地热井全流采样系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地热井全流采样系统，包括：水汽分离器；冷却装置；冷凝罐；和/或酸性气体去除装置；其中，通过某一装置的流体出口连接至另一装置的流体入口的连接方式，使用PVC塑料管连通该水汽分离器、冷却装置、冷凝罐和/或酸性气体去除装置，形成该地热井全流采样系统。本发明专利技术提供的该地热井全流采样系统，针对地热井分类采集流体样品实现了对中、高温地热井中的地热水、冷凝水、非冷凝气体和除酸性组分的气体等系列地热流体样品的采集，其操作过程简单、安全，可以高效地完成适用于多种目标组分的地热流体样品的收集。

Full flow sampling system for geothermal wells

【技术实现步骤摘要】
地热井全流采样系统
本专利技术涉及地球化学
，尤其涉及一种地热井全流采样系统。
技术介绍
开发利用地热能对实现节能减排和调整能源消费结构有重要意义。地热流体反映的热源性质、热储温度、补给来源、水循环时间等信息是科学指导地热能开发利用的重要依据。因此，利用安全、高效、便捷的采样装置，在地表采集完整的地热流体样品且最大限度降低组分散失和空气污染，是获得可靠的地热流体物理化学参数的基础。地热开采井的流体样品可以分为水蒸汽、地热水和非冷凝气体。目前地热井中流体样品采集方法是：地热井放喷过程中，直接在井口收集热水；安装水汽分离器采集地热水和气体样品。但上述方法面临如下技术问题或缺陷：井口直接收集流体样品时，气相样品大量散失，收集难度大。地热开采井中的流体流量大、温度高、压力强，在井口迅速降温、减压条件下发生强烈脱气。脱气作用使大量地热水变为水蒸汽，并伴随水中溶解的非冷凝气体迅速散失。自然放喷时，只能收集到发生蒸汽散失的地热水，且流体温度越高，蒸汽散失比例越大，收集到的流体样品越少；对蒸汽散失后的地热水进行溶解气提取，将存在显著的空气污染，数据质量严重失真。更重要的是，强烈散失的高温蒸汽使采样人员面临烫伤危险；通过安装水汽分离器采集气、液样品时，存在水蒸汽与非冷凝气体分离效率低的技术问题和富集非酸性气体组分的技术需求。由于采样用水汽分离器体积(5L～10L)较小，地热井中流体的流速较快，其在有限的空间内分离效率很低：一方面，高温流体仍多为气相，可收集的地热水样品极少；另一方面，气相流体中的水蒸汽与非冷凝气体一起经出气口排出，此时采集的高温气态样品冷却至环境温度后会出现大量冷凝水，因此导致的高水气含量和低气态样品量将影响气体样品测试的准确性。此外，地热气体中的稀有气体、甲烷、氢气等非酸性气体组分及其同位素可以指示区域热源性质，深部温度，地热水年龄等信息，是研究地热成因和评价地热资源的重要科学依据。但高温地热系统的气体组分常以二氧化碳为主，体积百分含量高达90％以上，这使得上述非酸性气体组分因相对含量低而无法测试，或面临测试精度和准确性大幅降低的挑战。在这种情况下，需要通过现场去除二氧化碳等酸性组分实现对微量组分的富集。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种地热井全流采样系统，以至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种地热井全流采样系统，包括：水汽分离器，具有第一流体入口、第一流体出口以及连通水汽分离器内外空间的挡管，该第一流体入口的位置高于第一流体出口，该挡管位于水汽分离器内部空间的上端口高于第一流体入口，该挡管位于外部空间的下端口形成出气口；冷却装置，包括冷却旋管和冷却水箱，该冷却旋管具有第二流体入口和第二流体出口，且该冷却旋管完全浸没于装满冷水的冷却水箱中；冷凝罐，具有第三流体入口和第三流体出口，该第三流体入口为一直通至冷凝罐内部的长管，在该冷凝罐的底部或侧壁还设有一球阀出口，该球阀出口低于该第三流体出口；和/或，酸性气体去除装置，包括第四流体入口和第四流体出口，该第四流体入口和第四流体出口分别设置于该酸性气体去除装置的两端，且在该酸性气体去除装置的内部装满酸性气体吸附剂；其中，通过某一装置的流体出口连接至另一装置的流体入口的连接方式，使用PVC塑料管连通所述水汽分离器、冷却装置、冷凝罐和/或酸性气体去除装置，形成地热井全流采样系统。进一步的，其中：一些实施例中，上述水汽分离器的顶端还安装有温度计和压力表。一些实施例中，上述水汽分离器的材质为碳钢或不锈钢。一些实施例中，上述冷却旋管的材质为紫铜。一些实施例中，上述冷却水箱还具有进水口和出水口。一些实施例中，上述冷凝罐的材质为紫铜、碳钢或不锈钢。一些实施例中，上述长管的底端至冷凝罐底部的距离为冷凝罐高度的1/3-1/5。一些实施例中，上述酸性气体去除装置的材质为透明钢化玻璃。一些实施例中，上述冷却旋管和/或酸性气体去除装置为一个或串联的多个。(三)有益效果与现有技术相比，本专利技术提供的该地热井全流采样系统，具有以下有益效果：(1)本专利技术使用铜质冷却旋管浸没于装满冷水的水箱中，并可以通过增加冷却旋管长度、加冰降低冷却水温度提高对流体的降温效率；(2)本专利技术在铜质(碳钢或不锈钢)冷凝罐底部侧壁设有球阀，直接用于收集冷凝水样品。当冷凝罐内冷凝水体积超过容积1/2时，通过侧壁球阀排出冷凝水。当流体温度过高时，通过对罐体淋洗冷水降温。上述措施均可以保证冷凝水和非冷凝气体的分离效率；(3)本专利技术中酸性气体去除装置采用透明钢化玻璃材质，可以直接观察吸附剂的变色进度。采样初期，先连接此装置，若长时间后该装置的流体出口的气量恒定，且吸附剂变色不明显，说明非冷凝气体中二氧化碳等酸性气体组分含量较低，可根据测试需求省略此装置；若变色较快，说明酸性气体组分含量较高，可串联多个此装置，直至样品质量达到测试要求；(4)本专利技术操作安全、组装简单、工作高效，适用于所有温度范围的地热开采井，通过多个装置串联，可以实现安全、高效、便捷地分类采集地热井中地热水、冷凝水、非冷凝气体和富集非酸性组分的气体等能切实反映地热流体物理化学性质的样品，为研究地热区水文地球化学过程提供夯实可靠的初始资料，进而为地热能源的可持续开发利用奠定理论基础。附图说明图1是本专利技术一实施例关于水汽分离器的结构示意图；图2是本专利技术一实施例关于冷却旋管的结构示意图；图3是本专利技术一实施例关于冷却水箱的结构示意图；图4是本专利技术一实施例关于冷凝罐的结构示意图；图5是本专利技术一实施例关于酸性气体去除装置的结构示意图；图6是本专利技术一实施例关于组装成的地热井全流采样系统的连接示意图；图7是本专利技术一实施例使用地热井全流采样系统实施采集的方法流程图。图中：水汽分离器1第一流体入口11第一流体出口12挡管13上端口131下端口132出气口14温度计15压力表16冷却旋管2第二流体入口21第二流体出口22冷却水箱3进水口31出水口32冷凝罐4第三流体入口41第三流体出口42长管底端411球阀出口43酸性气体去除装置5第四流体入口51第四流体出口52球阀10地热水样品a冷凝水样品b非冷凝气体样品c富集非酸性组分气体样品d具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的目的在于弥补现有技术的不足，提出一种安全、高效、便捷的针对地热井分类采集地热流体样品的地热井全流采样系统，有效地实现对地热水、冷凝水、非冷凝气体和富集非酸性组分的气体等样品的分类采集。利用该采集系统将最大程度上保证地热流体的原始组分不发生散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地热井全流采样系统，其特征在于，包括：/n水汽分离器，具有第一流体入口、第一流体出口以及连通水汽分离器内外空间的挡管，所述第一流体入口的位置高于所述第一流体出口，所述挡管位于水汽分离器内部空间的上端口高于所述第一流体入口，所述挡管位于外部空间的下端口形成出气口；/n冷却装置，包括冷却旋管和冷却水箱，所述冷却旋管具有第二流体入口和第二流体出口，且所述冷却旋管完全浸没于装满冷水的所述冷却水箱中；/n冷凝罐，具有第三流体入口和第三流体出口，所述第三流体入口为一直通至冷凝罐内部的长管，在所述冷凝罐的底部或侧壁还设有一球阀出口，所述球阀出口低于所述第三流体出口；/n其中，通过某一装置的流体出口连接至另一装置的流体入口的连接方式，使用PVC塑料管连通所述水汽分离器、所述冷却装置和所述冷凝罐，形成所述地热井全流采样系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种地热井全流采样系统，其特征在于，包括：
水汽分离器，具有第一流体入口、第一流体出口以及连通水汽分离器内外空间的挡管，所述第一流体入口的位置高于所述第一流体出口，所述挡管位于水汽分离器内部空间的上端口高于所述第一流体入口，所述挡管位于外部空间的下端口形成出气口；
冷却装置，包括冷却旋管和冷却水箱，所述冷却旋管具有第二流体入口和第二流体出口，且所述冷却旋管完全浸没于装满冷水的所述冷却水箱中；
冷凝罐，具有第三流体入口和第三流体出口，所述第三流体入口为一直通至冷凝罐内部的长管，在所述冷凝罐的底部或侧壁还设有一球阀出口，所述球阀出口低于所述第三流体出口；
其中，通过某一装置的流体出口连接至另一装置的流体入口的连接方式，使用PVC塑料管连通所述水汽分离器、所述冷却装置和所述冷凝罐，形成所述地热井全流采样系统。


2.根据权利要求1所述的地热井全流采样系统，其特征在于，还包括：
酸性气体去除装置，包括第四流体入口和第四流体出口，所述第四流体入口和第四流体出口分别设置于所述酸性气体去除装置的两端，且在所述酸性气体去除装置的内部装满酸性气体吸附剂；
其中，通过某一装置的流体出口连接至另一装置的流体入口的连接方式，使用PVC塑料管连通所...

【专利技术属性】
技术研发人员：天娇，庞忠和，李捷，廖大卫，李义曼，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11