一种用于浅层含气地层的原位气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气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、探头第三部分、探头第四部分、探头第五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，探头第二部分内部填充有海绵保护体A，海绵保护体A内部设有双头注射针A，探头第三部分内安装有双口铝制真空瓶，探头第四部分内部填充有海绵保护体B，海绵保护体B内部设有双头注射针B，探头第五部分的管腔顶部设有固定磁极板、活动磁极板和单口铝制真空瓶，单口铝制真空瓶底部为瓶口，固定磁极板顶部连接有电缆线。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气样。

【技术实现步骤摘要】
一种用于浅层含气地层的原位气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气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(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，而含气地层中原位气样的获取，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，原位气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。取气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气样采集。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气体以及外界空气混入，从而导致所取气样并非完全是从所预定的含气地层中获取的，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气样采集探头及采集方法，本原位气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气样；解决了目前在含浅层气地质区进行岩土工程勘察中，缺乏简便的原位气样采集装置以及取气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气样采集探头，原位气样采集探头主要由探头第一部分、探头第二部分、探头第三部分、探头第四部分、探头第五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气孔洞，所述通气孔洞的进气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A，所述海绵保护体A内部固定有双头注射针A，所述双头注射针A包括上部注射针A和下部注射针A，所述下部注射针A与探头管腔相对应；所述探头第三部分包括双口铝制真空瓶，所述双口铝制真空瓶的底部瓶口上密闭安装有与上部注射针A相对应的下部硅胶塞A，所述双口铝制真空瓶的顶部瓶口上密闭安装有上部硅胶塞A；所述探头第四部分包括探头管D，所述探头管D内部填充有海绵保护体B，所述海绵保护体B内部固定有双头注射针B，所述双头注射针B包括上部注射针B和下部注射针B，所述下部注射针B与探头第三部分内双口铝制真空瓶顶部瓶口的上部硅胶塞A相对应；所述探头第五部分包括探头管E，所述探头管E的管腔顶部固定有固定磁极板，所述探头管E的管腔顶部升降活动安装有活动磁极板，所述活动磁极板位于固定磁极板下方，所述活动磁极板与固定磁极板之间连接有弹簧，所述探头管E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磁极板连接，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，所述上部注射针B与单口铝制真空瓶底部瓶口的第二硅胶塞相对应；所述固定磁极板顶部连接有电缆线。为了更好地实现本专利技术，所述探头第四部分的探头管D内壁左右对称固定有一个固定弹片，所述双头注射针B中部向外凸起有与两个固定弹片相对应的凸起部，使用时，用力下压双头注射针B，双头注射针B的两个凸起部可以迈过或通过固定弹片，并且双头注射针B的两个凸起部被卡接于两个固定弹片处而不会回弹。作为优选，本专利技术还包括探杆管，所述电缆线设置于探杆管的管腔中。作为优选，所述固定磁极板与活动磁极板之间还连接有磁极板间连线。作为优选，所述活动磁极板底部固定有卡接套，所述单口铝制真空瓶顶部配合卡接于卡接套中；所述固定磁极板与活动磁极板之间还连接有支撑杆。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，所述第一螺纹管柱内的探头管腔顶部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，所述探头第三部分包括探头管C，所述双口铝制真空瓶配合安装于探头管C中，所述探头管C底部与第二螺纹管柱螺纹连接；所述探头管C顶部具有第三螺纹管柱，所述探头第四部分的探头管D顶部具有第四螺纹管柱，所述探头第四部分的探头管D底部与第三螺纹管柱螺纹连接，所述探头第五部分的探头管E底部与第四螺纹管柱螺纹连接，所述单口铝制真空瓶配合安装于探头管E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，所述通气孔洞呈圆形，所述通气孔洞沿着探头管A的管壁呈圆周设置，所有通气孔洞从探头管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探杆和静力触探仪，所述静力触探探杆顶部安装于静力触探仪上，静力触探探杆由若干节所述探杆管组装而成，所述静力触探探杆底部组装有所述原位气样采集探头。本专利技术原位气样采集探头分为五部分，五部分从下至上依次为探头第一部分、探头第二部分、探头第三部分、探头第四部分、探头第五部分，探头第一部分由通气孔洞、探头管腔、环状透水石、探头锥体、第一硅胶塞组成。探头第一部分的外壁为环状透水石，环状透水石可以将含气层中的泥浆颗粒阻隔在外，并且使水和气自由进入探头第一部分的探头管腔中；该空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腔之间挖出数个通气孔洞，预定含气层的原位水和气可以通过环状透水石进入通气孔洞，然后进入探头管腔中(多个通气孔洞可以防止某些孔洞被阻塞后，外部的水和气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第一部分的探头管腔顶部，第一硅胶塞的功能是阻止探头第一部分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层中收集并初步贮存原位水样和气样。探头第二部分主要由双头注射针A、海绵保护体A组成。探头第二部分底端的螺纹可以与探头第一部分顶部的第一螺纹管柱互相拧紧，探头第二部分顶部的第二螺纹管柱可以与探头第三部分底部的螺纹拧紧；双头注射针A竖直放在探头第二部分中，当双头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：原位气样采集探头主要由探头第一部分（1）、探头第二部分（2）、探头第三部分（3）、探头第四部分（4）、探头第五部分（5）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（15），所述探头管A的管壁开有若干个与探头管腔（15）相连通的通气孔洞（11），所述通气孔洞（11）的进气端与环状透水石（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A（22），所述海绵保护体A（22）内部固定有双头注射针A（21），所述双头注射针A（21）包括上部注射针A（211）和下部注射针A（212），所述下部注射针A（212）与探头管腔（15）相对应；所述探头第三部分（3）包括双口铝制真空瓶（31），所述双口铝制真空瓶（31）的底部瓶口上密闭安装有与上部注射针A（211）相对应的下部硅胶塞A（32），所述双口铝制真空瓶（31）的顶部瓶口上密闭安装有上部硅胶塞A（33）；所述探头第四部分（4）包括探头管D，所述探头管D内部填充有海绵保护体B（42），所述海绵保护体B（42）内部固定有双头注射针B（41），所述双头注射针B（41）包括上部注射针B（411）和下部注射针B（412），所述下部注射针B（412）与双口铝制真空瓶（31）的顶部瓶口相对应；所述探头第五部分（5）包括探头管E，所述探头管E的管腔顶部固定有固定磁极板（55），所述探头管E的管腔顶部升降活动安装有活动磁极板（52），所述活动磁极板（52）位于固定磁极板（55）下方，所述活动磁极板（52）与固定磁极板（55）之间连接有弹簧（53），所述探头管E的管腔中安装有单口铝制真空瓶（51），单口铝制真空瓶（51）底部为瓶口，单口铝制真空瓶（51）顶部与活动磁极板（52）连接，所述单口铝制真空瓶（51）底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞（58），所述上部注射针B（411）与单口铝制真空瓶（51）底部瓶口的第二硅胶塞（58）相对应；所述固定磁极板（55）顶部连接有电缆线（56）。...

【技术特征摘要】
1.一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：原位气样采集探头主要由探头第一部分（1）、探头第二部分（2）、探头第三部分（3）、探头第四部分（4）、探头第五部分（5）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（15），所述探头管A的管壁开有若干个与探头管腔（15）相连通的通气孔洞（11），所述通气孔洞（11）的进气端与环状透水石（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A（22），所述海绵保护体A（22）内部固定有双头注射针A（21），所述双头注射针A（21）包括上部注射针A（211）和下部注射针A（212），所述下部注射针A（212）与探头管腔（15）相对应；所述探头第三部分（3）包括双口铝制真空瓶（31），所述双口铝制真空瓶（31）的底部瓶口上密闭安装有与上部注射针A（211）相对应的下部硅胶塞A（32），所述双口铝制真空瓶（31）的顶部瓶口上密闭安装有上部硅胶塞A（33）；所述探头第四部分（4）包括探头管D，所述探头管D内部填充有海绵保护体B（42），所述海绵保护体B（42）内部固定有双头注射针B（41），所述双头注射针B（41）包括上部注射针B（411）和下部注射针B（412），所述下部注射针B（412）与双口铝制真空瓶（31）的顶部瓶口相对应；所述探头第五部分（5）包括探头管E，所述探头管E的管腔顶部固定有固定磁极板（55），所述探头管E的管腔顶部升降活动安装有活动磁极板（52），所述活动磁极板（52）位于固定磁极板（55）下方，所述活动磁极板（52）与固定磁极板（55）之间连接有弹簧（53），所述探头管E的管腔中安装有单口铝制真空瓶（51），单口铝制真空瓶（51）底部为瓶口，单口铝制真空瓶（51）顶部与活动磁极板（52）连接，所述单口铝制真空瓶（51）底部的瓶口上密闭安装有第二硅胶塞（58），所述上部注射针B（411）与单口铝制真空瓶（51）底部瓶口的第二硅胶塞（58）相对应；所述固定磁极板（55）顶部连接有电缆线（56）。2.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：所述探头第四部分（4）的探头管D内壁左右对称固定有一个固定弹片（43），所述双头注射针B（41）中部向外凸起有与两个固定弹片（43）相对应的凸起部。3.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：还包括探杆管（6），所述电缆线（56）设置于探杆管（6）的管腔中。4.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：所述固定磁极板（55）与活动磁极板（52）之间还连接有磁极板间连线（57）。5.按照权利要求1或4所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：所述活动磁极板（52）底部固定有卡接套（521），所述单口铝制真空瓶（51）顶部配合卡接于卡接套（521）中；所述固定磁极板（55）与活动磁极板（52）之间还连接有支撑杆（54）。6.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，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（13），所述探头第二部分（2）的探头管B底部与第一螺纹管柱（13）螺纹连接，所述第一螺纹管柱（13）的管内腔中密闭安装有第一硅胶塞（14）；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）包括探头管C，所述双口铝制真空瓶（31）配合安装于探头管C中，所述探头管C底部与第二螺纹管柱（23）螺纹连接；所述探头管C顶部具有第三螺纹管柱（34），所述探头第四部分（4）的探头管D顶部具有第四螺纹管柱（44），所述探头第四部分（4）的探头管D底部与第三螺纹管柱（34）螺纹连接，所述探头第五部分（5）的探头管E底部与第四螺纹管柱（44）螺纹连接，所述单口铝制真空瓶（51）配合安装于探头管E中。7.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，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。8.按照权利要求1所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：所述通气孔洞（11）呈圆形，所述通气孔洞（11）沿着探头管A的管壁呈圆周设置，所有通气孔洞（11）从探头管A的管壁底部至管壁顶部均匀层叠设置。9.按照权利要求3所述的一种用于浅层含气地层的原位气样采集探头，其特征在于：还包括静力触探探杆（70）和静力触探仪（10），所述静力触探探杆（70）顶部安装于静力触探仪（10）上，静力触探探杆（70）由若干节所述探杆管（6）组装而成，所述静力触探探杆（70）底部组装有所述原位气样采集探头（50）。10.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，韩珠峰，孔令伟，汪明元，杨涛，孙富学，
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