低水位淺液面高溫溫泉氣取樣裝置及方法
2024-02-03 22:26:15 1
專利名稱：低水位淺液面高溫溫泉氣取樣裝置及方法
技術領域：
本發明涉及天然氣地球化學及流體地球化學領域中對研究對象進行收集與預處理的技術領域，特別是涉及一種用於野外地下採樣、氣液分離技術領域中的氣液快速分離裝置及方法。
背景技術：
目前國內一般採用排水集氣法收集溫泉氣，基本原理如圖5所示，若要取得良好效果，保證溫泉氣不被大氣汙染，必須滿足以下條件首先，溫泉液面501與儲水桶液面502 之間的高差hi必須大於0，才能保證溫泉氣泡隨溫泉水順利流動；其次，溫泉內的液面與溫泉底的高差h2必須大於集氣罩503的高度，才能保證採集到的溫泉氣不被大氣汙染。在研究過程中，存在一些不能滿足上述兩個條件的溫泉，即受場地地形條件限制， 無法實現hi大於0，或h2較小導致集氣罩503殘留空氣，不能完全排出集氣罩503中的空氣。儘管目前的技術條件已經得到很大進步，可以更換採集氣體用的玻璃瓶為鋼瓶， 並對鋼瓶進行提前抽真空處理，利用鋼瓶的真空將溫泉氣吸入鋼瓶內，但這樣以來，增加了採樣難度首先，受通行條件限制，可以攜帶的鋼瓶數量有限；第二，利用提前抽真空的鋼瓶將溫泉氣吸入鋼瓶內，連接鋼瓶與溫泉液面之間的管線內的空氣無法排空，若要將管線內充滿水排除空氣，勢必將水一併吸入鋼瓶內，影響到採樣效果。而將小型發電機組與真空設備搬運至工作現場，將進一步增加採樣工作的難度和開支。因此，必須研製便於攜帶、無需而外動力條件的快速取樣方法，才能克服地形條件和溫泉液面太低的問題，擴大樣品範圍，為增加氫同位素組成數據奠定樣品採集方面的技術基石出。
發明內容
本發明為解決現有技術中低水位淺液麵條件下溫泉氣液混合物質採樣中遇到的問題，提供了一種實現溫泉氣與溫泉水快速分離，且保證溫泉氣不被大氣汙染的可攜式裝置。本發明之一的低水位淺液面高溫溫泉氣取樣裝置，包括氣液捕獲單元106、氣體收集單元101，其特徵在於所述的裝置還包括氣液分離單元104，所述的氣液分離單元104分別與所述的氣液捕獲單元106、氣體收集單元101相連接。所述的氣液分離單元104為一個三通組合泵，包括一個筒狀泵體304、活塞螺杆 305、活塞308、泵入口 322、泵出口 311，放空口 323 ；所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323分別依次安裝有控制其開關的泵入口閥門320、泵出口閥門318、放空口閥門319。
所述的氣液分離單元104還包括分別封接固定在所述的泵體304下端和上端的泵體下端蓋303和泵體上端蓋321 ；在所述的泵體304內，所述的泵體下端蓋303、泵體上端蓋321和活塞螺杆305之間為吸入物料的泵體空間；所述的活塞螺杆305垂直穿過所述的泵體下端蓋303的中心，一端連接位於所述的泵體下端蓋303外的調節手輪301，另一端連接泵體空間內的活塞308。所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323、泵入口閥門320、泵出口閥門318、放空口閥門319都在所述的泵體上端蓋321內；所述的泵入口閥門320、泵出口閥門318、放空口閥門319分別連接在泵體空間與所述的泵入口 322、泵出口 311、放空口 323的通道上。所述的泵入口閥門320、泵出口閥門318、放空口閥門319都分別包括閥門壓帽 316、閥杆317、閥門墊圈313、閥門密封墊314、閥門上壓環315 ；所述的泵入口 322、泵出口 311為錐形接嘴；所述的活塞308、泵體上端蓋321與泵體304內壁之間分別有1號0形圈309和2 號0形圈310 ；所述的活塞308通過沉頭螺栓306與活塞螺杆305固接。所述的氣液捕獲單元106上還可以設有一個手持的連接杆107，所述的連接杆107 依次連接U形固定套支架203、撐杆固定套201、伸縮撐杆206 ；所述的撐杆固定套201與所述的固定套支架203的連接處通過調節固定銷202固定；所述的撐杆206和固定套201以調節固定銷202為軸旋轉；所述的收集罩205頂部的取氣接頭204與所述的泵入口 322相連。所述的氣液分離單元104通過1號軟管103和2號軟管105與所述的氣體收集單元101和氣液捕獲單元106相連；所述的1號軟管103的一端伸入到所述的氣體收集單元 101的儲氣瓶102內，另一端與所述的泵出口 311相連；所述的2號軟管105的分別與所述的泵入口 322和所述的收集罩205頂部的取氣接頭204相連。本發明之二的低水位淺液面溫泉氣取樣裝置的取樣方法，是這樣實現的所述的方法包括如下步驟(1)初始準備調節手輪301將活塞308緊貼泵體上端蓋321，使泵體304內的體積為0，關閉泵入口閥門320、放空口閥門319和泵出口閥門318 ；(2)通水排氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304 的體積最大，將氣液混合流體吸入泵體3 ；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304 內的壓力；打開放空口閥門319，將氣體排出3 ；關閉放空口閥門319，打開泵出口閥318，繼續將活塞308推向泵體上端蓋321、將泵體304內的液體排出；如此反覆操作，完成通水排氣；
(3)取氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304 的體積最大，將氣液混合系統吸入泵體；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向上端蓋321，增加泵體304內的壓力；打開泵出口閥門318，將分離出的氣體排出泵體；關閉泵出口閥門318，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304 內的壓力；打開泵體閥門旋鈕319，將泵體304內剩餘的液體排出；關閉放空口閥門319，即完成取氣的一個單循環過程；多次循環取氣操作過程，直至取得理想的氣體樣品。本發明為一種適用於低水位淺液面的高溫溫泉氣取樣技術，有效地解決了現有採樣技術對地形依賴嚴重、不能有效保護操作者安全的缺點。利用該方法，可以對低水位淺液面溫泉的溫泉氣採樣，因而擴大了取樣範圍，能為研究深部流體研究及油氣成因的有機-無機相互作用提供更加精確的測試分析結果。
圖1為本發明的流程圖；圖2為本發明氣液捕獲單元的主視圖結構圖；圖3為本發明氣液分離單元的主視圖結構圖；圖4為本發明實現高溫溫泉取氣的操作步驟圖；圖5為現有技術的排水集氣法流程具體實施例方式下面結合附圖對本發明對進一步的描述。如圖1、圖2、圖3所示，氣液捕獲單元106的取氣接頭204與氣液分離單元104的泵入口 322之間通過內徑為6mm的2號橡膠軟管105相連，氣液分離單元104的泵出口 311 與氣體收集單元的儲氣瓶102之間通過內徑為6mm的1號橡膠軟管105相連。錐形的收集罩205倒扣在溫泉池中，使收集罩205的底部被溫泉水封閉，並且根據溫泉池的地形，通過調節固定銷202調整連接杆107的長度和角度，保證操作者與溫泉之間保持足夠的安全距離。此外，連接杆107可從氣液捕獲單元106上拆除並收縮，放在野外工作包中，便於攜帶。氣液分離裝置主要由螺旋取氣三通組合泵104組成，通過控制調節手輪301改變泵體304內的體積實現吸收和排除氣液，同時利用調節泵入口閥門320、泵出口閥門318、放空口閥門319控制泵入口 322、泵出口 311和放空口 322的開關狀態，實現吸收氣液、氣液分離，並將分離出的溫泉水經放空口 323排出泵體304，而分離得到的溫泉氣經1號軟管103 進入氣體收集裝置。儲水桶預先裝滿溫泉水，儲氣瓶102在儲水桶內裝滿水後倒扣在儲水桶上方，並且，瓶口位於儲水桶的液面之下，1號軟管103深入到集氣瓶102中間，溫泉氣泡經軟管103 進入儲氣瓶102並排出裡面的溫泉水，實現氣泡收集。在具體實施中，至少需要三位操作者通力配合，操作者1負責氣液捕獲單元106， 操作者2負責氣液分離單元104，操作者3負責氣體收集單元101。操作者1將2號軟管105連接在螺旋取氣三通組合泵的泵入口 322上，另一端連接在錐形集氣罩205的取氣接頭204 上，操作者1根據溫泉所處的地形，調節連接杆107的長度和角度，將錐形集氣罩205緊扣在溫泉108上，使收集罩205的底部被溫泉水封閉。操作者3準備好儲水桶和儲氣瓶102， 並將1號軟管103連接在螺旋取氣三通組合泵的泵出口 311上。完成部件連接準備工作。 氣樣採集主要依靠操作者2的操作完成。如圖4所示，操作者2的操作如下進行其特徵在於所述的方法包括如下步驟(1)初始準備調節手輪301將活塞308緊貼泵體上端蓋321，使泵體304內的體積為0，關閉泵入口閥門320、放空口閥門319和泵出口閥門318 ；(2)通水排氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304 的體積最大，將氣液混合流體吸入泵體3 ；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304 內的壓力；打開放空口閥門319，將氣體排出3 ；關閉放空口閥門319，打開泵出口閥318，繼續將活塞308推向泵體上端蓋321、將泵體304內的液體排出；如此反覆操作，完成通水排氣；(3)取氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304 的體積最大，將氣液混合系統吸入泵體；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向上端蓋321，增加泵體304內的壓力；打開泵出口閥門318，將分離出的氣體排出泵體；關閉泵出口閥門318，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304 內的壓力；打開泵體閥門旋鈕319，將泵體304內剩餘的液體排出；關閉放空口閥門319，即完成取氣的一個單循環過程；多次循環取氣操作過程，直至取得理想的氣體樣品。
權利要求
1.低水位淺液面高溫溫泉氣取樣裝置，包括氣液捕獲單元(106)、氣體收集單元 (101)，其特徵在於:所述的裝置還包括氣液分離單元(104)，所述的氣液分離單元(104)分別與所述的氣液捕獲單元(106)、氣體收集單元(101)相連接。
2.根據權利要求1所述的溫泉氣取樣裝置，其特徵在於所述的氣液分離單元(104)為一個三通組合泵，包括一個筒狀泵體(304)、活塞螺杆 (305)、活塞(308)、泵入口(322)、泵出口(311)，放空口 (323)；所述的泵入口(322)、泵出口(311)、放空口(323)分別依次安裝有控制其開關的泵入口閥門(320)、泵出口閥門(318)、放空口閥門(319)。
3.根據權利要求2所述的溫泉氣取樣裝置，其特徵在於所述的氣液分離單元(104)還包括分別封接固定在所述的泵體(304)下端和上端的泵體下端蓋(303)和泵體上端蓋(321)；在所述的泵體(304)內，所述的泵體下端蓋(303)、泵體上端蓋(321)和活塞螺杆 (305)之間為吸入物料的泵體空間；所述的活塞螺杆(305)垂直穿過所述的泵體下端蓋(303)的中心，一端連接位於所述的泵體下端蓋(303)外的調節手輪(301)，另一端連接泵體空間內的活塞(308)。
4.根據權利要求3所述的溫泉氣取樣裝置，其特徵在於所述的泵入口(322)、泵出口(311)、放空口(323)、泵入口閥門(320)、泵出口閥門 (318)、放空口閥門(319)都在所述的泵體上端蓋(321)內；所述的泵入口閥門(320)、泵出口閥門(318)、放空口閥門(319)分別連接在泵體空間與所述的泵入口(322)、泵出口 (311)、放空口 (323)的通道上。
5.根據權利要求4所述的溫泉氣取樣裝置，其特徵在於所述的泵入口閥門(320)、泵出口閥門(318)、放空口閥門(319)都分別包括閥門壓帽 (316)、閥杆(317)、閥門墊圈(313)、閥門密封墊(314)、閥門上壓環(315)；所述的泵入口 (322)、泵出口 (311)為錐形接嘴；所述的活塞(308)、泵體上端蓋(321)與泵體(304)內壁之間分別有1號0形圈(309) 和2號0形圈(310)；所述的活塞(308)通過沉頭螺栓(306)與活塞螺杆(305)固接。
6.根據權利要求1所述的溫泉氣取樣裝置，其特徵在於所述的氣液捕獲單元(106)上還設有一個手持的連接杆(107)，所述的連接杆(107)依次連接U形固定套支架(203)、撐杆固定套(201)、伸縮撐杆(206)；所述的撐杆固定套(201)與所述的固定套支架(203)的連接處通過調節固定銷(202) 固定；所述的撐杆(206)和固定套(201)以調節固定銷(202)為軸旋轉； 所述的收集罩(205)頂部的取氣接頭(204)與所述的泵入口(322)相連。
7.根據權利要求1所述的溫泉氣取樣的裝置，其特徵在於所述的氣液分離單元(104)通過1號軟管(103)和2號軟管(105)與所述的氣體收集單元(101)和氣液捕獲單元(106)相連；所述的1號軟管(103)的一端伸入到所述的氣體收集單元(101)的儲氣瓶(102)內，另一端與所述的泵出口(311)相連；所述的2號軟管(105)的分別與所述的泵入口(322)和所述的收集罩(205)頂部的取氣接頭(204)相連。
8.根據權利要求1 7之一所述的低水位淺液面溫泉氣取樣裝置的取樣方法，其特徵在於所述的方法包括如下步驟(1)初始準備調節手輪301將活塞308緊貼泵體上端蓋321，使泵體304內的體積為0，關閉泵入口閥門320、放空口閥門319和泵出口閥門318 ；(2)通水排氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304的體積最大，將氣液混合流體吸入泵體3 ；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304內的壓力；打開放空口閥門319，將氣體排出3 ；關閉放空口閥門319，打開泵出口閥318，繼續將活塞308推向泵體上端蓋321、將泵體 304內的液體排出；如此反覆操作，完成通水排氣；(3)取氣打開泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308緊貼泵體下端蓋303、使泵體304的體積最大，將氣液混合系統吸入泵體；關閉泵入口閥門320，調節手輪301將活塞308推向上端蓋321，增加泵體304內的壓力；打開泵出口閥門318，將分離出的氣體排出泵體；關閉泵出口閥門318，調節手輪301將活塞308推向泵體上端蓋321，增加泵體304內的壓力；打開泵體閥門旋鈕319，將泵體304內剩餘的液體排出；關閉放空口閥門319，即完成取氣的一個單循環過程；多次循環取氣操作過程，直至取得理想的氣體樣品。
全文摘要
本發明為低水位淺液面高溫溫泉氣取樣裝置及方法。所述的裝置由氣液捕獲、氣液分離和氣體收集三部分組成。氣液捕獲時利用很淺的溫泉水密封集氣罩保證樣品的純度；通過調節手輪實現真空，採集氣液，利用閥門控制氣、液流向，實現低水位淺液面溫泉氣的氣液快速分離與取樣；用排水取氣法收集氣體。連接各部件之間的橡膠軟管長度可調整，並隨地形鋪設，適用範圍廣；無需額外動力條件，攜帶方便，且加工工藝簡單，成本低廉，具有良好的推廣前景。
文檔編號G01N1/28GK102455257SQ20101052030
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者周雁, 孫冬勝, 孟慶強, 朱東亞, 金之鈞, 陳偉鈞, 陶國亮, 陶成, 馬亮幫 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院