一种取样装置的制作方法

1.本发明涉及一种取样装置，更具体地说，涉及沿井眼，管道或类似物形成渐进式取样容积的取样装置。


背景技术：

2.在许多情况下，需要在井眼，管道等中逐步取样以确定井眼中流体或流体物质的分布。有时还需要隔离一部分井眼以抽取或注入流体。这些操作通常使用跨接式封隔器完成，该跨接式封隔器插入到井眼中的所需位置，然后扩展以密封井眼壁，从而留下井眼的裸露部分以进行采样和/或隔离。
3.该封隔器有可能被从井壁一侧脱落的物料卡在井眼中。在水平井眼中，该问题更容易出现，在插入和拔出期间，该装置可能由井眼的一侧支撑，同时伴随井眼壁的磨损和脱落。
4.该封隔器的另一个问题是，要采样或隔离的每个间隔都需要离散地放置封隔器。每次运动都需要在现有位置缩回封隔器的密封件，并在新位置扩张密封件。应当理解，这是费时的操作，并且封隔器的每次运动都受到井眼壁的塌陷的影响。
5.因此，期望提供沿着钻孔、管道等的连续且渐进的隔离和/或采样的装置。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供一种取样装置，包括第一外翻隔膜组件和第二外翻隔膜组件，用于在井眼，管道等中限定并形成恒定的行进体积。第一外翻隔膜组件，其包括用于容纳第一隔膜的第一罐。抽取管连接至第一隔膜，以在第一隔膜全部或部分外翻时允许材料从井眼中抽取。抽取管延伸穿过第一罐的端部，并且还可以用作将第一隔膜从钻孔倒置到第一罐内的系绳。增压泵连接到第一罐上以使第一罐膨胀以将第一隔膜外翻到钻孔中。
7.各种功能性装置连接到抽取管，以对在行进空间内的采样材料进行分析。在一个实施例中，功能性装置包括分析仪，其用于检测样品的温度，压力，粘度等；流量计，用于确定从钻孔提取的样品的流体量；储罐，用于储存采样的流体并等待进一步分析；抽取泵，用于在抽取管内产生负压，以抽取取样流体从钻孔内向抽取管内流动。
8.第二外翻隔膜组件，其中第二隔膜在第二罐内倒置。在一个实施例中，穿孔管沿着倒置的第二隔膜的长度延伸，其中连接器突出超过倒置的第二隔膜的端部以用于连接至抽取管的连接件。当第一隔膜完全外翻时，系绳连接到第二隔膜的封闭端，并延伸穿过第二罐，以使第二罐内的第二隔膜反转。通过压力泵以使第二罐膨胀并将第二隔膜膨胀到相邻的孔中。
9.第一、第二罐和优选地由柔性织物制成，该柔性织物重量轻并且可以容易地操纵以连接到井眼开口。
10.膜组件和还可以形成有卷筒罐组件，其具有一些适应性以允许在将隔膜缠绕到卷
筒上时从钻孔内进行采样。
11.外翻隔膜组件的总体操作如下：水平钻孔设置在地层中，第一外翻隔膜组件设置有第一罐，该第一罐邻接到钻孔的第一开口。第一隔膜通过钻孔外翻以延伸通过钻孔的第二开口，其中连接件突出以连接到第二外翻隔膜组件的多孔管上。抽取管在操作上终止于连接件，该连接件可以是螺栓法兰连接，卡接或其它连接，并且延伸穿过第一罐。第一膜穿过孔倒转回到第一罐中。第二外翻隔膜组件的多孔管连接到抽取管上，并且第一隔膜、第二隔膜均外翻从钻孔中抽出，使得多孔管敞开，地层中的流体通过多孔管上的孔被抽取，从而完成取样。流体样品通过多孔管提取，从而能够在限定地层的钻孔中抽取的样品的提取量保持恒定。
12.抽取泵通过连接件穿过抽取管，以降低多孔管中的压力。由于多孔管在其大部分长度上被第一隔膜和第二隔膜密封，所以多孔管减小了第一隔膜、第二隔膜之间的抽取间隔中的流体压力。结果，流体样品通过多孔管上的孔被抽取。
13.抽取样品流体的流速可以通过流量计测量。流动成分通过分析仪测量，分析仪例如气相色谱仪测量。
14.当第一隔膜在第一罐中完全倒翻后，多孔管已经穿过了钻孔的整个长度。同样，抽出间隔也已经穿过了钻孔的整个长度。可以测量流速并将其相对于抽出间隔的位置绘制，由从第一罐中抽出的抽取管的长度来确定，以提供与沿钻孔的有效渗透率有关的连续数据。在渗流带中，渗透率是气体渗透率的量度。在饱和区，渗透率是水渗透率的量度。可以以类似方式绘制污染物浓度，以识别沿钻孔的污染区域。
15.本发明具有以下有益效果：
16.装置的外翻隔膜设计使得能够确定行进的样品/隔离体积。
17.本发明的装置提供一种行进样品/隔离体积，因此可以实现沿行进方向对样品进行采样，并实时获得样品流量、成分等参数数据。
18.本发明的装置可以实现恒定体积和流量的样品区域和测量。
19.依据本发明的装置的监测方法，可以获得沿钻孔的材料渗透率和流体性质的连续图，从而利用获得的数据监测地层流体情况。
附图说明
20.图1为本装置第一外翻隔膜组件结构示意图；
21.图2为本装置第二外翻隔膜组件结构示意图；
22.图3为通过孔外翻的方式连接第一、二外翻隔膜组件的示意图；
23.图4为本装置应用某区域下方取样示意图。
具体实施方式
24.一种取样装置，包括第一外翻隔膜组件和第二外翻隔膜组件。图1
‑
2示出了第一外翻隔膜组件10和第二外翻隔膜组件30，用于在井眼，管道等中限定并形成恒定的行进体积。如所使用的，术语“井眼”将被解释为是指穿过地层，管道或类似的圆柱形体积的井眼，其具有两个开放且可接近的端部，即大致水平的井眼几何形状。如在下文中更充分地说明的，隔膜14外翻穿过钻孔并且可操作地连接到倒置的隔膜34。当隔膜14倒置时，隔膜34翻倒以在
其间形成穿过钻孔的恒定体积。
25.图1更具体地示出了第一外翻隔膜组件10，其包括用于容纳第一隔膜14的第一罐12。抽取管16连接至第一隔膜14，以在第一隔膜14全部或部分外翻时允许材料从井眼中抽取。抽取管16延伸穿过第一罐12的端部，并且还可以用作将第一隔膜14从钻孔倒置到第一罐12内的系绳。增压泵18连接到第一罐12上以使第一罐12膨胀以将第一隔膜14外翻到钻孔中。
26.各种功能性装置连接到抽取管16，以对在行进空间内的采样材料进行分析。在一个实施例中，功能性装置包括分析仪22，其用于检测样品的温度，压力，粘度等；流量计24，用于确定从钻孔提取的样品的流体量；储罐28，用于储存采样的流体并等待进一步分析；抽取泵26，用于在抽取管16内产生负压，以抽取取样流体从钻孔内向抽取管16内流动。
27.图2示出了第二外翻隔膜组件30，其中第二隔膜34在第二罐32内倒置。在一个实施例中，穿孔管36沿着倒置的第二隔膜34的长度延伸，其中连接器38突出超过倒置的第二隔膜34的端部以用于连接至抽取管16的连接件20。当第一隔膜14完全外翻时，系绳42连接到第二隔膜34的封闭端，并延伸穿过第二罐32，以使第二罐32内的第二隔膜34反转。通过压力泵44以使第二罐32膨胀并将第二隔膜34膨胀到相邻的孔中。
28.第一、第二罐12和32优选地由柔性织物制成，该柔性织物重量轻并且可以容易地操纵以连接到井眼开口。
29.膜组件10和30还可以形成有卷筒罐组件，其具有一些适应性以允许在将隔膜缠绕到卷筒上时从钻孔内进行采样。
30.外翻隔膜组件的总体操作如图3所示。水平钻孔52设置在地层54中，第一外翻隔膜组件10设置有第一罐12，该第一罐12邻接到钻孔52的第一开口15。第一隔膜14通过钻孔52外翻以延伸通过钻孔的第二开口21，其中连接件20突出以连接到第二外翻隔膜组件30的多孔管上。抽取管16在操作上终止于连接件20，该连接件20可以是螺栓法兰连接，卡接或其它连接，并且延伸穿过第一罐12。第一膜14穿过孔52倒转回到第一罐12中。第二外翻隔膜组件的多孔管连接到抽取管16上，并且第一隔膜14、第二隔膜34均外翻从钻孔中抽出，使得多孔管敞开，地层中的流体通过多孔管上的孔被抽取，从而完成取样。流体样品通过多孔管提取，从而能够在限定地层54的钻孔52中抽取的样品的提取量保持恒定。
31.在图1
‑
3中，抽取泵26通过连接件20穿过抽取管16，以降低多孔管36中的压力。由于多孔管36在其大部分长度上被第一隔膜14和第二隔膜34密封，所以多孔管36减小了第一隔膜14、第二隔膜34之间的抽取间隔中的流体压力。结果，流体样品通过多孔管36上的孔被抽取。
32.抽取样品流体的流速可以通过流量计24测量。流动成分通过分析仪22测量，分析仪例如气相色谱仪测量。
33.当第一隔膜14在第一罐12中完全倒翻后，多孔管36已经穿过了钻孔52的整个长度。同样，抽出间隔也已经穿过了钻孔52的整个长度。可以测量流速并将其相对于抽出间隔的位置绘制，由从第一罐12中抽出的抽取管16的长度来确定，以提供与沿钻孔52的有效渗透率有关的连续数据。在渗流带中，渗透率是气体渗透率的量度。在饱和区，渗透率是水渗透率的量度。可以以类似方式绘制污染物浓度，以识别沿钻孔52的污染区域。
34.图4示出了本发明在测绘地下水污染方面的应用。外翻隔膜组件在密封和支撑井
眼的同时提供连续的抽出流体样品。如上所述，一种特殊的应用是测量垃圾填埋场渗滤液的渗漏。
35.将多排钻孔74间隔放置在具有要监测的渗滤液的区域，例如垃圾填埋场60的下方。多排钻孔均包括入口a和出口a’，多排钻孔覆盖垃圾填埋场60下方的污染区域64，污染区域的尺寸和沥出液的成分等参数可以被测量。
36.在另一种应用中，末端开口的管子形成了一条输送路径，并且当抽出间隔横穿管道的长度(例如核反应堆的冷却剂回流管线)时，可以在抽气区间施加真空。如果抽气间隔经过一段泄漏的管道，则抽气间隔内的真空度会降低，并易于通过抽气管进行检测。外翻膜密封各种尺寸和曲率的管道的能力使得在各种管道应用中有用的监控器中描述的行进抽气量。因此，如在本文中所使用的，术语“钻孔”包括末端开口的导管和管道，通过它们可以采用上述采样膜组件。