一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头及采集方法技术

本发明专利技术公开了一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头及采集方法，主要由探头第一部分、探头第二部分和探头第三部分从下至上依次密闭连接而成；探头第一部分包括探头管A和环状透水石，探头管A的管壁开有通水孔洞，探头第二部分内部填充有海绵保护体，海绵保护体内部固定有双头注射针，探头第三部分顶部设有固定带孔挡板和活动卡板，探头管C的管腔中安装有单口铝制真空瓶，单口铝制真空瓶底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞，活动卡板顶部固定有拉杆，固定带孔挡板顶部围绕通孔开有定位凹槽，拉杆上安装有剪刀撑，拉杆顶部连接有绳索。本发明专利技术具有结构简单、便于携带等优点，搭载普通的静力触探仪，即可获取预定含气层中的原位水样。

【技术实现步骤摘要】
一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头及采集方法
本专利技术涉及土木工程领域中的岩土工程勘察领域，尤其涉及一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头及采集方法，对于不同气体成分和不同土质的含气地层均可以适用。
技术介绍
浅层气泛指埋置于地表以下1500m以内的天然气体(包含有机、无机或混合成因气)，富含浅层气的地层称为含气地层。含气地层普遍分布在沼泽湿地、河口、三角洲、湖泊和海底沉积物以及含油气资源相对丰富的浅部地层中。土层中的气体主要来源于有机质在厌氧菌作用下分解形成的生物成因气和深部油气、地幔气以及岩浆活动中所产生并通过渗漏和扩散作用后经向上运移被封闭于浅表地层中的气体。浅层气在我国的江浙沿海、长江三角洲、柴达木盆地、松辽盆地、渤海湾盆地与南方滇黔粤桂地区的中小型盆地中均有不同程度赋存，其中东南沿海、长江中下游地区包括苏、浙、沪、闽、粤、琼、湘、鄂、赣等的浅层气主要分布于沿海、沿江的第四系平原中。含气地层对土木工程而言，属于一种特殊的工程地质灾害，也即浅层气地质灾害。我国著名的杭州湾跨海大桥在前期的工程勘察过程中就曾出现过浅层气体喷发燃烧导致船损人伤的事故。随着我国对地下空间开发的深入，越来越多的工程遭遇到了地下浅层气，浅层气地质灾害问题愈发突出。当工程遭遇含气或含有害气体的地层时，首先要需要查明地层中气体的来源、主要贮存层位、分布范围等，而含气地层中原位水样的获取，对于反演所建工程场地中含气土层的产气环境、产气年代和气体运移聚集过程等十分重要。因此，原位水样样品的采集质量将直接影响到测试结果的准确性，进而影响反演的合理性推断。目前，浅层气地质区域内的现场勘察，多依赖于原位静力触探、钻探或者石油天然气部门的专业采样器。取水样方式大多采用了先钻探成孔，成孔后在地表再将取样器放入钻孔内进行取水样采集。这种方式由于预先钻孔，往往会造成地层沿不同深度层位的地下水混合，从而导致所取水样并非完全是从所预定的含气地层中获取，而且钻探护壁泥浆会改变地下水的PH值，导致取样器获取的水样不具有代表性，不能真实直接反映原位地层中的水成分，可能导致不准确的化验结果。另一方面石油天然气部门的专业采样器结构复杂、价格昂贵，笨重且携带不便，一般的岩土工程勘察单位很难具备这些专业采样装备。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头及采集方法，原位水样采集探头具有结构简单、便于携带等优点，搭载普通的静力触探仪，即可获取预定含气层中的原位水样；解决了目前在含浅层气地质区进行岩土工程勘察中，缺乏简便的原位水样采集装置以及取水过程中容易混有其他杂质的难题。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，主要由探头第一部分、探头第二部分和探头第三部分从下至上依次密闭连接而成；所述探头第一部分包括探头管A和套装于探头管A外部的环状透水石，所述探头管A内部具有探头管腔，所述探头管A的管壁开有若干个与探头管腔相连通的通水孔洞，所述通水孔洞的进水端与环状透水石内壁相对应接触；所述探头第二部分包括探头管B，所述探头管B内部填充有海绵保护体，所述海绵保护体内部固定有双头注射针，所述双头注射针包括上部针头和下部针头，所述下部针头与探头管腔相对应；所述探头第三部分包括探头管C，所述探头管C的管腔顶部固定有固定带孔挡板，所述探头管C的管腔顶部升降活动安装有活动卡板，所述活动卡板位于固定带孔挡板下方，所述活动卡板与固定带孔挡板之间连接有弹簧，所述探头管C的管腔中安装有单口铝制真空瓶，单口铝制真空瓶底部为瓶口，单口铝制真空瓶顶部与活动卡板连接，所述单口铝制真空瓶底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞，所述上部针头与单口铝制真空瓶底部的瓶口相对应；所述固定带孔挡板中心开有通孔，所述活动卡板顶部固定有拉杆，所述拉杆顶部穿过固定带孔挡板的通孔，所述固定带孔挡板顶部围绕通孔开有定位凹槽，所述拉杆上安装有与定位凹槽相对应的剪刀撑，所述拉杆顶部连接有绳索。为了更好地实现本专利技术，本专利技术还包括静力触探探管，所述静力触探探管底部与探头第三部分顶部连接，所述绳索位于静力触探探管的管腔中。作为优选，所述拉杆顶部固定有挂钩，所述绳索底部固定连接于挂钩上。作为优选，所述活动卡板底部具有卡接套，所述单口铝制真空瓶顶部配合卡接于卡接套中。作为优选，所述探头第一部分的探头管A底部固定有锥形形状的探头锥体。作为优选，所述探头第一部分的探头管A顶部具有第一螺纹管柱，所述探头第二部分的探头管B底部与第一螺纹管柱螺纹连接，所述第一螺纹管柱的管内腔中密闭安装有第一硅胶塞；所述探头第二部分的探头管B顶部具有第二螺纹管柱，所述探头第三部分的探头管C底部与第二螺纹管柱螺纹连接；所述探头第三部分的探头管C顶部具有第三螺纹管柱，所述静力触探探管底部与探头管C的第三螺纹管柱螺纹连接。作为优选，所述通水孔洞呈圆形，所述通水孔洞沿着探头管A的管壁呈圆周设置，所有通水孔洞从探头管A的管壁底部至管壁顶部均匀层叠设置。作为优选，本专利技术还包括静力触探仪，所述静力触探探管顶部安装于静力触探仪上，静力触探探管由若干节探杆管组装而成。作为优选，所述剪刀撑由两个撑杆在中部相互铰接而成，所述剪刀撑的两个撑杆以穿过中部铰接点的竖直线呈左右对称，所述剪刀撑的两个撑杆底部与固定带孔挡板顶部的定位凹槽相对应。本专利技术原位水样采集探头由三部分组成，三部分从下至上依次为从探头第一部分、探头第二部分和探头第三部分，探头第一部分由通水孔洞、第一硅胶塞、探头锥体、环状透水石、探头管腔、第一螺纹管柱组成。探头第一部分的探头管A外壁套装有环状透水石，环状透水石可以将含气地层中的泥浆颗粒阻隔在外，并且使水自由进入探头第一部分的探头管A内部；探头第一部分的探头管A内部具有探头管腔，该探头管腔可暂时贮存外部进入的水和气，并初步进行水气分离(由于气比水的重量轻)；在环状透水石与探头管A的探头管腔之间开有数个通水孔洞，含气地层的原位水可以通过环状透水石进入通水孔洞，然后进入探头管A的探头管腔中，多个通水孔洞可以防止某些孔洞被阻塞后，外部的水无法通过环状透水石进入探头第一部分的探头管腔内；第一硅胶塞位于探头管A的探头管腔顶部，第一硅胶塞的功能是阻止探头管A的探头管腔中贮存的水和气渗入探头第二部分中；整个探头第一部分主要用来从预定含气地层中收集并初步贮存原位水。探头第二部分主要由第二螺纹管柱、双头注射针、海绵保护体组成。探头第二部分底端与探头第一部分顶部的第二螺纹管柱螺纹拧紧，探头第二部分顶部的第二螺纹管柱与探头第三部分底部螺纹拧紧；双头注射针竖直放在探头第二部分中，当双头注射针的下部针头插入探头第一部分中的第一硅胶塞，上部针头插入探头第三部分的第二硅胶塞时，可以连通探头第一部分的探头管腔和探头第三部分的单口铝制真空瓶(重量轻且不易生锈)，从而将原位水吸入至单口铝制真空瓶中；海绵保护体填充在双头注射针的周围，对双头注射针起固定作用，防止其位置发生偏移，同时海绵保护体还可以对双头注射针起支撑作用，防止其针头提前插入硅胶塞中。探头第三部分由第三螺纹管柱、活动卡板、卡接套、拉杆、弹簧、定位凹槽、固定带孔挡板、剪刀撑、单口铝制真空瓶(重量轻且不易生锈)、第二硅胶塞、挂钩、绳索组成；探头第三部分底部与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：主要由探头第一部分（1）、探头第二部分（2）和探头第三部分（3）从下至上依次密闭连接而成；所述探头第一部分（1）包括探头管A和套装于探头管A外部的环状透水石（12），所述探头管A内部具有探头管腔（16），所述探头管A的管壁开有若干个与探头管腔（16）相连通的通水孔洞（11），所述通水孔洞（11）的进水端与环状透水石（12）内壁相对应接触；所述探头第二部分（2）包括探头管B，所述探头管B内部填充有海绵保护体（22），所述海绵保护体（22）内部固定有双头注射针（21），所述双头注射针（21）包括上部针头（211）和下部针头（212），所述下部针头（212）与探头管腔（16）相对应；所述探头第三部分（3）包括探头管C，所述探头管C的管腔顶部固定有固定带孔挡板（36），所述探头管C的管腔顶部升降活动安装有活动卡板（31），所述活动卡板（31）位于固定带孔挡板（36）下方，所述活动卡板（31）与固定带孔挡板（36）之间连接有弹簧（34），所述探头管C的管腔中安装有单口铝制真空瓶（4），单口铝制真空瓶（4）底部为瓶口，单口铝制真空瓶（4）顶部与活动卡板（31）连接，所述单口铝制真空瓶（4）底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞（41），所述上部针头（211）与单口铝制真空瓶（4）底部的瓶口相对应；所述固定带孔挡板（36）中心开有通孔，所述活动卡板（31）顶部固定有拉杆（33），所述拉杆（33）顶部穿过固定带孔挡板（36）的通孔，所述固定带孔挡板（36）顶部围绕通孔开有定位凹槽（35），所述拉杆（33）上安装有与定位凹槽（35）相对应的剪刀撑（37），所述拉杆（33）顶部连接有绳索（6）。...

【技术特征摘要】
1.一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：主要由探头第一部分（1）、探头第二部分（2）和探头第三部分（3）从下至上依次密闭连接而成；所述探头第一部分（1）包括探头管A和套装于探头管A外部的环状透水石（12），所述探头管A内部具有探头管腔（16），所述探头管A的管壁开有若干个与探头管腔（16）相连通的通水孔洞（11），所述通水孔洞（11）的进水端与环状透水石（12）内壁相对应接触；所述探头第二部分（2）包括探头管B，所述探头管B内部填充有海绵保护体（22），所述海绵保护体（22）内部固定有双头注射针（21），所述双头注射针（21）包括上部针头（211）和下部针头（212），所述下部针头（212）与探头管腔（16）相对应；所述探头第三部分（3）包括探头管C，所述探头管C的管腔顶部固定有固定带孔挡板（36），所述探头管C的管腔顶部升降活动安装有活动卡板（31），所述活动卡板（31）位于固定带孔挡板（36）下方，所述活动卡板（31）与固定带孔挡板（36）之间连接有弹簧（34），所述探头管C的管腔中安装有单口铝制真空瓶（4），单口铝制真空瓶（4）底部为瓶口，单口铝制真空瓶（4）顶部与活动卡板（31）连接，所述单口铝制真空瓶（4）底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞（41），所述上部针头（211）与单口铝制真空瓶（4）底部的瓶口相对应；所述固定带孔挡板（36）中心开有通孔，所述活动卡板（31）顶部固定有拉杆（33），所述拉杆（33）顶部穿过固定带孔挡板（36）的通孔，所述固定带孔挡板（36）顶部围绕通孔开有定位凹槽（35），所述拉杆（33）上安装有与定位凹槽（35）相对应的剪刀撑（37），所述拉杆（33）顶部连接有绳索（6）。2.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：还包括静力触探探管（7），所述静力触探探管（7）底部与探头第三部分（3）顶部连接，所述绳索（6）位于静力触探探管（7）的管腔中。3.按照权利要求1或2所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述拉杆（33）顶部固定有挂钩（5），所述绳索（6）底部固定连接于挂钩（5）上。4.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述活动卡板（31）底部具有卡接套（32），所述单口铝制真空瓶（4）顶部配合卡接于卡接套（32）中。5.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述探头第一部分（1）的探头管A底部固定有锥形形状的探头锥体（15）。6.按照权利要求2所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述探头第一部分（1）的探头管A顶部具有第一螺纹管柱（14），所述探头第二部分（2）的探头管B底部与第一螺纹管柱（14）螺纹连接，所述第一螺纹管柱（14）的管内腔中密闭安装有第一硅胶塞（13）；所述探头第二部分（2）的探头管B顶部具有第二螺纹管柱（23），所述探头第三部分（3）的探头管C底部与第二螺纹管柱（23）螺纹连接；所述探头第三部分（3）的探头管C顶部具有第三螺纹管柱，所述静力触探探管（7）底部与探头管C的第三螺纹管柱螺纹连接。7.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述通水孔洞（11）呈圆形，所述通水孔洞（11）沿着探头管A的管壁呈圆周设置，所有通水孔洞（11）从探头管A的管壁底部至管壁顶部均匀层叠设置。8.按照权利要求2或6所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：还包括静力触探仪（10），所述静力触探探管（7）顶部安装于静力触探仪（10）上，静力触探探管（7））由若干节探杆管组装而成。9.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位水样采集探头，其特征在于：所述剪刀撑（37）由两个撑杆在中部相互铰接而成，所述剪刀撑（37）的两个撑杆以穿过中部铰接点的竖直线呈左右对称，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，韩珠峰，孔令伟，孙富学，汪明元，杨涛，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42