一种便携式浅层含气地层原位气压量测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于土木工程领域中的岩土工程勘察领域，涉及一种便携式浅层含气地层原位气压量测装置及量测方法，便携式浅层含气地层原位气压量测装置包括静力触探仪、压力传感器控制系统、静力触探杆以及探头；静力触探仪与静力触探杆相连；静力触探杆与探头相连；探头与压力传感器控制系统相连。本发明专利技术提供了一种结构简单、原理明确、组拆装操作方便以及易于推广的便携式浅层含气地层原位压力量测装置及量测方法。

A portable in-situ pressure measuring device and method for shallow gas bearing formation

【技术实现步骤摘要】
一种便携式浅层含气地层原位气压量测装置及方法
本专利技术属于土木工程领域中的岩土工程勘察领域，涉及一种原位气压测量装置及方法，尤其涉及一种便携式浅层含气地层原位气压量测装置及量测方法。
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和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贮存，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。其它国家也出现过由于含气土层中气体喷发，引起海上钻井平台发生倾覆的事故。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。当工程遭遇含气地层时，首先要需要查明地层中气体的来源、成份、主要贮存层位、分布范围、气体含量、气体压力等信息，含气地层中原位土体中的气体压力大小，对于准确判断浅层气地层对工程的危害程度十分重要。目前，浅层气地质区域内的岩土工程勘察，多依赖于原位静力触探、钻探或者石油天然气部门的专业设备。但目前，尚无相应的便携式勘察装置可以实现直接在原位对含气地层中的原始气体压力进行现场量测。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种结构简单、原理明确、组拆装操作方便以及易于推广的便携式浅层含气地层原位气压量测装置及量测方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述便携式浅层含气地层原位气压量测探头包括气体采集部分以及与气体采集部分同轴相连且贯通的气体压力量测部分。作为优选，本专利技术所采用的气体采集部分包括锥形头、多孔金属管、圆筒状透水石以及密封橡胶垫；所述气体采集部分通过多孔金属管与锥形头相连；所述圆筒状透水石套装在多孔金属管外部；所述密封橡胶垫设置在圆筒状透水石顶部与气体压力量测部分之间；所述多多孔金属管的侧壁上设置有贯穿管壁的圆形孔洞；所述圆形孔洞通过中空的多孔金属管与气体压力量测部分内腔相贯通。作为优选，本专利技术所采用的气体采集部分还包括设置在多孔金属管顶部的第一螺纹；所述多孔金属管通过第一螺纹与气体压力量测部分螺纹相连。作为优选，本专利技术所采用的气体压力量测部分包括第一探头外壳体、导线、密封橡胶囊、薄膜式传感器；所述第一探头外壳体是中空的腔体结构；所述密封橡胶囊置于第一探头外壳体的内腔中；所述密封橡胶囊内腔中充满有矿物油；所述薄膜式传感器置于密封橡胶囊的内腔中并浸没在矿物油中；所述导线穿过第一探头外壳体并与薄膜式传感器相连；所述第一探头外壳体与气体采集部分相连并与气体采集部分相贯通。作为优选，本专利技术所采用的气体压力量测部分还包括设置在第一探头外壳体底部的第二螺纹；所述第二螺纹与气体采集部分的第一螺纹相连。作为优选，本专利技术所采用的气体压力量测部分还包括设置在第一探头外壳体顶部的用于连接密封橡胶囊的密封橡胶囊连接螺纹、用于连接薄膜式传感器的薄膜式传感器连接螺纹；所述密封橡胶囊通过密封橡胶囊连接螺纹设置在第一探头外壳体内部；所述薄膜式传感器通过薄膜式传感器连接螺纹设置在第一探头外壳体顶部并置于密封橡胶囊内部。一种基于如前所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头的便携式浅层含气地层原位气压量测装置，其特征在于：所述便携式浅层含气地层原位气压量测装置包括静力触探仪、压力传感器控制系统、静力触探杆以及如前所述的探头；所述静力触探仪与静力触探杆相连；所述静力触探杆与探头相连；所述探头还与压力传感器控制系统相连。作为优选，本专利技术所采用的压力传感器控制系统包括压力传感器控制设备以及导线；所述探头通过导线与压力传感器控制设备相连。作为优选，本专利技术所采用的便携式浅层含气地层原位气压量测装置还包括设置在气体压力量测部分与静力触探杆之间的转接头部分；所述转接头部分包括第二探头外壳体、钻杆连接螺纹以及第四螺纹；所述第二探头外壳体通过第四螺纹与气体压力量测部分的顶部相连；所述第二探头外壳体通过钻杆连接螺纹与静力触探杆底部相连。一种基于便携式浅层含气地层原位气压量测装置的量测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)组装探头：首先，将多孔金属管与锥形头连接，再将圆筒状透水石套在多孔金属管上，把密封橡胶垫套在多孔金属管上，使密封橡胶垫位于圆筒状透水石的顶部；其次，将导线与薄膜式压力传感器连接，再把连接好的薄膜式压力传感器插入密封橡胶囊里；把密封橡胶囊和薄膜式压力传感器固定在第一探头外壳体的内部；用真空泵抽排除密封橡胶囊内的空气后，再在密封橡胶囊内注满矿物油；再次，将第一探头外壳体和多孔金属管连接，将连接薄膜式压力传感器的导线从第二探头外壳体中穿过，并将第一探头外壳体与第二探头外壳体连接；最后，将第二探头外壳体与静力触探杆通过转接头部分连接；至此，探头组装完毕；2)组装量测设备：把导线从中空的静力触探杆中穿出一直延伸至地面，再将导线与压力传感器控制设备连接，开始进行静力触探贯入试验；3)测量原位气体压力：在静力触探仪上安装好探头和静力触探杆后，接通电源，打开压力传感器控制设备，记录压力值po然后进行压力调零；开始贯入，探头贯入速度是1cm/s—2cm/s；当达到预定的含气土层后停止贯入；此时，含气土层中的土颗粒被圆筒状透水石阻隔在外部，而含气土层中的水、气可透过便携式浅层含气地层原位气压量测探头的圆筒状透水石和多孔金属管的圆孔进入第一探头外壳体内部空腔内；当气体不再进入时，便携式浅层含气地层原位气压量测探头的内部空腔的压力与含气土层的气体压力相等，便携式浅层含气地层原位气压量测探头的内部空腔中气、水混合物压力作用于密封橡胶囊上，然后通过矿物油将压力均匀传递给内部的薄膜式压力传感器，测得的压力信号通过导线传递到地表的压力传感器控制设备，直到压力传感器控制设备上的数据不再变化，记录此时的压力值p1，即为该含气土层中的原始气压值；重复本步骤中的贯入和量测程序，可得到下一个深度处含气土层中的气压值。本专利技术的优点是：本专利技术提供一种便携式浅层含气地层原位气压量测装置及量测方法，该量测装置包括静力触探仪、压力传感器控制系统、静力触探杆以及便携式浅层含气地层原位气压量测探头；该便携式浅层含气地层原位气压量测探头包括气体采集部分、气体压力量测部分和转换接头部分，其中，气体采集部分包括锥形头、多孔金属管、圆筒状透水石以及密封橡胶垫；气体采集部分通过多孔金属管与锥形头相连；圆筒状透水石套装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述便携式浅层含气地层原位气压量测探头包括气体采集部分以及与气体采集部分同轴相连且贯通的气体压力量测部分。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述便携式浅层含气地层原位气压量测探头包括气体采集部分以及与气体采集部分同轴相连且贯通的气体压力量测部分。


2.根据权利要求1所述便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述气体采集部分包括锥形头（a1）、多孔金属管（a4）、圆筒状透水石（b1）以及密封橡胶垫（b2）；所述气体采集部分通过多孔金属管（a4）与锥形头（a1）相连；所述圆筒状透水石（b1）套装在多孔金属管（a4）外部；所述密封橡胶垫（b2）设置在圆筒状透水石（b1）顶部与气体压力量测部分之间；所述多孔金属管（a4）的侧壁上设置有贯穿管壁的圆形孔洞（a2）；所述圆形孔洞（a2）通过中空的多孔金属管（a4）与气体压力量测部分内腔相贯通。


3.根据权利要求2所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述气体采集部分还包括设置在多孔金属管（a4）顶部的第一螺纹（a3）；所述多孔金属管（a4）通过第一螺纹（a3）与气体压力量测部分螺纹相连。


4.根据权利要求2或3所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述气体压力量测部分包括第一探头外壳体（c2）、导线（c5）、密封橡胶囊（c7）、薄膜式传感器（c8）；所述第一探头外壳体（c2）是中空的腔体结构；所述密封橡胶囊（c7）置于第一探头外壳体（c2）的内腔中；所述密封橡胶囊（c7）内腔中充满矿物油（c3）；所述薄膜式传感器（c8）置于密封橡胶囊（c7）的内腔中并浸没在矿物油（c3）中；所述导线（c5）穿过第一探头外壳体（c2）并与薄膜式传感器（c8）相连；所述第一探头外壳体（c2）与气体采集部分相连并与气体采集部分相贯通。


5.根据权利要求4所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述气体压力量测部分还包括设置在第一探头外壳体（c2）底部的第二螺纹（c1）；所述第二螺纹（c1）与气体采集部分的第一螺纹（a3）相连。


6.根据权利要求5所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头，其特征在于：所述气体压力量测部分还包括设置在第一探头外壳体（c2）顶部的用于连接密封橡胶囊（c7）的密封橡胶囊连接螺纹（c4）、用于连接薄膜式传感器（c8）的薄膜式传感器连接螺纹（c6）；所述密封橡胶囊（c7）通过密封橡胶囊连接螺纹（c4）设置在第一探头外壳体（c2）内部；所述薄膜式传感器（c8）通过薄膜式传感器连接螺纹（c6）设置在第一探头外壳体（c2）顶部并置于密封橡胶囊（c7）内部。


7.一种基于如权利要求6所述的便携式浅层含气地层原位气压量测探头的便携式浅层含气地层原位气压量测装置，其特征在于：所述便携式浅层含气地层原位气压量测装置包括静力触探仪（8）、压力传感器控制系统（9）、静力触探杆（6）以及如权利要求6所述的探头（5）；所述静力触探仪（8）与静力触探杆（6）相连；所述静力触探杆（6）与探头（5）相连；所述探头（5）与压力传感器控制系统（9）相连。

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，李好强，陈碧君，孔令伟，陈楷文，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