[发明专利]一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置和方法

说明书

本发明公开了一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置和方法，包括井筒单元，用于模拟不同深度下的井筒；地层单元，与井筒单元相连接，其包括高压玻璃填砂管，用于模拟及替换不同渗透率的地层；加压单位，与地层单元相连接，其包括水源、加压泵，水源通过加压泵与高压玻璃填砂管相连，用于向模拟井筒及模拟地层内注入流体并实现加载；取样单元，与井筒单元相连接，用于对井筒内的流体进行气体推动式流体取样及取样效果监测。本发明结构简单，使用方便，可实现不同地层深度(0～500m)下井筒内地下流体取样的三维可视化动态演示过程，可用于研究气体驱动式取样器在不同压力环境下的取样性能，对于气体推动式取样器的性能升级改造具有重要参考价值。

技术领域

本发明涉及地下水取样的技术领域，尤其涉及一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置，同时还涉及一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验的方法。

背景技术

近年来随着社会发展和人类活动的不断增加，地下水资源普遍受到由城市化、工业化、农业和矿业等活动导致的污染威胁。据调查发现，目前中国90％城市地下水遭受有毒有害污染物的污染，已呈现由点向面、由浅到深、由城市到农村不断扩展和污染程度日益严重的趋势。地下流体取样，结合同位素追踪、地层残余气分析、化学成分测试等手段可提供大量地层信息，是开展地下环境监测的重要手段之一。地下流体取样对于工程安全开展和环境风险评估具有指导意义，存在大量工程需求。

根据取样原理、驱动力和结构设计的差异，地下流体取样器可分为三种类型：下井式定深取样器、泵式取样器和气体驱动式取样器。其中，气体驱动式取样器利用压缩气体作为动力源，当地下流体在静水压力作用下渗入取样器内后，流体被存储于进样段内，通过压缩气体的推动作用获取相应地下层位的流体。相对于筒式和泵式取样器，气体推动式取样器取样容量大、能实现连续快速分层取样，受水中污染颗粒物影响很小，性能稳定，且具有保压和被动取样的特点，在取样过程中对地下流体场的扰动小，能与其他井下监测技术实现搭接，实现地下流体环境的精确原位监测，是未来地下水资源调查及监测的重要手段。

然而，该技术目前主要集中在二氧化碳地质封存领域，主要关注地下封存的气体(如CO₂、H₂S、CH₄)泄漏至浅地表，对浅地表地下水污染的监测预警与环境影响评估。若将该技术应用于地下水资源监测领域，根据不同应用领域和科学问题所导致的设备结构和技术方案略有区别。

发明内容

基于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是在于提供了一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置，结构简单，使用方便，模拟气体推动式取样器在不同地层深度井筒内进行地下流体取样过程，同时实现全方位360°可视化观测。

本发明的另一个目的是在于提供了一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验的方法，方法易行，操作简便，可实现不同地层深度(0～500m)及不同渗透率的地下环境，可用于探索气体驱动式取样器的地层适应性及研究在不同压力环境下的取样性能，有助于气体推动式取样器的性能结构优化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置，包括井筒单元，用于模拟不同深度下的井筒；地层单元，与所述井筒单元相连接，其包括高压玻璃填砂管，用于模拟及替换不同渗透率的地层；加压单位，与所述地层单元相连接，其包括水源、加压泵，所述水源通过加压泵与所述高压玻璃填砂管相连，用于向模拟井筒及模拟地层内注入流体并实现加载；取样单元，与所述井筒单元相连接，其包括悬挂于所述井筒单元内的过滤渗析组件、位于所述井筒单元内并置于所述过滤渗析组件上方的高压玻璃储流容器、位于所述井筒单元外并对所述高压玻璃储流容器提供驱动压力的压力驱动器、位于所述井筒单元外并对所述高压玻璃储流容器内的流体进行取样的取样装置，用于对井筒内的流体进行气体推动式流体取样及取样效果监测。