CN110411897A - 气体参数原位监测装置、原位监测系统和原位监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体参数原位监测装置、原位监测系统和原位监测方法。所述气体参数原位监测装置包括用于测量气体通量的第一测量仪、第一导气管、第二导气管和第一集气管。所述第一导气管的第一端与所述第一测量仪的进气口连通，所述第二导气管的第一端与所述第一测量仪的出气口连通，其中所述第一导气管上设有第一开关阀，所述第二导气管上设有第二开关阀；所述第一集气管的一端能够与地层接触，另一端与所述第一导气管连通。根据本发明实施例的气体参数原位监测装置可以收集预设深度的地层处的环境气氛，进而可以原位测量该预设深度的地层处的二氧化碳浓度、并得到该预设深度的地层处的二氧化碳通量。

Description

气体参数原位监测装置、原位监测系统和原位监测方法

技术领域

本发明涉及监测领域，具体地，涉及气体参数原位监测装置、气体参数原位监测系统和气体参数原位监测方法。

背景技术

在二氧化碳地质封存中，对二氧化碳的泄漏监测是必不可少的环节，因此需要对地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况开展监测。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供气体参数原位监测装置和气体参数原位监测系统，该气体参数原位监测系统可以准确地监测地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种气体参数原位监测装置，所述气体参数原位监测装置包括：用于测量气体的浓度和/或通量的第一测量仪；第一导气管和第二导气管，所述第一导气管的第一端与所述第一测量仪的进气口连通，所述第二导气管的第一端与所述第一测量仪的出气口连通，其中所述第一导气管上设有第一开关阀，所述第二导气管上设有第二开关阀，优选地，所述第一开关阀为多个，所述第二开关阀为多个；以及第一集气管，所述第一集气管的一端能够与地层接触，另一端与所述第一导气管连通；优选地，所述第一集气管能够沿上下方向延伸；优选地，在所述气体参数原位检测装置工作时，控制所述第一开关阀和所述第二开关阀处于开启状态，使得待测气体通过所述第一集气管和所述第一导气管进入所述第一测量仪中进行测量，再通过所述第二导气管离开所述第一测量仪。

根据本发明实施例的气体参数原位监测装置通过设置能够伸出外管的第一集气管，从而可以收集预设深度的地层处的环境气氛，进而可以原位测量该预设深度的地层处的二氧化碳浓度、并得到该预设深度的地层处的二氧化碳通量。

优选地，所述气体参数原位监测装置进一步包括：第三导气管，所述第三导气管的第一端与所述第一导气管相连，所述第三导气管的第二端与所述第一测量仪的出气口连通，所述第三导气管上设有第三开关阀，优选地，所述第三开关阀为多个；第四导气管，所述第四导气管的第一端与所述第二导气管相连，所述第四导气管的第二端与所述第一测量仪的进气口连通，所述第四导气管上设有第四开关阀；和第二集气管，所述第二集气管的一端能够与地层接触，另一端与所述第二导气管连通；优选地，所述第二集气管能够沿上下方向延伸；优选地，在所述气体参数原位检测装置工作时，能够控制所述第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀和第四开关阀的开关状态，使得待测气体通过所述第二集气管、第二导气管和第四导气管进入所述第一测量仪中进行测量，再通过所述第三导气管和所述第一导气管离开所述第一测量仪。

优选地，所述气体参数原位监测装置进一步包括：第五导气管，所述第五导气管能够沿上下方向延伸，所述第五导气管的下端能够与所述第三导气管相连，所述第五导气管上设有第五开关阀，优选地，所述第五导气管能够沿竖直方向延伸；和第六导气管，所述第六导气管能够沿上下方向延伸，所述第六导气管的下端能够与所述第二导气管相连，所述第六导气管上设有第六开关阀，优选地，所述第六导气管能够沿竖直方向延伸；优选地，通过所述第五导气管和/或第六导气管自地面引入气体至所述第一测量仪中，以对所述第一测量仪进行校正。

本发明第二方面提供气体参数原位监测系统，所述气体参数原位监测系统包括：外管，所述外管能够沿上下方向延伸，优选地，所述外管能够沿竖直方向延伸；和多个用于测量气体的浓度和/或通量的监测装置，多个所述监测装置能够设在所述外管内，多个所述监测装置能够沿上下方向间隔开地设置。

根据本发明实施例的气体参数原位监测系统通过设置沿上下方向间隔开的多个该监测装置，从而可以原位测量多个预设深度的地层处的气体浓度(例如二氧化碳浓度)、并得到多个该预设深度的地层处的气体通量(例如二氧化碳通量)。

根据多个该地层的深度值和相应的通量值，可以得到测量范围内的气体浓度和气体通量随深度的变化曲线(梯度变化情况)，以便可以直观地监测不同深度的地层的气体浓度梯度和气体通量梯度，得到气体的地下立体扩散模型，进而可以准确地分析出气体运移、泄露情况。

优选地，每个所述监测装置为根据本发明第一方面所述的气体参数原位监测装置；

或者，所述外管为多个，多个所述外管间隔开地设置，每个所述监测装置为用于测量气体的浓度和/或通量的底部监测装置，多个所述底部监测装置一一对应地设在多个所述外管内；

或者，多个所述监测装置包括：用于测量气体的浓度和/或通量的底部监测装置；和至少一个气体参数原位监测装置，所述气体参数原位监测装置为根据本发明第一方面所述的气体参数原位监测装置，所述气体参数原位监测装置位于所述底部监测装置的上方，其中所述气体参数原位监测装置的第一集气管的至少一部分伸出所述外管，优选地，所述气体参数原位监测系统进一步包括至少一个第一固定板，所述第一固定板设在所述外管内，至少一个所述第一固定板一一对应地位于至少一个所述气体参数原位监测装置的上方，每个所述第一固定板上设有第一导气管孔和第一电缆孔，其中每个所述气体参数原位监测装置的第五导气管和第六导气管穿过位于其上方的所述第一固定板的第一导气管孔，每个所述气体参数原位监测装置的电缆穿过位于其上方的所述第一固定板的第一电缆孔，所述底部监测装置的电缆穿过每个所述第一固定板的第一电缆孔。

优选地，所述外管上设有至少一个通孔，所述第一集气管伸出所述外管，所述第一集气管的上端与所述外管的外周面密封地相连，所述第一导气管的第二端与所述外管的内周面密封地相连，其中所述第一集气管与所述第一导气管通过所述通孔连通。

优选地，所述外管的第一部分相对所述外管的其余部分向内凹陷以便形成第一容纳槽，所述外管的第二部分相对所述外管的所述其余部分向内凹陷以便形成第二容纳槽，其中所述气体参数原位监测装置的第一集气管位于所述第一容纳槽内，所述气体参数原位监测装置的第二集气管位于所述第二容纳槽内，优选地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽中的每一个的水平截面为弓形面，所述第一集气管和所述第二集气管中的每一个位于所述外管的所述其余部分的内侧。

优选地，所述外管包括用于形成所述第一容纳槽的顶壁面的第一水平部以及用于形成所述第二容纳槽的顶壁面的第二水平部，所述第一水平部上设有沿上下方向贯通其的所述通孔，所述第二水平部上设有沿上下方向贯通其的所述通孔，其中所述第一导气管的第二端与所述第一水平部的上表面密封地相连，所述第一集气管的上端与所述第一水平部的下表面密封地相连，所述第二导气管的第二端与所述第二水平部的上表面密封地相连，所述第二集气管的上端与所述第二水平部的下表面密封地相连。

优选地，每个所述气体参数原位监测装置进一步包括：第一上密封隔板和第一下密封隔板，所述第一上密封隔板和所述第一下密封隔板设在所述外管内，所述外管、所述第一上密封隔板和所述第一下密封隔板之间限定出第一密封腔，其中所述第一测量仪和所述第一导气管设在所述第一密封腔内，所述第二导气管的至少一部分设在所述第一密封腔内，所述第一集气管与所述外管密封地相连，所述第一集气管与所述第一密封腔连通，所述第一集气管的上端与所述第一导气管的第二端间隔开。

优选地，所述底部监测装置包括：用于测量气体的浓度和/或通量的第二测量仪；底密封隔板，所述底密封隔板与所述外管之间限定出集气室；以及第七导气管和第八导气管，所述第七导气管的第一端与所述第二测量仪的进气口连通，所述第七导气管的第二端与所述集气室连通，所述第八导气管的第一端与所述第二测量仪的出气口连通，其中所述第七导气管上设有第七开关阀，所述第八导气管上设有第八开关阀，优选地，所述第七开关阀为多个，所述第八开关阀为多个。

优选地，所述底部监测装置进一步包括：第九导气管，所述第九导气管的第一端与所述第七导气管相连，所述第九导气管的第二端与所述第二测量仪的出气口连通，所述第九导气管上设有第九开关阀，优选地，所述第九开关阀为多个；和第十导气管，所述第十导气管的第一端与所述第八导气管相连，所述第十导气管的第二端与所述第二测量仪的进气口连通，所述第十导气管上设有第十开关阀；

优选地，所述底部监测装置进一步包括：第十一导气管，所述第十一导气管能够沿上下方向延伸，所述第十一导气管的下端能够与所述第九导气管相连，所述第十一导气管上设有第十一开关阀，优选地，所述第十一导气管能够沿竖直方向延伸；和第十二导气管，所述第十二导气管能够沿上下方向延伸，所述第十二导气管的下端能够与所述第八导气管相连，所述第十二导气管上设有第十二开关阀，优选地，所述第十二导气管能够沿竖直方向延伸；

所述气体参数原位监测系统进一步包括第二固定板，所述第二固定板设在所述外管内，所述第二固定板位于所述底部监测装置的上方，所述第二固定板上设有第二导气管孔和第二电缆孔，其中所述底部监测装置的第十一导气管和第十二导气管穿过所述第二固定板的第二导气管孔，所述底部监测装置的电缆穿过所述第二固定板的第二电缆孔。

本发明第三方面提供气体参数原位监测方法，所述气体参数原位监测方法包括以下步骤：测量多个预设深度的地层处的二氧化碳的浓度以便得到二氧化碳的通量；和根据多个预设深度的地层处的二氧化碳的浓度和通量得到二氧化碳浓度和二氧化碳通量随地层深度变化的曲线。

通过利用根据本发明实施例的气体参数原位监测方法，从而可以直观地监测不同深度的地层的二氧化碳浓度梯度和二氧化碳通量梯度，得到二氧化碳的地下立体扩散模型，进而可以准确地分析出二氧化碳运移、泄露情况。

附图说明

图1是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的局部结构示意图；

图4是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的第一测量仪(第二测量仪)的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的第一固定板的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的气体参数原位监测系统的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1。如图1所示，根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1包括外管30和多个用于测量气体的浓度和/或通量的监测装置。外管30能够沿上下方向延伸。多个该监测装置能够设在外管30内，多个该监测装置能够沿上下方向间隔开地设置。

根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1通过设置沿上下方向间隔开的多个该监测装置，从而可以原位测量多个预设深度的地层处的气体浓度(例如二氧化碳浓度)、并得到多个该预设深度的地层处的气体通量(例如二氧化碳通量)，其中多个该地层的预设深度彼此不同。每个该监测装置可以根据箱体法通量计算公式得到该处地层的气体通量。

根据多个该地层的深度值和相应的通量值，可以得到测量范围内的气体浓度和气体通量随深度的变化曲线(梯度变化情况)，以便可以直观地监测不同深度的地层的气体浓度梯度和气体通量梯度，得到气体的地下立体扩散模型，进而可以准确地分析出气体运移、泄露情况。

由于根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1可以原位测量多个预设深度的地层处的气体浓度，因此气体参数原位监测系统1的测量精度显著高于其它间接的测量系统。气体参数原位监测系统1测量得到的数据可以用于校验运移模型和其它监测系统得到的数据，具有非常重要的作用。

因此，根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1能够精确地测量多个预设深度的地层处的气体浓度，从而可以准确地监测地质盖层中气体是否向上泄漏以及泄漏情况，由此可以证实地质封存的安全性。

在本发明的一组实施方式中，外管30可以是多个，多个外管30可以间隔开地设置，每个该监测装置可以是用于测量气体的浓度和/或通量的底部监测装置20，多个底部监测装置20可以一一对应地设在多个外管30内。换言之，底部监测装置20的数量可以等于外管30的数量，且一个外管30内可以设有一个底部监测装置20。

在本发明的另一组实施方式中，每个该监测装置可以是气体参数原位监测装置10。下面将对气体参数原位监测装置10进行进一步描述。下面参考附图描述根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1。如图1-图6所示，根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1包括外管30、底部监测装置20和至少一个气体参数原位监测装置10，底部监测装置20用于测量气体的浓度和/或通量。

外管30能够沿上下方向延伸，底部监测装置20设在外管30内。气体参数原位监测装置10设在外管30内，气体参数原位监测装置10位于底部监测装置20的上方。

气体参数原位监测装置10包括第一导气管121、第二导气管122、第一集气管141和用于测量气体的浓度和/或通量的第一测量仪110。第一导气管121的第一端与第一测量仪110的进气口连通，第二导气管122的第一端与第一测量仪110的出气口连通，其中第一导气管121上设有第一开关阀131，第二导气管122上设有第二开关阀132。

第一集气管141的一端能够与地层接触，第一集气管141的另一端与第一导气管121连通。其中，第一集气管141的至少一部分伸出外管30。

优选地，第一集气管141能够沿上下方向延伸，第一集气管141的上端能够与第一导气管121的第二端连通。

外管30和第一集气管141能够沿上下方向延伸包括：外管30和第一集气管141能够沿竖直方向延伸以及外管30和第一集气管141能够倾斜地沿上下方向延伸。其中，上下方向如图1中的箭头A所示。

下面以该气体为二氧化碳为例进行说明。为了利用根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1对地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况开展监测，先在需要监测的地点钻井以便得到监测井，然后将气体参数原位监测系统1安装到该监测井内。为了更加稳固地安装气体参数原位监测系统1，可以在该监测井的壁面与外管30之间回填细沙或土，以便填实该监测井的壁面与外管30之间的空间。

由于第一集气管141的至少一部分伸出外管30，因此第一集气管141可以与一定深度的地层(例如，外管30外的细沙)接触，由此该处地层的环境气氛可以依次通过第一集气管141和第一导气管121进入到第一测量仪110内，从而可以利用第一测量仪110测量该处地层的二氧化碳浓度和变化，进而根据箱体法通量计算公式得到该处地层的二氧化碳通量。

通过改变第一集气管141的下端的位置(例如通过改变第一集气管141的长度来改变第一集气管141的下端的位置，还可以通过改变气体参数原位监测装置10在外管30内的位置来改变第一集气管141的下端的位置)，可以使气体参数原位监测装置10的第一集气管141与预设深度的地层接触，由此可以得到该预设深度的地层的二氧化碳通量。

根据本发明实施例的气体参数原位监测装置10通过设置能够伸出外管的第一集气管141，从而可以收集预设深度的地层处的环境气氛，进而可以原位测量该预设深度的地层处的二氧化碳浓度、并得到该预设深度的地层处的二氧化碳通量。

因此，通过利用根据本发明实施例的气体参数原位监测装置10，可以得到预设深度的地层处的二氧化碳通量。

底部监测装置20可以原位测量该监测井的底部处的地层的二氧化碳浓度，进而可以得到该处地层的二氧化碳通量。例如，通过改变该监测井的深度和外管30的长度，可以使底部监测装置20原位测量预设深度的地层的二氧化碳浓度、并得到该预设深度的地层的二氧化碳通量。

根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1通过设置底部监测装置20和至少一个气体参数原位监测装置10，从而可以原位测量多个预设深度的地层处的二氧化碳浓度、并得到多个该预设深度的地层处的二氧化碳通量(多个该地层的预设深度彼此不同)。

根据多个该地层的深度值和相应的通量值，可以得到测量范围内的二氧化碳浓度和二氧化碳通量随深度的变化曲线(梯度变化情况)，以便可以直观地监测不同深度的地层的二氧化碳浓度梯度和二氧化碳通量梯度，得到二氧化碳的地下立体扩散模型，进而可以准确地分析出二氧化碳运移、泄露情况。

由于根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1可以原位测量多个预设深度的地层处的二氧化碳浓度，因此气体参数原位监测系统1的测量精度显著高于其它间接的测量系统。气体参数原位监测系统1测量得到的数据可以用于校验运移模型和其它监测系统得到的数据，具有非常重要的作用。

因此，根据本发明实施例的气体参数原位监测系统1能够精确地测量多个预设深度的地层处的二氧化碳浓度，从而可以准确地监测地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况，由此可以证实地质封存的安全性。

如图1-图6所示，在本发明的一些实施例中，气体参数原位监测系统1可以包括外管30、底部监测装置20和多个气体参数原位监测装置10。外管30能够沿竖直方向延伸，多个气体参数原位监测装置10可以沿竖直方向间隔开地设在外管30内，底部监测装置20可以位于多个气体参数原位监测装置10的下方。

气体参数原位监测装置10可以包括第一导气管121、第二导气管122、第一集气管141和用于测量气体的浓度和/或通量的第一测量仪110。第一导气管121的第一端与第一测量仪110的进气口连通，第二导气管122的第一端与第一测量仪110的出气口连通，其中第一导气管121上设有第一开关阀131，第二导气管122上设有第二开关阀132。

第一集气管141能够沿竖直方向延伸，第一集气管141的上端能够与第一导气管121的第二端连通，第一集气管141的至少一部分可以伸出外管30。

当利用气体参数原位监测装置10测量预设深度的地层处的二氧化碳浓度时，可以打开第一开关阀131和第二开关阀132，预设深度的地层处的环境气氛可以依次通过第一集气管141和第一导气管121进入到第一测量仪110内，由此第一测量仪110可以测量出该环境气氛中的二氧化碳浓度。测量完毕后，该环境气氛可以通过第二导气管122排出。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，气体参数原位监测装置10可以进一步包括第三导气管123、第四导气管124和第二集气管142。

第三导气管123的第一端可以与第一导气管121相连，第三导气管123的第二端可以与第一测量仪110的出气口连通，第三导气管123上设有第三开关阀133。第四导气管124的第一端可以与第二导气管122相连，第四导气管124的第二端可以与第一测量仪110的进气口连通，第四导气管124上设有第四开关阀134。

第二集气管142的一端能够与地层接触，第二集气管142的另一端可以与第二导气管122连通。优选地，第二集气管142能够沿上下方向延伸，第二集气管142的上端能够与第二导气管122的第二端连通。

当利用气体参数原位监测装置10测量预设深度的地层处的二氧化碳浓度时，预设深度的地层处的环境气氛可以依次通过第一集气管141和第一导气管121进入到第一测量仪110内，测量完毕后，该环境气氛可以通过第二导气管122排出。此外，预设深度的地层处的环境气氛还可以依次通过第二集气管142、第二导气管122和第四导气管124进入到第一测量仪110内，测量完毕后，该环境气氛可以依次通过第三导气管123和第一导气管121排出。

气体参数原位监测装置10可以包括第一三通(图中未示出)，该第一三通的第一端可以与第一导气管121的第一端相连，该第一三通的第二端可以与第四导气管124的第二端相连，该第一三通的第三端可以与第一测量仪110的进气口相连。由此可以使气体参数原位监测装置10的结构更加合理。

优选地，第一开关阀131可以是多个，第二开关阀132可以是多个，由此可以进一步确保气体参数原位监测装置10不漏气。如图2所示，第一开关阀131可以是两个，第二开关阀132可以是两个，第三导气管123的第一端可以位于两个第一开关阀131之间，第四导气管124的第一端可以位于两个第二开关阀132之间，由此可以使气体参数原位监测装置10的结构更加合理。在利用气体参数原位监测装置10测量预设深度的地层处的二氧化碳浓度时，可以打开和关闭相应的开关阀，以便使预设深度的地层处的环境气氛沿预设路径流动。

第二集气管142能够沿竖直方向延伸。由此可以使第二集气管142更加精确地与预设深度的地层接触，从而可以更加精确地建立测量范围内的二氧化碳浓度和二氧化碳通量随深度的变化曲线(梯度变化情况)，进而可以更加准确地分析出二氧化碳运移、泄露情况。

如图2所示，气体参数原位监测装置10可以进一步包括第五导气管125和第六导气管126。第五导气管125能够沿上下方向延伸，第五导气管125的下端能够与第三导气管123相连，第五导气管125上可以设有第五开关阀135。第六导气管126能够沿上下方向延伸，第六导气管126的下端能够与第二导气管122相连，第六导气管126上可以设有第六开关阀136。

由此可以利用第五导气管125和第六导气管126中的至少一个向第一测量仪110输送校正气体，从而可以对第一测量仪110进行校正。优选地，第五导气管125能够沿竖直方向延伸，第六导气管126能够沿竖直方向延伸。由此可以使气体参数原位监测装置10的结构更加合理。第五导气管125的上端可以伸出地面，第六导气管126的上端可以伸出地面。

优选地，第三开关阀133可以是多个，由此可以进一步确保气体参数原位监测装置10不漏气。如图2所示，第三开关阀133可以是两个，第二开关阀132可以是三个，第五导气管125的下端可以位于两个第三开关阀133之间，第六导气管126的下端可以位于两个第二开关阀132之间。由此可以使气体参数原位监测装置10的结构更加合理。在对第一测量仪110进行校正时，可以打开和关闭相应的开关阀，以便使校正气体沿预设路径流动。

在本发明的一个示例中，外管30上可以设有至少一个通孔，第一集气管141可以伸出外管30，即第一集气管141都可以在外管30的外面。第一集气管141的上端可以与外管30的外周面密封地相连，第一导气管121的第二端可以与外管30的内周面密封地相连，第一集气管141与第一导气管121可以通过该通孔连通。第一集气管141可以相当于集气室。

具体而言，当气体参数原位监测装置10为一个时，该通孔为一个；当气体参数原位监测装置10为多个时，该通孔为多个，多个第一集气管141和多个第一导气管121可以一一对应地与多个该通孔配合。第一集气管141的上端(第一导气管121的第二端)的内沿可以位于相应的该通孔的边沿的内侧或外侧，或者第一集气管141的上端(第一导气管121的第二端)的内沿可以与相应的该通孔的边沿平齐。

优选地，外管30上可以设有多个该通孔，第二集气管142可以伸出外管30，即第二集气管142都可以在外管30的外面。第二集气管142的上端可以与外管30的外周面密封地相连，第二导气管122的第二端可以与外管30的内周面密封地相连，第二集气管142与第二导气管122可以通过该通孔连通。

如图2所示，外管30的第一部分310可以相对外管30的其余部分向内凹陷以便形成第一容纳槽320，外管30的第二部分330可以相对外管30的其余部分向内凹陷以便形成第二容纳槽340。其中，第一集气管141可以位于第一容纳槽320内，第二集气管142可以位于第二容纳槽340内。

由此不仅可以利用第一容纳槽320和第二容纳槽340保护第一集气管141和第二集气管142，而且无需在该监测井的壁面上加工出容纳第一集气管141和第二集气管142的容纳槽，从而可以降低该监测井的钻井难度。

优选地，第一集气管141和第二集气管142中的每一个位于外管30的该其余部分的内侧。换言之，整个第一集气管141都可以位于第一容纳槽320内，整个第二集气管142都可以位于第二容纳槽340内。由此不仅可以进一步保护第一集气管141和第二集气管142，而且可以进一步降低该监测井的钻井难度。

第一容纳槽320和第二容纳槽340中的每一个的水平截面可以是弓形面，由此可以使气体参数原位监测装置10的结构更加合理。

如图2所示，外管30可以包括用于形成第一容纳槽320的顶壁面的第一水平部350以及用于形成第二容纳槽340的顶壁面的第二水平部360，第一水平部350上可以设有沿上下方向贯通其的该通孔，第二水平部360上可以设有沿上下方向贯通其的该通孔。

其中，第一导气管121的第二端可以与第一水平部350的上表面密封地相连，第一集气管141的上端可以与第一水平部350的下表面密封地相连，第一集气管141的上端可以通过该通孔与第一导气管121的第二端连通。第二导气管122的第二端可以与第二水平部360的上表面密封地相连，第二集气管142的上端可以与第二水平部360的下表面密封地相连，第二集气管142的上端可以通过该通孔与第二导气管122的第二端连通。

具体而言，第一导气管121的第二端的内沿和第一集气管141的上端的内沿可以与该通孔的边沿平齐或者位于该通孔的边沿的外侧，第二导气管122的第二端的内沿和第二集气管142的上端的内沿可以与该通孔的边沿平齐或者位于该通孔的边沿的外侧。

如图6所示，在本发明的另一个示例中，每个气体参数原位监测装置10可以进一步包括第一上密封隔板51和第一下密封隔板52。第一上密封隔板51和第一下密封隔板52可以设在外管30内，外管30、第一上密封隔板51和第一上密封隔板51之间可以限定出第一密封腔53。第一密封腔53可以相当于集气室。

其中，第一测量仪110和第一导气管121可以设在第一密封腔53内，即整个第一测量仪110和整个第一导气管121都可以位于第一密封腔53内，第二导气管122的至少一部分可以设在第一密封腔53内。第一集气管141可以与外管30密封地相连，第一集气管141可以与第一密封腔53连通，第一集气管141的上端可以与第一导气管121的第二端间隔开。预设深度的地层的二氧化碳可以通过第一集气管141进入到第一密封腔53，进而可以通过第一导气管121进入到第一测量仪110内。

优选地，第二导气管122可以设在第一密封腔53内，即整个第二导气管122都可以位于第一密封腔53内。第二集气管142可以与外管30密封地相连，第二集气管142可以与第一密封腔53连通，第二集气管142的上端可以与第二导气管122的第二端间隔开。

具体而言，第一集气管141可以通过该通孔与第一密封腔53连通，第一集气管141还可以伸入到第一密封腔53内；第二集气管142可以通过该通孔与第一密封腔53连通，第二集气管142还可以伸入到第一密封腔53内。

如3所示，在本发明的一些示例中，底部监测装置20可以包括第七导气管221、第八导气管222、底密封隔板42和用于测量气体的浓度和/或通量的第二测量仪210。底密封隔板42与外管30之间可以限定出集气室240。第七导气管221的第一端可以与第二测量仪210的进气口连通，第七导气管221的第二端可以与集气室240连通，第八导气管222的第一端可以与第二测量仪210的出气口连通。其中，第七导气管221上设有第七开关阀231，第八导气管222上设有第八开关阀232。

该监测井的底部处的地层(例如砂层)的环境气氛可以被收集在集气室240，进而可以通过第七导气管221进入到第二测量仪210内，由此第二测量仪210可以测量出该环境气氛中的二氧化碳浓度。测量完毕后，该环境气氛可以通过第八导气管222排出。

如图3所示，在本发明的一个示例中，底部监测装置20可以进一步包括第九导气管223和第十导气管224。

第九导气管223的第一端可以与第七导气管221相连，第九导气管223的第二端可以与第二测量仪210的出气口连通，第九导气管223上可以设有第九开关阀233。第十导气管224的第一端可以与第八导气管222相连，第十导气管224的第二端可以与第二测量仪210的进气口连通，第十导气管224上可以设有第十开关阀234。

当利用气体参数原位监测装置10测量该监测井的底部处的地层(例如砂层)处的二氧化碳浓度时，该地层处的环境气氛可以通过第七导气管221进入到第二测量仪210内，测量完毕后，该环境气氛可以通过第八导气管222排出。此外，该地层处的环境气氛还可以依次通过第八导气管222和第十导气管224进入到第二测量仪210内，测量完毕后，该环境气氛可以依次通过第九导气管223和第七导气管221排出。

底部监测装置20可以包括第二三通(图中未示出)，该第二三通的第一端可以与第七导气管221的第一端相连，该第二三通的第二端可以与第十导气管224的第二端相连，该第二三通的第三端可以与第二测量仪210的进气口相连。由此可以使底部监测装置20的结构更加合理。

优选地，第七开关阀231可以是多个，第八开关阀232可以是多个，由此可以进一步确保底部监测装置20不漏气。如图3所示，第七开关阀231可以是两个，第八开关阀232可以是两个，第九导气管223的第一端可以位于两个第七开关阀231之间，第十导气管224的第一端可以位于两个第八开关阀232之间，由此可以使底部监测装置20的结构更加合理。在利用底部监测装置20测量该监测井的底部处的地层(例如砂层)处的二氧化碳浓度时，可以打开和关闭相应的开关阀，以便使该地层处的环境气氛沿预设路径流动。

如图3所示，底部监测装置20可以进一步包括第十一导气管225和第十二导气管226。第十一导气管225能够沿上下方向延伸，第十一导气管225的下端能够与第九导气管223相连，第十一导气管225上可以设有第十一开关阀235。第十二导气管226能够沿上下方向延伸，第十二导气管226的下端能够与第八导气管222相连，第十二导气管226上可以设有第十二开关阀236。

由此可以利用第十一导气管225和第十二导气管226中的至少一个向第二测量仪210输送校正气体，从而可以对第二测量仪210进行校正。优选地，第十一导气管225能够沿竖直方向延伸，第十二导气管226能够沿竖直方向延伸。由此可以使底部监测装置20的结构更加合理。第十一导气管225的上端可以伸出地面，第十二导气管226的上端可以伸出地面。

第九开关阀233可以是多个，由此可以进一步确保底部监测装置20不漏气。如图3所示，第九开关阀233可以是两个，第八开关阀232可以是三个，第十一导气管225的下端可以位于两个第九开关阀233之间，第十二导气管226的下端可以位于两个第八开关阀232之间。由此可以使底部监测装置20的结构更加合理。在对第二测量仪210进行校正时，可以打开和关闭相应的开关阀，以便使校正气体沿预设路径流动。

此外，底部监测装置20还可以是气体参数原位监测装置10。底部监测装置20为气体参数原位监测装置10的技术方案与每个该监测装置为气体参数原位监测装置10的技术方案相同。

如图5所示，优选地，第一测量仪110可以包括二氧化碳浓度分析仪111、温湿度计112和压力计113，第二测量仪210也可以包括二氧化碳浓度分析仪211、温湿度计212和压力计213。

如图1和图3所示，在本发明的一个具体示例中，气体参数原位监测系统1可以进一步包括第二固定板620，第二固定板620可以设在外管30内，第二固定板620可以位于底部监测装置20的上方。

第二固定板620上可以设有第二导气管孔和第二电缆孔，底部监测装置20的第十一导气管225和第十二导气管226可以穿过第二固定板620的该第二导气管孔，底部监测装置20的电缆可以穿过第二固定板620的该第二电缆孔。第十一导气管225和第十二导气管226可以穿过一个该第二导气管孔，第十一导气管225可以穿过一个该第二导气管孔且第十二导气管226可以穿过另一个该第二导气管孔。

通过设置第二固定板620，不仅可以对第十一导气管225、第十二导气管226和底部监测装置20的电缆加以固定，而且可以防止因外界的空气和/或外管30内的空气对流而影响第二测量仪210的测量精度，以便更加准确地监测地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况。

优选地，可以对第二固定板620与外管30、第十一导气管225、第十二导气管226和底部监测装置20的电缆之间进行密封，从而可以进一步防止因外界的空气和/或外管30内的空气对流而影响第二测量仪210的测量精度。由此外管30、第二固定板620和底密封隔板42之间可以限定出第二密封腔43，第二测量仪210可以位于第二密封腔43内。

如图1和图4所示，气体参数原位监测系统1可以进一步包括至少一个第一固定板610，第一固定板610可以设在外管30内，至少一个第一固定板610可以一一对应地位于至少一个气体参数原位监测装置10的上方。换言之，至少一个第一固定板610和至少一个气体参数原位监测装置10在上下方向上可以交替设置。

每个第一固定板610上可以设有第一导气管孔611和第一电缆孔612，每个气体参数原位监测装置10的第五导气管125和第六导气管126可以穿过位于其(气体参数原位监测装置10)上方的第一固定板610的第一导气管孔611，每个气体参数原位监测装置10的电缆穿过位于其(气体参数原位监测装置10)上方的第一固定板610的第一电缆孔612，底部监测装置20的电缆穿过第一固定板610的第一电缆孔612。第十一导气管225和第十二导气管226也可以穿过第一固定板610的第一导气管孔611。

通过设置第一固定板610，不仅可以对第五导气管125、第六导气管126、每个气体参数原位监测装置10的电缆和底部监测装置20的电缆加以固定，而且可以防止因外界的空气和/或外管30内的空气对流而影响第一测量仪110的测量精度，以便更加准确地监测地质盖层中二氧化碳是否向上泄漏以及泄漏情况。

如图1所示，气体参数原位监测系统1还可以包括保护帽70，保护帽70可以设在外管30上，保护帽70可以覆盖外管30的上端口。

本领域技术人员可以理解的是，气体参数原位监测装置10还可以包括第一气泵150或第一风机160，底部监测装置20还可以包括第二气泵240或第二风机250。第一气泵150、第一风机160、第二气泵240和第二风机250都可以是已知的，第一气泵150和第一风机160可以进行抽气或打气，第二气泵240或第二风机250也可以进行抽气或打气。

第一气泵150、第一风机160、第二气泵240和第二风机250可以根据环境气氛的流动路径设在相应的导气管上。例如，第一气泵150和第一风机160可以设在第二导气管122上(如图2所示)，第二气泵240和第二风机250可以设在第八导气管222上(如图3所示)。

本申请的申请人的在先申请201510270108.7记载有根据箱体法通量计算公式得到的二氧化碳通量的技术方案，先将该在先申请201510270108.7全文引用作为参考。

本领域技术人员可以理解的是，第一测量仪110和第二测量仪210可以直接地输出二氧化碳的通量，也可以输出二氧化碳的浓度以及其他参数(例如温度、压力等)、由测量人员计算得出二氧化碳的通量。其中，第一集气管141的伸出外管30的部分相当于该在先申请201510270108.7中的集气室。

本领域技术人员可以理解的是，第一测量仪110和第二测量仪210都可以是已知的，利用第一测量仪110和第二测量仪210测量二氧化碳的浓度和/或通量的方法也可以是已知的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种气体参数原位监测装置，其特征在于，包括：

用于测量气体的浓度和/或通量的第一测量仪；

第一导气管和第二导气管，所述第一导气管的第一端与所述第一测量仪的进气口连通，所述第二导气管的第一端与所述第一测量仪的出气口连通，其中所述第一导气管上设有第一开关阀，所述第二导气管上设有第二开关阀，优选地，所述第一开关阀为多个，所述第二开关阀为多个；以及

第一集气管，所述第一集气管的一端能够与地层接触，另一端与所述第一导气管连通；优选地，所述第一集气管能够沿上下方向延伸；

优选地，在所述气体参数原位检测装置工作时，控制所述第一开关阀和所述第二开关阀处于开启状态，使得待测气体通过所述第一集气管和所述第一导气管进入所述第一测量仪中进行测量，再通过所述第二导气管离开所述第一测量仪。

2.根据权利要求1所述的气体参数原位监测装置，其特征在于，进一步包括：

第三导气管，所述第三导气管的第一端与所述第一导气管相连，所述第三导气管的第二端与所述第一测量仪的出气口连通，所述第三导气管上设有第三开关阀，优选地，所述第三开关阀为多个；

第四导气管，所述第四导气管的第一端与所述第二导气管相连，所述第四导气管的第二端与所述第一测量仪的进气口连通，所述第四导气管上设有第四开关阀；和

第二集气管，所述第二集气管的一端能够与地层接触，另一端与所述第二导气管连通；优选地，所述第二集气管能够沿上下方向延伸；

优选地，在所述气体参数原位检测装置工作时，能够控制所述第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀和第四开关阀的开关状态，使得待测气体通过所述第二集气管、第二导气管和第四导气管进入所述第一测量仪中进行测量，再通过所述第三导气管和所述第一导气管离开所述第一测量仪。

3.根据权利要求2所述的气体参数原位监测装置，其特征在于，进一步包括：

第五导气管，所述第五导气管能够沿上下方向延伸，所述第五导气管的下端能够与所述第三导气管相连，所述第五导气管上设有第五开关阀，优选地，所述第五导气管能够沿竖直方向延伸；和

第六导气管，所述第六导气管能够沿上下方向延伸，所述第六导气管的下端能够与所述第二导气管相连，所述第六导气管上设有第六开关阀，优选地，所述第六导气管能够沿竖直方向延伸；

优选地，通过所述第五导气管和/或第六导气管自地面引入气体至所述第一测量仪中，以对所述第一测量仪进行校正。

4.一种气体参数原位监测系统，其特征在于，包括：

外管，所述外管能够沿上下方向延伸，优选地，所述外管能够沿竖直方向延伸；和

多个用于测量气体的浓度和/或通量的监测装置，多个所述监测装置能够设在所述外管内，多个所述监测装置能够沿上下方向间隔开地设置。

5.根据权利要求4所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，

每个所述监测装置为根据权利要求1-3中任一项所述的气体参数原位监测装置；

或者，所述外管为多个，多个所述外管间隔开地设置，每个所述监测装置为用于测量气体的浓度和/或通量的底部监测装置，多个所述底部监测装置一一对应地设在多个所述外管内；

或者，多个所述监测装置包括：

用于测量气体的浓度和/或通量的底部监测装置；和

至少一个气体参数原位监测装置，所述气体参数原位监测装置为根据权利要求1-3中任一项所述的气体参数原位监测装置，所述气体参数原位监测装置位于所述底部监测装置的上方，其中所述气体参数原位监测装置的第一集气管的至少一部分伸出所述外管，优选地，所述气体参数原位监测系统进一步包括至少一个第一固定板，所述第一固定板设在所述外管内，至少一个所述第一固定板一一对应地位于至少一个所述气体参数原位监测装置的上方，每个所述第一固定板上设有第一导气管孔和第一电缆孔，其中每个所述气体参数原位监测装置的第五导气管和第六导气管穿过位于其上方的所述第一固定板的第一导气管孔，每个所述气体参数原位监测装置的电缆穿过位于其上方的所述第一固定板的第一电缆孔，所述底部监测装置的电缆穿过每个所述第一固定板的第一电缆孔。

6.根据权利要求5所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，所述外管上设有至少一个通孔，所述第一集气管伸出所述外管，所述第一集气管的上端与所述外管的外周面密封地相连，所述第一导气管的第二端与所述外管的内周面密封地相连，其中所述第一集气管与所述第一导气管通过所述通孔连通。

7.根据权利要求6所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，所述外管的第一部分相对所述外管的其余部分向内凹陷以便形成第一容纳槽，所述外管的第二部分相对所述外管的所述其余部分向内凹陷以便形成第二容纳槽，其中所述气体参数原位监测装置的第一集气管位于所述第一容纳槽内，所述气体参数原位监测装置的第二集气管位于所述第二容纳槽内，优选地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽中的每一个的水平截面为弓形面，所述第一集气管和所述第二集气管中的每一个位于所述外管的所述其余部分的内侧。

8.根据权利要求7所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，所述外管包括用于形成所述第一容纳槽的顶壁面的第一水平部以及用于形成所述第二容纳槽的顶壁面的第二水平部，所述第一水平部上设有沿上下方向贯通其的所述通孔，所述第二水平部上设有沿上下方向贯通其的所述通孔，其中所述第一导气管的第二端与所述第一水平部的上表面密封地相连，所述第一集气管的上端与所述第一水平部的下表面密封地相连，所述第二导气管的第二端与所述第二水平部的上表面密封地相连，所述第二集气管的上端与所述第二水平部的下表面密封地相连。

9.根据权利要求5所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，每个所述气体参数原位监测装置进一步包括：第一上密封隔板和第一下密封隔板，所述第一上密封隔板和所述第一下密封隔板设在所述外管内，所述外管、所述第一上密封隔板和所述第一下密封隔板之间限定出第一密封腔，其中所述第一测量仪和所述第一导气管设在所述第一密封腔内，所述第二导气管的至少一部分设在所述第一密封腔内，所述第一集气管与所述外管密封地相连，所述第一集气管与所述第一密封腔连通，所述第一集气管的上端与所述第一导气管的第二端间隔开。

10.根据权利要求5所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，所述底部监测装置包括：

用于测量气体的浓度和/或通量的第二测量仪；

底密封隔板，所述底密封隔板与所述外管之间限定出集气室；以及

第七导气管和第八导气管，所述第七导气管的第一端与所述第二测量仪的进气口连通，所述第七导气管的第二端与所述集气室连通，所述第八导气管的第一端与所述第二测量仪的出气口连通，其中所述第七导气管上设有第七开关阀，所述第八导气管上设有第八开关阀，优选地，所述第七开关阀为多个，所述第八开关阀为多个。

11.根据权利要求10所述的气体参数原位监测系统，其特征在于，所述底部监测装置进一步包括：

第九导气管，所述第九导气管的第一端与所述第七导气管相连，所述第九导气管的第二端与所述第二测量仪的出气口连通，所述第九导气管上设有第九开关阀，优选地，所述第九开关阀为多个；和

第十导气管，所述第十导气管的第一端与所述第八导气管相连，所述第十导气管的第二端与所述第二测量仪的进气口连通，所述第十导气管上设有第十开关阀；

优选地，所述底部监测装置进一步包括：

第十一导气管，所述第十一导气管能够沿上下方向延伸，所述第十一导气管的下端能够与所述第九导气管相连，所述第十一导气管上设有第十一开关阀，优选地，所述第十一导气管能够沿竖直方向延伸；和

第十二导气管，所述第十二导气管能够沿上下方向延伸，所述第十二导气管的下端能够与所述第八导气管相连，所述第十二导气管上设有第十二开关阀，优选地，所述第十二导气管能够沿竖直方向延伸；

所述气体参数原位监测系统进一步包括第二固定板，所述第二固定板设在所述外管内，所述第二固定板位于所述底部监测装置的上方，所述第二固定板上设有第二导气管孔和第二电缆孔，其中所述底部监测装置的第十一导气管和第十二导气管穿过所述第二固定板的第二导气管孔，所述底部监测装置的电缆穿过所述第二固定板的第二电缆孔。

12.一种气体参数原位监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量多个预设深度的地层处的二氧化碳的浓度以便得到二氧化碳的通量；和

根据多个预设深度的地层处的二氧化碳的浓度和通量得到二氧化碳浓度和二氧化碳通量随地层深度变化的曲线。