)中的化學(xué)分析模塊(154)造成損壞，待排空化學(xué)在線 分析系統(tǒng)(150)后，打開第二分析系統(tǒng)閥門(153),關(guān)閉第一分析系統(tǒng)閥門(152)，啟動泵(151 )，用清洗液對化學(xué)在線分析系統(tǒng)(150)中監(jiān)測設(shè)備的進行清洗、維護。
【文檔編號】E21B49/08GK103712834SQ201410000457
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】魏寧, 李小春, 胡元武, 王燕 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所