阅读说明：本技术 一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置 (Aeration zone soil multi-point gas collection device with background comparison function ) 是由 张璇 周立辉 朱妍 李照林 刘沛华 穆谦益 冀忠伦 张海玲 杨海楠 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置,包括固定环,固定环内设置有主动环,主动环内设置有伺服电机,伺服电机与固定环连接用于驱动,固定环的外侧和主动环上分别设置有多点位气体采集装置,多点位气体采集装置能够实现样品监测状态和参比校正状态之间变化。本发明可快速、方便的实现对同一位置不同深度、不同位置同一深度土壤层二氧化碳通量的测定,测量结果具有监测结果偏差小、精度高等优点。(The invention discloses a gas-coated belt soil multipoint gas collecting device with a background comparison function, which comprises a fixing ring, wherein a driving ring is arranged in the fixing ring, a servo motor is arranged in the driving ring, the servo motor is connected with the fixing ring for driving, multipoint gas collecting devices are respectively arranged on the outer side of the fixing ring and the driving ring, and the multipoint gas collecting devices can realize the change between a sample monitoring state and a reference correction state. The invention can quickly and conveniently realize the measurement of the carbon dioxide flux of soil layers with different depths at the same position and the same depth at different positions, and the measurement result has the advantages of small deviation of the monitoring result, high precision and the like.)

一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置。

背景技术

二氧化碳气驱强化采油(CO₂-EOR)技术是利用二氧化碳在油和水中均具有较高溶解度的特点，将高纯度的CO₂气体利用相关技术注入到油层中，抽提原油中C²⁰以下的轻质成分或使其气化，在地层中利于快速形成混相，混相段扩大了波及体积并驱动了更多的地层油，可有效提升原油的采收率。CO₂-EOR会将大量的CO₂封存于地下，该过程可能存在两种泄漏：

一是突发泄漏，如注入井破裂导致的泄漏或通过废油井的泄漏以及CO₂气窜突破油层等；

二是缓慢泄漏，即通过断层、断裂或泄漏的油井等发生的泄漏。

泄漏入大气的CO₂可能对井场周边的生态环境造成影响，此外还可能对油田一线生产员工的人身安全造成威胁，因此监测井场包气带土壤二氧化碳释放通量，为二氧化碳气驱采油区块的环境生态效应和风险评估提供基础资料，同时还可对CO₂驱油封存的泄漏风险进行预警，为油田的安全生产提供有力的支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置，通过设置能够自由切换的多通路控制阀，连接数个动态采气柱，可同时测量、记录多点位土壤二氧化碳通量；背景对比通路与动态采气通路能够实时切换，快速实现多点位采气柱的背景气体通量校正。

本发明采用以下技术方案：

一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置，包括固定环，固定环内设置有主动环，主动环内设置有伺服电机，伺服电机与固定环连接用于驱动，固定环的外侧和主动环上分别设置有多点位气体采集装置，多点位气体采集装置能够实现样品监测状态和参比校正状态之间变化。

具体的，多点位气体采集装置包括采气管路接口和吸气管路接口，采气管路接口包括多个，均匀设置在固定环的外侧，采气管路接口通过吸气通路与主动环连接，吸气管路接口包括多个，均匀分布在主动环的上部，与吸气通路的一端连接。

进一步的，采气管路接口包括六个，六个采气管路接口分别通过对应的吸气通路与主动环连接，吸气管路接口包括三个，间隔设置在三个吸气通路的一端。

具体的，固定环和主动环之间设置有密封环。

进一步的，密封环采用压紧的聚四氟乙烯环状密封垫。

具体的，固定环内侧底部设置有从动齿纹，伺服电机通过齿轮扭力放大器与从动齿纹啮合连接。

进一步的，从动齿纹的齿纹弧长为主动环外径的60°～80°。

进一步的，从动齿纹的两端设置有能够控制伺服电机正反转输出的限位装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置，多点位气体采集装置通过在监测状态和参比校正状态之间切换，可快速实现多点位土壤内CO₂通量的监测，还可实现同一区域不同深度土壤CO₂通量的同步测量。

进一步的，多点位气体采集装置设置的目的是方便、快捷的连接不同采气柱与检测装置，同时通过气体采集装置的主动旋转，实现监测状态和参比校正状态之间切换，简单、便捷的实现多点位土壤内CO₂通量的监测，或者测量同一区域不同深度土壤CO₂通量。

进一步的，密封环的设置使得固定环与主动环内的吸气通路在连接处密封、无泄露。

进一步的，在伺服电机动作时，通过齿轮扭力放大器的驱动作用，从动齿纹带动主动环旋转，实现整个装置从监测状态向参比校正状态的切换。

进一步的，齿纹弧长设置可以控制装置中固定环与主动环的最大旋转角度。

进一步的，设置限位装置的目的是确保连接固定环上采气管路接口和主动环上吸气管路接口，的吸气通路能准确衔接。

综上所述，本发明可快速、方便的实现对同一位置不同深度、不同位置同一深度土壤层二氧化碳通量的测定，测量结果具有监测结果偏差小、精度高等优点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为气体采集装置样品监测状态图；

图2为气体采集装置参比校正状态图；

图3为不同点位同一深度土壤层气体通量检测系统图；

图4为同一点位不同深度土壤层气体通量检测系统图；

图5为本发明采气装置俯视图；

图6为本发明采气装置剖视图。

其中：1.固定环；2.密封环；3.主动环；4.采气管路接口；5.吸气通路；6.吸气管路接口；7.从动齿纹；8.齿轮扭力放大器；9.伺服电机。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置，通过设置能够自由切换的多通路控制阀，连接数个动态采气柱，可同时测量、记录多点位土壤二氧化碳通量；背景对比通路与动态采气通路能够实时切换，快速完成多点位采气柱的背景气体通量校正；实现对注气驱油井场不同点位、不同地层深度包气带土壤二氧化碳通量的同步监测与对比。本发明具有监测结果偏差小、精度高等优点，并可实现对不同深度土壤层二氧化碳通量的测定。为及早预警封存的二氧化碳泄漏风险提供了有力的监测技术支撑。

请参阅图5和图6，本发明一种具有背景比对功能的包气带土壤多点位气体采集装置，包括固定环1、密封环2、主动环3、多点位气体采集装置和伺服电机9，主动环3设置在固定环1内，密封环2夹在主动环3与固定环1中间，固定环1的内侧底部设置有从动齿纹7，伺服电机9安装在主动环3的内部腔体中，通过从动齿纹7传递伺服电机驱动力，多点位气体采集装置能够实现气体采集装置快速在样品监测状态和参比校正状态之间变化。

多点位气体采集装置包括采气管路接口4、吸气通路5和吸气管路接口6，在固定环1的外侧均匀布置的六个采气管路接口4，在主动环3上部均匀分布的三个吸气管路接口6和吸气通路5，三个吸气管路接口6、吸气通路5和六个采气管路接口4之间进行切换、组合。

密封环2采用压紧的聚四氟乙烯环状密封垫。

从动齿纹7的齿纹弧长为主动环外径的60°～80°，两侧设有限位装置，用于判断、控制伺服电机9的动作。

齿轮扭力放大器8的齿轮与从动齿纹7紧密啮合，用于驱动主动环3的转动，使主动环3和固定环1之间的相对位置发生改变，实现样品监测状态和参比校正状态之间的切换。

伺服电机9可进行正、反转运行，由从动齿纹两端的限位装置控制其正反转输出。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，多点位气体采集装置通过在监测状态和参比校正状态之间切换，可快速实现多点位土壤内CO₂通量的监测，还可实现同一区域不同深度土壤CO₂通量的同步测量。

实施例：

请参阅图3和图4，在需要监测土壤CO2通量的采样井场点位(同一点位不同深度、不同点位同一深度)划定采样平面，对采样点地面进行清表20cm；利用原状土取样器在采样平面垂直向下进行土壤开孔，达到不同的目标深度(同一深度，如-1.5m；不同深度，如-0.5m，-1.5m和-2.5m)后，迅速将采气器***孔中。

将三组采气器的集气罩采样管分别与多点位气体采集装置固定环上对应监测点位连接，将采气器的参比空气管与参比空气调节阀同样接入多点位气体采集装置固定环上的参比空气对应点位；再由多点位气体采集装置的主动环的接口与采气泵连接，将采集的样品气或者参比空气输送至后续的检测设备。

将土壤层气体通量检测系统构建完成后，先将多点位气体采集装置维持在样品检测状态，启动采气泵并调节抽气速率，达到稳定后运行30s；随后将多点位气体采集装置切换之参比校正状态，保证采气泵维持在前一阶段的运行参数，使用参比空气调节阀调整气体流量与样品检测状态时的流量相差不超过±2％并稳定运行30s后，重新切换至样品检测状态进行土壤器通量的检测。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。