CN113685175B - 一种地下定深原位综合实验的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下定深原位综合实验的方法及装置,步骤是：(1)地下原位实验开始前，确定实验地层位置，设定封隔器系统的座封深度；(2)依托实验装置的原位取样系统进行二氧化碳咸水层注入实验前进行原位取样；(3)开展实验流程，在地面控制通过井下的油管控制系统向实验地层注入压力,通过地下实验平台进行井下监测；(4)实验流程与实验后的原位取样结束后，清洗实验地层清洗完毕后结束实验。装置它包括地面控制系统、封隔器系统、原位取样系统、油管控制系统、地下实验平台、温控系统功能模块。在地下任意深度进行物理、化学、生物等原位实验并充分利用同一地层开展多次大规模对照试验。结构简单，使用方便，可重复使用，精度高。

Description

一种地下定深原位综合实验的方法及装置
技术领域
本发明属于深部地质科研与地下能源开发技术领域，更具体涉及一种地下定深原位综合实验的方法，同时还涉及地下定深原位综合实验的装置，它适用于基于钻井工作，依托位于深地原位的地下实验平台进行实验，整个实验过程均在井下完成适用于对精度与可靠性有高标准的实验。
背景技术
实验是科研与生产领域的重要环节，深入了解所研究目标的详细物性特征，对其进行有效的实验必不可缺；深部地层中地质环境错综复杂其研究与实验阶段仍然停留在地表高温高压压力容器中实验或者深部洞穴或矿坑内开展实验，对地表下进行研究的难度远高于地表上研究；在深部地层进行活动必须准确的了解其地质物理化学特征及其目标对象的理化性质变化，了解地下深部地质环境与理化性质特征与演化的主要技术手段是对深部地层进行有效的实验与监测，然而对深部地层进行开展作业活动的深部地质科研与能源生产领域所需的地下实验尤其是原位地下实验的技术难度较高，成本高昂，因此需要一种能在地下进行有效与低成本的地下原位实验工作的装置。
目前对地下深部地层开展的实验除少数实验可依托钻井平台设备在井下深部目标地层直接进行，如注入实验、示踪实验等，如需提高实验效果一般的实验方式为地面模拟实验与地下实验室实验，地面模拟实验是在钻井指定深度内取样后于井场地面进行初步的实验然后对样品进行密封保存运送到实验室中模拟还原深部地层环境对所取的样品进行实验，该方法实验效果受到样品的取样、保存、运输质量与井下地层原始环境模拟还原度等方面的情况的制约，地层深度越高模拟实验条件越苛刻，可进行模拟实验样品越大，对实验设备与实验室的要求就越苛刻，实验的费用也会水涨船高，因取样方法、密封运输、保存样品方式与地层环境模拟方式的不同实验结果会有较大的差异，实验结果的误差值难以估计。地下实验室实验一般在指定的深度地层地下开挖土方施工或者利用现有矿坑或洞穴建立实验室，虽然可以在地下利用部分环境直接进行实验获得较理想的实验效果，但实验室施工复杂且投资巨大，施工难度与成本随着模拟深度和实验环境严苛程度的提高而增大，其运维成本也非常高昂。而原有的依托钻井平台设备，对地层进行直接实验，同时采用监测装置实时获取深部地层环境变化，但是实验一般为一次性，投资高昂，实验结果难以重复。因此需要一种能克服传统实验技术建设成本高，误差值不易控制、对地层的干扰不可控的缺点，提高整个实验的可靠性，是地下实验方式的改进方向。
发明内容
本发明在克服上述原有的传统井下实验取样、地面模拟实验方法存在缺陷的基础上，目的是在于提供了一种地下定深原位综合实验的方法，方法易行，操作简便，有效的提高了整个实验的可靠性，有力的改进了地下实验的方式，更先进，更准确，不需要大量开挖地层即可在深地进行直接进行原位实验与取样,可在地下任意深度进行物理、化学、生物等类型的原位实验并充分利用同一地层开展多次大规模对照试验，对地层特性与表征数据可重复利用与进一步细化具有大幅度降低大样品试验的成本、便于多次对照试验。研究同一地质结构与不同试验条件的理化反应-生物-流动传质与传热基础规律、机制与过程，及复杂地层的响应规律的基础研究与技术验证工作。
本发明的另一个目的是在于提供了一种地下定深原位综合实验的装置，结构简单，使用方便，可重复使用，较之地面模拟实验装置，实验精度高。
为了实现上述的目的,本发明采用以下技术措施：
其技术构思是：在钻井内指定深度的目标地层坐封的封隔器系统处下放置原位实验装置，原位实验装置以地下实验平台为核心，地下实验平台内安装的实验仪器(井下机器人、各类传感器)与通过气动、液动、电动等驱动方式在井下工作运行；通过地面控制系统对钻井内的地下实验平台进行实验运作控制，本发明依托地下实验平台与取样系统可对目标地层进行地下环境进行井下实验、井下环境动态监测、深井取样、钻井注采分析、地上的控制系统通过油管、光纤、毛细管、电缆等方式穿过钻井下的封隔器系统与地下的原位实验装置进行连接，整个地下实验过程完全在钻井下完成不需要与传统实验方式一样进行井下取样后与地表分析实验，也无需对深部地下环境进行模拟还原，实验结果的可靠性更高，实验费用更低，可利用地层流体清洗地层进行多次重复实验；解决了传统取样实验方法实验结果存在不稳定的影响因素；同时借助实验平台进行原位实验时也能及时了解井下情况。
为突破以往成本高昂且实验误差不易控制的地面模拟实验与利用矿坑与矿坑进行的难以重复地下实验，达成在地面依托于钻井可在50-20000m深度利用本发明所述的原位实验装置为核心，多次进行重复进行高精度的深地原位实验的目的，可进行性大量的地下物理、化学、生物等类型原位实验,设计了一种地下定深原位综合实验的方法，其步骤是：
1.地下原位实验开始前，首先确定实验地层位置，控制油管控制系统在钻井下设定封隔器系统的座封深度，待油管控制系统到达指定的深度后，座封封隔器系统在指定深度形成密闭的实验地层。
2.依托原位实验装置的原位取样系统进行在实验前对实验地层进行原位取样，确认实验地层内各物质的组分与背景值。
3.开展实验流程，在地面控制井下的油管控制系统与地下实验平台互相协作进行实验需求的相关的地深原位实验，获取地层表征，原位化学实验(井下成矿、井下腐蚀、地层成分分解等)通过地下实验平台在实验地层内直接进行，原位物理实验(井下岩体结构微改造与分离、地层渗透率实验、井下物质扩散实验等)通过地下实验平台的井下机器人对原始地层进行作业实验、地深原位实验所需的额外反应试剂与物质(气、水、油、酸、碱、盐、同位素等)由油管控制系统由地面向井下输送，实验位置位于地下实验平台下方，原位实验的进程主要由地下实验平台进行控制，实验时井下图像与温度、压力、电导、ORP、PH等值可借助实验平台内传感器实时了解，实验完毕后立即再次使用原位取样系统进行步骤2的原位取样对井下各物质组分坐进一步的详细检测与背景值对比，根据实验前后原位取样各物质组成变化情况协助实验分析；
4.实验流程与实验后的原位取样结束后，在地面解封封隔器系统后通过油管控制系统向实验地层注入原始地层流体清洗实验地层，将地层内各物质组成恢复到实验前的初始值，清洗实验地层清洗完毕后结束实验，等待下次实验；
通过上述四个步骤的技术措施：尤其最关键的步骤3的操作，解决了难以进行深地原位的技术难点，实现了任意深度的地层直接进行实验达到了原位实验的技术效果，不同与地面实验室模拟实验与地下建造实验室实验直接在地下地层实验，与原有的技术相比，减少了模拟实验不能完全还原地层原始环境的问题，且不大量开挖地下岩土对地层原始结构几乎没有影响，大幅度提高了实验进度，较之地面模拟实验与开依托矿坑洞穴或者开挖地层建立地下实验室，只需依托钻井就能使用实验装置进行重复原位实验，不同于地面模拟实验因模拟还原地下原始环境需要昂贵的实验器械与维护费用，也不同于地下实验室高深度的施工设施难度与的影响，成本下降显著。
一种地下定深原位综合实验的装置，它包括地面控制系统、封隔器系统、原位取样系统、油管控制系统、地下实验平台、温控系统等功能模块；其特征在于：实验平台主体设置在钻井中，整体使用耐腐蚀与耐高压材料(如316L不锈钢、哈氏合金)制作，可在地下长期使用，地面控制系统设置在地面上的钻井口旁，地面控制系统分别与钻井内原位取样系统、油管控制系统相连，封隔器系统分别与地下实验平台，油管控制系统相连，原位取样系统主体设置在封隔器系统上方，其进样端与地下实验平台安装在封隔器系统下的油管控制系统末端上；温控系统包裹连接着原位取样系统，地面控制系统是原位实验装置的主控单元；其安装位置位于地面，可控制原位实验装置的运行工作，可控制封隔器系统坐封与解封、原位取样系统的微量原位多相(气、液、固、生)进样、取样；油管控制系统的注采实验、井下示踪分析、地层样品的大量取样；地下实验平台的井下各项实验与监测工作。
通过上述六个零部件，尤其是地下实验平台关键零部件，地面控制系统在地面连接实验平台可通过地面直接控制与监测井下原位实验的进行，与地面控制系统相连的油管控制系统与可控制油管在钻井内的深度，因封隔器系统与实验平台与油管控制系统相连，地面可以随时在井下任意深度解封与座封封隔器系统，使实验平台亦可工作与任意深度的实验地层，解决了深地原位实验难的问题，本发明不同于现有的地表模拟实验与地下实验室实验，直接与地下进行，减小了实验误差，提高了实验可靠性与经济性；
地面控制系统是原位实验装置实施地下取样与实验的主控单元，可控制协助进行井下进样、取样与深井实验控制；包括压力源、压力驱动管、流体减压阀、控制面板、取样容器等功能元件；控制面板内还集成有一号驱动管、一号驱动管阀门、二号驱动管、二号驱动管阀门、三号驱动管、三号驱动管阀门、四号驱动管、四号驱动管阀门、一号取样管、一号取样管阀门、二号取样管、二号取样管阀门、三号取样管、三号取样管阀门、四号取样管、四号取样管阀门、驱动压力表、一号压力表,二号压力表、三号压力表，等取样控制功能模块；压力驱动管连接控制面板内安装的驱动压力表后分别与安装一号驱动管阀门的一号驱动管与安装有三号驱动管阀门的三号驱动管连接；一号驱动管又分别与安装二号驱动管阀门、一号压力表的二号驱动管与安装二号取样管阀门的二号取样管连接；二号取样管又与安装一号取样管阀门、二号压力表的一号取样管与三号取样管连接；三号驱动管又与安装三号压力表的四号取样管阀门的四号取样管连接；三号取样管、四号取样管与控制面板外的取样容器相连，取样容器包括气态取样容器与液体取样容器；一号取样管、二号驱动管、四号驱动管与原位取样系统相连；安装地面控制系统在井口驱动原位取样系统中进样的地下流体样品抬升达到地面，具体的由压力源内的高压驱动流体(纯净水、油等液体流体或者N2等惰性类气态流体)驱动置换进入原位取样系统管路内流体样品到地面，压力源通过安装流体减压阀的压力驱动管与控制面板连接传输驱动流体，压力源内的高压驱动流体初始压力较高(最高为100Mpa)通过与其相连的流体减压阀能控制压力源输出的高压驱动流体的压力值大小(压力控制范围为0-100MPa)压力的输出值与取样时的要求决定，控制面板能控制压力源输出的高压驱动流体流通方向，亦可控制取样与进样过程，可提供最高输出压力为100Mpa的高压驱动流体；在地下流体取样过程中井下的取样地层压力受到地面控制系统的控制，其压力上升与下降变化幅度控制在原始取样地层压力的5％内，确保取样过程中地层流体样品不会因为压力条件的突然变化而失真,地面控制系统1在地面还可控制钻机而控制封隔器系统、油管控制系统与地下实验平台。
封隔器系统中的封隔器元件使用油田生产领域的标准封隔器元件，具有井下解封功能，包括上下并联的第一封隔器与第二封隔器；封隔器系统中第一封隔器通过上方螺纹连接油管控制系统并留有原位取样系统与地下实验平台管路孔位，封隔器的解封与坐封动力由其相配套的设施通过油管控制系统传导到井下封隔器中(如液压、气压等)，可根据需要通过油管控制系统控制封隔器系统的工作深度，在钻井内指定深度坐封形成实验地层；原位取样系统、地下实验平台与地面控制系统连接的相关管线在井下穿过封隔器系统预留的孔位到达实验地层，实验前坐封封隔器系统使封隔器坐封的密闭空间内的地下实验平台可在井下进行实验工作；封隔器系统坐封后可以解封,在目标深度完成实验后可通过地面控制系统控制解封封隔器系统再次在其他深度的地下目标地层中进行坐封等待下次实验，使整个原位实验装置可在同一钻井的任意深度进行地下原位实验；封隔器系统的封隔器数量可根据实验的具体要求进行调整，根据需求可在钻井内不同深度的上下位置同时使用多个封隔器并联坐封，在每个封隔的密闭空间内均可放置实验装置，进行多层位实验。
原位取样系统是地下实验装置在封隔器系统在坐封的实验地层中进行微量原位多相取样的主要设施，是协助分析实验装置在深度原位实验对地层各物质组分造成影响的补充，主要材质为耐腐蚀的金属材料(如316L不锈钢)，管路的直径根据需要可选择1/8”、1/4”等规格(根据需要选择也可是其他尺寸)，与实验地层相连的原位取样系统管路通穿越封隔器系统与地面控制系统相连，可进行多相原位取样包括U型取样管、I型取样管两个主要功能模块；U型取样管包括U型控制管、U型样品取样管、U型进样管、U型取样单向阀、多相分离进样系统，I型取样管包括I型控制取样管与I型取样过滤器，U型取样管的U型控制管、U型样品取样管分别与地面控制系统内的二号驱动管、一号取样管连接；I型取样管内与I型控制取样管与地面控制系统内的四号驱动管连接；U型取样管是井下实验平台液态与细小粉末状固态样品(固态样品的来源为地层中的原始悬浮物、与地下实验平台通过超声波粉碎等方式产生的细小固体样品)原位取样主要功能单元，U型取样管中下部与实验地层相连具有进样分离功能模块的多相分离进样系统，其设计有多种类型，这里提供一种多孔管柱状态结构方案，管壁采用不同亲疏性的多孔材料可在地下直接分离实验地层中多相流体(如液态油水混合物样品中的油/水与细小的固态样品分离出来)可在井下实现多相流体进样分离，其详细情况可参考专利号CN110439552A“一种基于钻井的多相流保真取样装置及方法”，U型取样单向阀的方向为从下到上，可防止U型控制管与U型样品取样管内的流体样品回流到实验地层内并防止层间串流，U型取样管不取样时管路内填充满高压驱动流体，取样时对U型取样管的U型样品取样管、U型控制管交替进行泄压，此时实验地层中分离好的多相流体样品开始进样不同相态的流体样品先后进入U型取样管管路内，当进样时地层压力会略微下降此时地面控制系统可通过I型取样管进行地层加压，U型取样管泄压完毕进样完成后可通过地面控制系统对U型取样管的U型控制管注入高压驱动流体，多相流体样品先后通过U型样品取样管到达地面在地面便可取到分离后的样品；I型取样管是井下实验平台气态样品原位取样主要功单元，其下部I型取样过滤器与实验地层相连，地面控制系统可通过I型控制取样管向实验地层注入高压驱动流体，小幅度稳定的提升地层压力(不超过原地层压力的5％)，促进U型取样管进样，实验地层中气态原位样品可通过注入的高压驱动流体为载体一起通过I型取样管返回到地面上；为使原位取样系统能在井下任意位置，原位取样系统与地面控制系统所有连接管线可预留部分长度并固定在如绞盘等工具中，根据需求改变连接的管线长度，原位取样系统的管线软连接固定在油管控制系统上，随其移动改变取样深度，原位取样系统的取样步骤如下：
A、取样开始前检查所有的管路阀门，如无异常先依次开启流体减压阀，待残留样品排空完毕且高压驱动流体填充满原位取样系统内U型取样管后，即可依次关闭其他所有阀门结束排空环节，通过地面控制系统填充满高压驱动流体于U型取样管内，关闭所有阀门进行取样；
B、先开启流体减压阀、三号驱动管阀门，开始地层加压进样环节，压力源内的高压驱动流体通过地面压力驱动管、三号驱动管、四号驱动管，原位取样系统中I型取样管内的I型控制取样管向封隔器系统座封的取样地层注入高压驱动流体，略微提高地层压力，观察三号压力表P3的数据并通过地面控制系统调整注入流体压力，使其不高于原始地层压力的5％，高压驱动流体在取样地层内注入约1min后关闭三号驱动管阀门；
C、打开一号取样管阀门、U型取样管开始进样，缓慢释放U型取样管中右部U型样品取样管内的高压驱动流体，因U型样品取样管内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统在地下分离后通过U型取样单向阀开始缓慢进入到U型取样管中，U型取样管中U型样品取样管的泄压约1min后关闭一号取样管阀门重复一次进行步骤B的环节；
D、二号取样管阀门、继续进样，缓慢释放U型取样管中左部U型控制管内的高压驱动流体，因U型控制管内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统在地下分离后通过U型取样单向阀开始缓慢进入到U型取样管中，U型取样管中U型控制管泄压约1min后关闭二号取样管阀门，重复步骤B、步骤C、步骤D各一次，完成一个完整进样循环；
E、重复步骤A、B、C、D各5-6次，完整进样循环，待地面控制系统中控制面板内的一号压力表P1,二号压力表P2压力参数均为0，代表U型取样管泄压完毕，即可开启一号驱动管阀门、二号驱动管阀门、一号取样管阀门，压力源内的高压驱动流体驱动U型取样管内的分离后固/液流体样品先后到达取样容器的液体取样容器中，可使用多个液体取样容器收益分离后的液体样品与固体样品，取样时取末尾段的样品，待三号取样管无样品流体流出后，先关闭一号取样管阀门继续向U型取样管内注入高压驱动流体提高U型取样管管内压力，待一号压力表P1,二号压力表P2压力惨数均为驱动压力表P0的压力参数值后即可先关闭流体减压阀确保安全后再关闭其他所有阀门；
F、打开四号取样管阀门释放通过I型取样管的I型控制取样管注入到封隔器系统座封的取样地层中的高压驱动流体，取样地层中的气体样品以一起混合的高压驱动流体为载体通过I型取样管的I型控制取样管、地面控制系统中的四号驱动管、四号取样管到达取样容器内气体取样容器中，待四号取样管无气体排出后关闭四号取样管阀门，确保U型取样管内压力不低于地层压力后，结束本次取样，等待下次取样。通过原位取样步骤可获得实验地层的原位样品。
油管控制系统是控制封隔器系统坐封深度、原位取样系统取样深度、地下实验平台实验深度并对实验地层进行大量的反应物混合配样、流体注入、地层取样、地层清洗的主要设施，主要结构由上部的进样系统与下部彼此相连的直径为等尺寸(根据需要选择也可是其他尺寸)油管组成；进样系统的种类很多，本发明在这里提出其中的一种进样系统的方案：进样系统由固液进样口、加压管、固液磁力搅拌器、活动隔膜、磁力搅拌装置、气态送样器与样品出样口组成，固液磁力搅拌器中部间有可拆卸安装的活动隔膜，可在进样前拆卸进样后安装；固液磁力搅拌器顶部有固液进样口与加压管分别用以输送反应物样品(粉末状固体试剂与液体试剂)与控制搅拌器内部加压向实验地层输送样品；固液磁力搅拌器底部中央有磁力搅拌装置，能充分混合从进样口进入的样品，固液磁力搅拌器底部有与气态送样器组成相连的样品出样口，需要使用进样系统进样时使用空压机向加压管与气态送样器加压，固液磁力搅拌器中的固液混合样品在活动隔膜的推动下通过样品出样口流出，气态送样器中的气态样品与样品出样口的固液混合样在样品出样口下部连接处交汇后与气态送样器一起以连续混合样液体-气泡均匀的输送到实验地层内，油管还可大量单独注入不需要充分混合的样品进入地层或者根据直接注入高压驱动流体需求加压地层(提升0-100Mpa)地面控制系统通过控制地面钻井口上安装油田领域的标准钻机控制油管上下移动；油管控制系统配合地面控制系统可对封隔器系统进行控制让封隔器系统在钻井内随油管进行上下移动并坐封与解封，封隔器系统解封后油管控制系统可在钻井内上下提至指定位置打压再度坐封封隔器系统使地下实验平台不同深度进行实验工作，油管控制系统还能向实验地层注入如示踪剂、井下实验反应试剂、纯净水等流体具备油管的正常注采功能，可配合地下实验平台在实验地层进行如井下示踪实验等各项实验工作，并可将实验地层中的流体抽取到地面上，还可进行大量的井下流体取样与地下实验地层的清洗工作，油管控制系统的取样工作主要进行大量的实验地层样品取样要需求，与原位取样系统微量的原位取样需求互为补充，油管控制系统可以根据油管的连接数量控制其下井深度而改变地下实验装置在钻井内的工作深度。
地下实验平台是进行进行实验的主要设施，也是实验装置的核心装置，可获取地层的表征情况，利用原始地层流体在实验后清洗地层后可在地下反复进行实验；不断更新地层表政信息，提高地层认知水平安装在封隔器系统下方如有需求可在地下实验平台下方指定深度加装封隔器，包括实验平台、实验机器人、测试传感器等功能模块；可在地下各深度(50-20000m)直接进行井下各种物理化学等原位实验，如实验地层物性测试实验(地层渗透率、地层结构、地球化学等参数进行实验测试)、反应剂与地层的化学实验反应情况(如化学试剂对地层岩体的反应腐蚀与化学反应新物质生成情况)、地层监测(地层影像、地层参数监测等)、力学实验(施加于钻井壁围岩)与电磁波(红外、可见光、伽马、中子)实验，依托钻井还可使用专用井下测井设备进行测井(9参数)、井间电磁波法、VSP(井间地震)；地下实验平台的实验器械动力依靠光电传输管道、液气动力传输管道输送，光电传输管道与液气动力传输管道使用卡扣、焊接等方式固定在油管控制系统油管外壁，上部与地面控制系统连接，下部穿过封隔器系统紧贴油管外壁到取样地层与实验平台连接；光电传输管道主要为电缆、光纤等传输线路，液气动力传输管道主要为高耐压的液压管与空压管等传输线路，光电传输管道与液气动力传输管道在井下均可铠装防止腐蚀；实验平台内安装有电阻式加热线圈，用于实验时提高温度(提升0-100℃)，实验平台下方集成实验机器人与测试传感器；实验机器人为液压气压驱动(亦可使用电力驱动)，动力源来自液气动力传输管道,可在钻井内的实验地层进行微震、声波、切割、射孔等不改变地层原始结构的实验，井下实验平台可对井壁地层岩石作用，通过超深波粉碎等方式作用于井壁岩石，产生细小的粉末状固体样品，井壁的粉末状固体样品可取到地面，不需要取芯工作；还可通过实验机器人对井下实验地层的钻井壁地层进行渗透、传质、传热等实验工作，进一步对地层进行；测试传感器包括温度、压力、PH、ORP、电导、拉曼光谱、井下图像等系列传感器(测试传感器根据传感器特性与实验需求各自选择电传感器或光纤传感器，测试传感器的通过光电穿输管道与地面控制系统连接保证传感器能在井下正常工作并进行测试数据传导；同一测试单项值亦可同时设置电传感器与光纤传感器进行监测，两种传感器的测试数值可互相参考减少误差值)井下设备；所有实验均在井下原始环境进行，无需地面设置实验室模拟井下环境进行实验，提高实验的准确性；地下原位实验时如果想提高地层的反应压力可通过原位取样系统的I型控制取样管向封隔器系统座封的实验地层内注入惰性类气体(N2、Ar等)，地下实验平台的传感器可监测通过油管控制系统注入到实验地层中试剂在与实验平台进行实验对实验地层带来各项变化(地层化学组成、力学特征等变化)由光电传输管道传导各项数据到地面控制系统中并记录，相较于地面实验室模拟实验反应样品体积与反应空间更大，实验完成后可对钻井进行清洗，反复进行，建设成本与运维成本均显著降低；在一片实验区域内多个钻井内安装地下实验平台进行实验并监测了解该区域内流体物质、地震波、热量等传输情况，详细了解实现区域的地层各项参数可协助该区域图像资料搜集、区域地层建模与监测等工作，提高整体实验与监测精度；地下实验平台的管线与原位取样系统相同亦可预留长度并固定在绞盘等工具上，根据实验需求改变管线长度。
温控系统的作用是维持整个取样装置尤其是原位取样装置内温度的稳定，使取样装置与井底温度保持一致，防止取样过程中因温度的变化造成样品失真，温控系统主要由保温层、分布式温控元件、一号温度传感器、二号温度传感器构成，分布式温控原位为分布式电阻丝加热带、水浴管路等加热装置，加热部件均为常规元件，市面上有售。一号二号温度传感器可使用点式温度传感器或分布式传感、FBG光栅传感、光纤传感器、电阻式传感器等；温控系统在井下使用保温层包裹原位取样装置的U型控制管、U型样品取样管、I型控制取样管，保温层使用保温材料有助于维持温控系统内温度稳定，在保温层包裹的原位取样系统的U型样品取样管与I型控制取样管周围安装有分布式温控元件，一号温度传感器与U型样品取样管相连(紧贴)，二号温度传感器与I型控制取样管相连(紧贴)；分布式温控元件是温控系统内主要温度调节单元，一号温度传感器监视U型样品取样管管内的温度，二号温度传感器监视控制及I型控制取样管管内温度，温度与压力的突然变化会造成样品的离析使样品的成分与各组分含量发生改变，温控系统与地面控制系统一起运转可以有效的控制取样装置内压力、温度等条件，防止取样过程中温度与压力的突然改变样品中的各成分比例发生改变，保证取样为保真取样。
综上所述，本发明具有大幅度降低大样品试验的成本、便于多次对照试验。研究同一地质结构与不同试验条件的理化反应-生物-流动传质与传热基础规律、机制与过程，及复杂地层的响应规律的基础研究与技术验证工作。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
单井可以实现：T-H-M-C(温度-多相态渗流-力学-化学-传质传热过程)；综合了固液气生多相取样装置(取样)+井壁取粉末(不用井壁取芯)；监测系统(P、T、C(电化学监测)与石油测井-地球物理化学勘察工具))、M(力学测试))，依托本发明的钻井可进行测井(9参数)、井间电磁波法、VSP(井间地震)等测试，可以实现示范与监测场地内的高频率与长期地地下原位实验、保真取样、监测与技术论证等工作；
有实验所需的进样系统：发明在地表有可充分混合实验所需的反应物(粉状固体、液体(反应液体)、气体、生物、示踪剂等物质混合，以流态进入地层进行实验)地表混合设备；
有可控制地层的荷载装置：发明可在地面控制井下反应地层温度、压力(地层液体配制施加压力、或者气体)；
环保的清洗系统：发明可充分利用地层原始流体对实验地层进行清洗，地层不会因地下实验遭受污染，保障实验可持续进行，重复利用同一地层开展规模化实验，对象同一便于对照研究，开展大样品的重复实验。表征更加精细且更新，不断提高实验与科学认识水平；
大幅度降低成本：不需要地面安装可产生高温高压环境的实验装置，整个实验与地层原始环境井下，可经济使用大样品(数十米到数百米范围)在地下实验；
提高了安全性：实验装置位于地下，不涉及常规的高压实验室管理规定，采用油气部门安全管理即可；
可对地层施加边界条件：温度(电热)、压力(注入系统施加)、电磁波(红外、可见光、伽马、中子)、力学(施加围岩)；
附图说明
图1为一种地下定深原位综合实验的装置结构示意图；
图2为一种地下定深原位综合实验的装置中的地面控制系统示意图；
图3为一种地下定深原位综合实验的装置中的封隔器系统示意图；
图4为一种地下定深原位综合实验的装置中的原位取样多相分离装置示意图；
图5是温控系统示意图；
图6为一种地下定深原位综合实验的装置中油管控制系统的进样系统结构图；
其中：1－地面控制系统：10－压力源、11－压力驱动管、12－流体减压阀、13控制面板、1101一号驱动管、1102－二号驱动管、1103－三号驱动管、1104－四号驱动管、1111一号取样管、1112-二号取样管、1113－三号取样管、1114－四号取样管、1201一号驱动管阀门、1202－二号驱动管阀门、1203－三号驱动管阀门、1204－号驱动管阀门、1211一号取样管阀门、1212－二号取样管阀门、1213－三号取样管阀门、1214-四号取样管阀门、P0－驱动压力表、P1一号压力表、P2－二号压力表、P3－三号压力表、14－取样容器、1401－气体取样容器、1402－液体取样容器；
2－封隔器系统：21－第一封隔器、22－第二封隔器、
3－原位取样系统、31－U型取样管、311－U型控制管、312－U型样品取样管、313－U型进样管、314－U型取样单向阀、315－多相分离进样系统、32－I型取样管、321－I型控制取样管、322－I型取样过滤器；
4－油管控制系统；
41 油管 42 进样系统 421 固液进样口 422 加压管 423 固液磁力搅拌器 424活动隔膜 425 磁力搅拌装置 426 气态送样器 427样品出样口
5－地下实验平台、51－实验平台、52－实验机器人、53－测试传感器。
上述各零部件市场上购置。
具体实施方式
实例1：
一种地下定深原位综合实验，在某地进行咸水层二氧化碳注入实验，该试验仅仅是地深实验平台可进行的地下原位实验的一种，从实验开始当日上午9:00开始注入二氧化碳，实验开始前监测井底压力、温度：压力为8.116Mpa，温度为：34.1℃。二氧气化碳注入实验,一种地下定深原位综合实验的方法，其步骤是：
1.地下原位实验开始前，首先确定实验地层位置，控制油管控制系统在钻井下设定封隔器系统的座封深度为1200m，到达指定的深度后座封封隔器系统；
2.依托实验装置的原位取样系统进行二氧化碳咸水层注入实验前进行原位取样，原位取样的步骤如下：
A、取样开始前检查所有的管路阀门连通情况，如无异常先依次开启流体减压阀12，待残留样品排空完毕且高压驱动流体填充满原位取样系统3内U型取样管31后，即可依次关闭其他所有阀门结束排空环节，通过地面控制系统1填充满高压驱动流体于U型取样管31内，关闭所有阀门进行取样；
B、先开启流体减压阀12、三号驱动管阀门1203，开始地层加压进样环节，压力源10内的高压驱动流体通过地面压力驱动管11、三号驱动管1103、四号驱动管1104，原位取样系统3中I型取样管32内的I型控制取样管321向封隔器系统2座封的取样地层注入高压驱动流体，略微提高地层压力，观察三号压力表P3的数据并通过地面控制系统1调整注入流体压力，使其不高于原始地层压力的5％，高压驱动流体在取样地层内注入约1min后关闭三号驱动管阀门1203；
C、打开一号取样管阀门1211、U型取样管31开始进样，缓慢释放U型取样管31中右部U型样品取样管312内的高压驱动流体，因U型样品取样管312内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统2座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统315在地下分离后通过U型取样单向阀314开始缓慢进入到U型取样管31中，U型取样管31中U型样品取样管312的泄压约1min后关闭一号取样管阀门1211重复进行步骤B的环节一次；
D、二号取样管阀门1212、继续进样，缓慢释放U型取样管31中左部U型控制管311内的高压驱动流体，因U型控制管311内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统2座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统315在地下分离后通过U型取样单向阀314开始缓慢进入到U型取样管31中，U型取样管31中U型控制管311泄压约1min后关闭二号取样管阀门1212，重复步骤B、步骤C、步骤D完成一个完整进样循环；
E、重复步骤A、步骤B、步骤C、步骤D各5-6次，完整进样循环，待地面控制系统1中控制面板13内的一号压力表P1,二号压力表P2压力参数均为0，代表U型取样管31泄压完毕，即可开启一号驱动管阀门1201、二号驱动管阀门1202、一号取样管阀门1211，压力源10内的高压驱动流体驱动U型取样管31内的分离后固/液流体样品先后到达取样容器14的液体取样容器1402中，可使用多个液体取样容器收益分离后的液体样品与固体样品，取样时取末尾段的样品，待三号取样管1113无样品流体流出后，先关闭一号取样管阀门1211继续向U型取样管31内注入高压驱动流体提高U型取样管31管内压力，待一号压力表P1,二号压力表P2压力惨数均为驱动压力表P0的压力参数值后即可先关闭流体减压阀12确保安全后再关闭其他所有阀门；
F、打开四号取样管阀门1214释放通过I型取样管32的I型控制取样管321注入到封隔器系统2座封的取样地层中的高压驱动流体，取样地层中的气体样品以一起混合的高压驱动流体为载体通过I型取样管32的I型控制取样管321、地面控制系统1中的四号驱动管1104、四号取样管1114到达取样容器14内气体取样容器1401中，待四号取样管1114无气体排出后关闭四号取样管阀门1214，确保U型取样管31内压力不低于地层压力后，结束本次取样，等待下次取样；
3.开展实验流程，在地面控制通过井下的油管控制系统4向实验地层以60L/min注入压力为8.7MPa二氧化碳,通过地下实验平台5进行井下监测，该实验的反应位置位于地下实验平台5下方的盐水层中，本次二氧化碳注入量约为10吨，注入过程中下午14:30时监测井压力上升到8.308MPa。井底温度下降到-7.5℃左右。注入开始约24h后等待实验反应完毕，立即再次使用原位取样系统进行步骤2的原位取样，依托样品对实验结果进行分析；
4.实验流程与实验后的原位取样结束后，在地面解封封隔器系统后通过油管控制系统向实验地层注入实验地层的原始地层液，清洗地层使实验地层恢复到实验前的水平，清洗实验地层清洗完毕后结束实验。
二氧化碳注入实验前后两次的地下水样品数据如下：
注：PH无量纲，电导率量纲为:ms/cm,水温量纲为:℃,其余为通用量纲:mg/L
通过上述的具体技术措施，成功实施了井下原位实验，并监测到了二氧化碳在井下的反应过程，达到了实现实验目的技术效果。
一种地下定深原位综合实验的装置，它包括地面控制系统1、封隔器系统2、原位取样系统3、油管控制系统4、地下实验平台5、温控系统6等功能模块；其特征在于：地下实验平台5主体设置与钻井中，整体使用耐腐蚀与耐高压材料(如316L不锈钢、哈氏合金)制作，可在地下长期使用，地面控制系统1地面上的钻井口旁，地面控制系统1与钻井内油管控制系统4相连，油管控制系统4与封隔器系统2相连，原位取样系统3与地下实验平台5安装在封隔器系统2下的油管控制系统4末端上；地面控制系统1是原位实验装置的主控单元；其安装位置位于地面，可控制原位实验装置的运行工作，可控制封隔器系统2坐封与解封、原位取样系统3的微量原位多相(气、液、固、生)进样、取样；油管控制系统4的注采实验、井下示踪分析、地层样品的大量取样；地下实验平台5的井下各项实验与监测工作。
地面控制系统1是原位实验装置实施地下取样与实验的主控单元，可控制协助进行井下进样、取样与深井实验控制包括压力源10、压力驱动管11、流体减压阀12、控制面板13、取样容器14等功能元件；控制面板13内还集成有一号驱动管1101、一号驱动管阀门1201、二号驱动管1102、二号驱动管阀门1202、三号驱动管1103、三号驱动管阀门1203、四号驱动管1104、四号驱动管阀门1204、一号取样管1111、一号取样管阀门1211、二号取样管1112、二号取样管阀门1212、三号取样管1113、三号取样管阀门1213、四号取样管1114、四号取样管阀门1214、驱动压力表P0、一号压力表P1,二号压力表P2、三号压力表P3等零部件；其特征在于：压力驱动管11连接控制面板13内安装的驱动压力表P0后分别与安装一号驱动管阀门1201的一号驱动管1101与安装有三号驱动管阀门1203的三号驱动管1103连接；一号驱动管1101分别与安装二号驱动管阀门1202、一号压力表P1的二号驱动管1102与安装二号取样管阀门1212的二号取样管1112连接；二号取样管1112分别与安装一号取样管阀门1211、二号压力表P2的一号取样管1111与三号取样管1113连接；三号驱动管1103与安装三号压力表P3的四号取样管阀门1214的四号取样管1114连接；三号取样管1113、四号取样管1114分别与控制面板外的取样容器14相连，取样容器14包括气态取样容器1401与液体取样容器1402；原位取样系统3分别与一号取样管1111、二号驱动管1102、四号驱动管1104相连；安装地面控制系统1在井口驱动原位取样系统3中进样的地下流体样品抬升达到地面，具体的由压力源10内的高压驱动流体(纯净水、油等液体流体或者N2等惰性类气态流体)驱动置换进入原位取样系统3管路内流体样品到地面，压力源10通过安装流体减压阀12的压力驱动管11与控制面板连接传输驱动流体，压力源10内的高压驱动流体初始压力较高(最高为100Mpa)通过与其相连的流体减压阀12能控制压力源10输出的高压驱动流体的压力值大小(压力控制范围为1或10或20或30或40或50或65或75或85或100MPa)压力的输出值与取样时的要求决定，控制面板13能控制压力源10输出的高压驱动流体流通方向，亦可控制取样与进样过程，可提供最高输出压力为100Mpa的高压驱动流体；在地下流体取样过程中井下的取样地层压力受到地面控制系统1的控制，其压力上升与下降变化幅度控制在原始取样地层压力的5％内，确保取样过程中地层流体样品不会因为压力条件的突然变化而失真,地面控制系统1在地面还可控制钻机而控制封隔器系统2、油管控制系统4与地下实验平台5。
封隔器系统2中的封隔器元件使用油田生产领域的标准封隔器元件，具有井下解封功能，封隔器系统2包括上下并联的第一封隔器21与第二封隔器22；其特征在于：封隔器系统2中第一封隔器21通过上方螺纹连接油管控制系统4并留有原位取样系统3与地下实验平台5管路孔位，封隔器系统2的解封与坐封动力由其相配套的设施通过油管控制系统4传导到井下封隔器中(如液压、气压等)，可根据需要通过油管控制系统4控制封隔器系统2的工作深度，在钻井内指定深度坐封形成实验地层；原位取样系统3、地下实验平台5与地面控制系统1连接的相关管线在井下穿过封隔器系统2预留的孔位到达实验地层，实验前坐封封隔器系统2使封隔器坐封的密闭空间内的地下实验平台5可在井下进行实验工作；封隔器系统2坐封后可以解封,在目标深度完成实验后可通过地面控制系统1控制解封封隔器系统2再次在其他深度的地下目标地层中进行坐封等待下次实验，使整个原位实验装置可在同一钻井的任意深度进行地下原位实验；封隔器系统2的封隔器数量可根据实验的具体要求进行调整，根据需求可在钻井内不同深度的上下位置同时使用多个封隔器并联坐封，在每个封隔的密闭空间内均可放置实验装置，进行多层位实验；
原位取样系统3是地下实验装置在封隔器系统2在坐封的实验地层中进行微量原位多相取样的主要设施，主要材质为耐腐蚀的金属材料(如316L不锈钢)，管路的直径根据需要可选择1/8”、1/4”等规格(根据需要选择也可是其他尺寸)，其特征在于：可在任意深度与直径的钻井内进行原位取样与实验地层相连的原位取样系统3管路通穿越封隔器系统(与地面控制系统1相连，可进行多相原位取样包括U型取样管31、I型取样管32两个主要功能模块；U型取样管31包括U型控制管311、U型样品取样管312、U型进样管313、U型取样单向阀314、多相分离进样系统315，U型控制管311与U型样品取样管312下部通过三通与U型进样管313连接，U型进样管313安装连接U型取样单向阀(314)后穿过封隔器系统2与实验地层内的多相分离进样系统315连接；I型取样管32包括I型控制取样管321与I型取样过滤器322，其特征在于：U型取样管31的U型控制管311、U型样品取样管312分别与地面控制系统1内的二号驱动管1102、一号取样管1111连接；I型取样管32内与I型控制取样管321与地面控制系统1内的四号驱动管1104连接；U型取样管31是井下实验室液态与细小固态样品原位取样主要功能单元，U型取样管31中下部与实验地层相连具有进样分离功能模块的多相分离进样系统315为管柱状态结构，管壁采用不同亲疏性的多孔材料可在地下直接分离实验地层中多相流体(如液态油水混合物样品中的油/水与细小的固态样品分离出来)可在井下实现多相流体进样分离，其详细情况可参考专利号CN110439552A“一种基于钻井的多相流保真取样装置及方法”多相分离进样系统315为下部开口上部与U型进样管313连接的管柱状结构，不同成分的流体样品分别从管壁与下部开口进入到多相分离进样系统315中，U型取样单向阀314的方向为从下到上，可防止U型控制管311与U型样品取样管312内的流体样品回流到实验地层内并防止层间串流，U型取样管31不取样时管路内填充满高压驱动流体，取样时对U型取样管32的U型样品取样管312、U型控制管311交替进行泄压，此时实验地层中分离好的多相流体样品开始进样不同相态的流体样品先后进入U型取样管31管路内，当进样时地层压力会略微下降此时地面控制系统1可通过I型取样管32进行地层加压，U型取样管31泄压完毕进样完成后可通过地面控制系统1对U型取样管31的U型控制管311注入高压驱动流体，多相流体样品先后通过U型样品取样管312到达地面在地面便可取到分离后的样品；I型取样管32是井下实验室气态样品原位取样主要功单元，其下部I型取样过滤器322与实验地层相连，地面控制系统1可通过I型控制取样管321向实验地层注入高压驱动流体，小幅度稳定的提升地层压力(不超过原地层压力的5％)，促进U型取样管31进样，实验地层中气态原位样品可通过注入的高压驱动流体为载体一起通过I型取样管32返回到地面上；为使原位取样系统3能在井下任意位置，原位取样系统3与地面控制系统1所有连接管线可预留部分长度并固定在如绞盘等工具中，根据需求改变连接的管线长度，原位取样系统3的管线软连接固定在油管控制系统4上，随其移动改变取样深度。
油管控制系统4是控制封隔器系统2坐封深度、原位取样系统3取样深度、地下实验平台5实验深度，并对实验地层进行大量原位实验所需的流体与反应物混合注入、地层取样、地层清洗的主要设施，主要结构由顶部的进样系统42彼此相连的直径为等尺寸(根据需要选择也可是其他尺寸)油管41组成；进样系统42还包括固液进样口421、加压管422、固液磁力搅拌器423、活动隔膜424、磁力搅拌装置425、气态送样器426、样品出样口427，固液磁力搅拌器423上部安装有固液进样口421与加压管，中部间有可拆卸安装的活动隔膜424，底部安装磁力搅拌装置425与样品出样口，样品出样口427中上部连接气态送样器426后底部连接油管41。/>
地面控制系统1通过控制地面钻井口上安装油田领域的标准钻机控制油管上下移动；油管控制系统4配合地面控制系统1可对封隔器系统2进行控制让封隔器系统2在钻井内随油管进行上下移动并坐封与解封，封隔器系统2解封后油管控制系统4可在钻井内上下提至指定位置打压再度坐封封隔器系统2使地下实验平台5不同深度进行实验工作，油管控制系统4还能向实验地层注入如示踪剂、井下实验反应试剂、纯净水等流体具备油管的正常注采功能，可配合地下实验平台5在实验地层进行如井下示踪实验等各项实验工作，并可将实验地层中的流体抽取到地面上，还可进行大量的井下流体取样与地下实验地层的清洗工作，油管控制系统4的取样工作主要进行大量的实验地层样品取样要需求，与原位取样系统3微量的原位取样需求互为补充，油管控制系统4可以根据油管的连接数量控制其下井深度而改变地下实验装置在钻井内的工作深度。
所述的在地下实验平台5安装位置位于封隔器系统2坐封的实验地层中，地下实验平台5上部与油管控制系统4相连，地下实验平台5包括实验平台51、实验机器人52、测试传感器53功能模块，实验平台51分别与测试传感器53、实验机器人52连接。地下实验平台5是实验装置在地下进行原位实验的主装置。地下实验平台5是进行进行实验的主要设施，地下实验平台5安装在封隔器系统2下方，封隔器系统2如有需求可在地下实验平台5下方指定深度加装封隔器，地下实验平台5包括实验平台51、实验机器人52、测试传感器53等功能模块；实验平台51内装有集成实验机器人52与测试传感器53，实验平台51与油管41相连，可在地下各深度(1或50或100或240或460或880或1200或1600或1800或2000m)直接进行井下各种物理-化学-生物原位实验，反应时可根据需求改变实验地层的温度与压力，如实验地层物性测试实验(地层渗透率、地层结构、地球化学等参数进行实验测试)、反应剂与地层的反应情况(如化学试剂对地层岩体的反应腐蚀与化学反应新物质生成情况)与地层监测(地层影像、地层参数等)；地下实验平台5的实验器械动力依靠光电传输管道、液气动力传输管道输送，光电传输管道与液气动力传输管道使用卡扣、焊接等方式固定在油管控制系统4油管外壁，光电传输管道与液气动力传输管道上部与地面控制系统1连接，下部穿过封隔器系统2紧贴油管外壁到取样地层与实验平台51连接；光电传输管道主要为电缆、光纤等传输线路，液气动力传输管道主要为高耐压的液压管与空压管等传输线路，光电传输管道与液气动力传输管道在井下均可铠装防止腐蚀，实验平台51内有集成实验机器人52与测试传感器53；实验机器人52为液压气压驱动(亦可使用电力驱动)，动力源来自液气动力传输管道可在钻井内的实验地层进行微震、切割、射孔、等不改变地层原始结构的实验方式；还可通过实验机器人对井下实验地层的钻井壁地层进行渗透、传质、传热等工作；测试传感器53包括温度、压力、PH、ORP、电导、拉曼光谱、井下图像等系列传感器(测试传感器根据传感器特性与实验需求各自选择电传感器或光纤传感器，测试传感器的53通过光电穿输管道与地面控制系统1连接保证传感器能在井下正常工作并进行测试数据传导；同一测试单项值亦可同时设置电传感器与光纤传感器进行监测，两种传感器的测试数值可互相参考减少误差值)井下设备；所有实验均在井下原始环境进行，无需地面设置实验室模拟井下环境进行实验，提高实验的准确性；地下实验平台5的传感器可监测通过油管控制系统4注入到实验地层中试剂在与实验平台51进行实验对实验地层带来各项变化(地层化学组成、力学特征等变化)由光电传输管道传导各项数据到地面控制系统1中并记录，相较于地面实验室模拟实验反应样品体积与反应空间更大，实验完成后可对钻井进行清洗，多次反复进行原位实验，高温高压下的反应样品更大，建设成本与运维成本均显著降低；在一片实验区域内多个钻井内安装地下实验平台5进行实验并监测了解该区域内流体物质、地震波、热量等传输情况，详细了解实现区域的地层各项参数可协助该区域图像资料搜集、区域地层建模与监测等工作，提高整体实验与监测精度；地下实验平台5的管线与原位取样系统3相同亦可预留长度并固定在绞盘等工具上，根据实验需求改变管线长度。
温控系统6的作用是维持整个取样装置尤其是原位取样装置3内温度的稳定，使取样装置与井底温度保持一致，防止取样过程中因温度的变化造成样品失真，温控系统6主要由保温层61、分布式温控元件62、一号温度传感器63、二号温度传感器64构成；其特征在于：保温层61包裹连接着分布式温控元件62、一号温度传感器63、二号温度传感器64、U型控制管311、U型样品取样管312、I型控制取样管321，一号温度传感器63连接U型样品取样管312,二号温度传感器64连接I型控制取样管321，分布式温控元件62连接包裹U型控制管311、U型样品取样管312(包括一号温度传感器)、I型控制取样管321(包括二号温度传感器)温控系统6在井下使用保温层61包裹原位取样装置3的U型控制管311、U型样品取样管312、I型控制取样管321，保温层61使用保温材料有助于维持温控系统6内温度稳定，在保温层61包裹的原位取样系统3的U型样品取样管312与I型控制取样管321周围安装有分布式温控元件62，一号温度传感器63与U型样品取样管312相连(紧贴)，二号温度传感器64与I型控制取样管321相连(紧贴)；分布式温控元件62是温控系统6内主要温度调节单元，一号温度传感器63监视U型样品取样管312管内的温度，二号温度传感器64监视控制及I型控制取样管321管内温度，温度与压力的突然变化会造成样品的离析使样品的成分与各组分含量发生改变，温控系统6与地面控制系统1一起运转可以有效的控制取样装置内压力、温度等条件，防止取样过程中温度与压力的突然改变样品中的各成分比例发生改变，保证取样为保真取样。

Claims (1)

1.一种地下定深原位综合实验的方法，采用地下定深原位综合实验的装置进行大量的地下物理、化学、生物原位实验，其步骤是：
(1)、地下原位实验开始前，首先确定实验地层位置，根据实验地层的深度与实验的类型与要求控制油管控制系统在钻井下设定封隔器系统的座封深度，到达指定的深度后座封封隔器系统；
(2)、依托实验装置的原位取样系统进行二氧化碳咸水层注入实验前进行原位取样，原位取样的步骤如下：
A、取样开始前检查所有的管路阀门连通情况，先依次开启流体减压阀，待残留样品排空完毕且高压驱动流体填充满原位取样系统内U型取样管后，依次关闭其他所有阀门结束排空环节，通过地面控制系统填充满高压驱动流体于U型取样管内，关闭所有阀门进行取样；
B、先开启流体减压阀、三号驱动管阀门，开始地层加压进样环节，压力源内的高压驱动流体通过地面压力驱动管、三号驱动管、四号驱动管，原位取样系统中I型取样管内的I型控制取样管向封隔器系统座封的取样地层注入高压驱动流体,观察三号压力表P3的数据并通过地面控制系统调整注入流体压力，不高于原始地层压力的5％，高压驱动流体在取样地层内注入1min后关闭三号驱动管阀门；
C、打开一号取样管阀门、U型取样管开始进样，缓慢释放U型取样管中右部U型样品取样管内的高压驱动流体，U型样品取样管内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统在地下分离后通过U型取样单向阀开始进入到U型取样管中,U型取样管中U型样品取样管的泄压1min后关闭一号取样管阀门重复进行步骤(B)一次；
D、二号取样管阀门、继续进样，缓慢释放U型取样管中左部U型控制管内的高压驱动流体，U型控制管内高压驱动流体的释放管内压力降低，封隔器系统座封的取样地层中的固/液样品通过多相分离进样系统在地下分离后通过U型取样单向阀开始进入到U型取样管中，U型取样管中U型控制管泄压1min后关闭二号取样管阀门，重复步骤(B)、步骤(C)、步骤(D)完成一个完整进样循环；
E、重复步骤(A)、步骤(B)、步骤(C)、步骤(D)各5-6次，完整进样循环，地面控制系统中控制面板内的一号压力表(P1),二号压力表(P2)压力参数为0，U型取样管泄压完毕，开启一号驱动管阀门、二号驱动管阀门、一号取样管阀门，压力源内的高压驱动流体驱动U型取样管内的分离后固/液流体样品先后到达地面取样容器的液体取样容器中，使用两个液体取样容器收益分离后的液体样品与固体样品，取样时取末尾段的样品，三号取样管无样品流体流出后，关闭一号取样管阀门继续向U型取样管内注入高压驱动流体提高U型取样管管内压力，一号压力表(P1),二号压力表(P2)压力参数均为驱动压力表(P0)的压力参数值后即关闭流体减压阀确保安全后再关闭其他所有阀门；
F、打开四号取样管阀门释放通过I型取样管的I型控制取样管注入到封隔器系统座封的取样地层中的高压驱动流体，取样地层中的气体样品以一起混合的高压驱动流体为载体通过I型取样管的I型控制取样管、地面控制系统中的四号驱动管、四号取样管到达地面取样容器内气体取样容器中，待四号取样管无气体排出后关闭四号取样管阀门，确保U型取样管内压力不低于地层压力后，结束本次取样，等待下次取样；
(3)、开展实验流程，利用实验装置在封隔器系统座封的实验地层内进行原位的物理、化学、生物实验，实验所需的反应物质与实验外部条件由实验装置提供，具体的实验操作由实验类型决定，运移情况也由实验装置监测；
(4)、实验流程与实验后的原位取样结束后，在地面解封封隔器系统后通过油管控制系统向实验地层注入实验地层的原始地层液，清洗地层使实验地层恢复到实验前的水平，清洗实验地层清洗完毕后结束实验；
所述的地下定深原位综合实验的装置，它包括地面控制系统(1)、封隔器系统(2)、原位取样系统(3)、油管控制系统(4)、地下实验平台(5)、温控系统(6)功能模块，其特征在于：地下实验平台(5)主体设置在钻井中，整体使用耐腐蚀与耐高压材料制作，地面控制系统(1)设在地面上的钻井口旁，地面控制系统(1)与钻井内油管控制系统(4)相连，油管控制系统(4)与封隔器系统(2)相连，原位取样系统(3)与地下实验平台(5)安装在封隔器系统(2)下的油管控制系统(4)末端上；地面控制系统(1)是原位实验装置的主控单元；其安装位置位于地面；
所述的地面控制系统(1)包括压力源(10)、压力驱动管(11)、流体减压阀(12)、控制面板(13)、地面取样容器(14)，控制面板(13)内还集成有一号驱动管(1101)、一号驱动管阀门(1201)、二号驱动管(1102)、二号驱动管阀门(1202)、三号驱动管(1103)、三号驱动管阀门(1203)、四号驱动管(1104)、四号驱动管阀门(1204)、一号取样管(1111)、一号取样管阀门(1211)、二号取样管(1112)、二号取样管阀门(1212)、三号取样管(1113)、三号取样管阀门(1213)、四号取样管(1114)、四号取样管阀门(1214)、驱动压力表(P0)、一号压力表(P1)、二号压力表(P2)、三号压力表(P3)，压力驱动管(11)连接控制面板(13)内安装的驱动压力表(P0)后分别与安装一号驱动管阀门(1201)的一号驱动管(1101)与安装有三号驱动管阀门(1203)的三号驱动管(1103)连接；一号驱动管(1101)分别与安装二号驱动管阀门(1202)、一号压力表(P1)的二号驱动管(1102)与安装二号取样管阀门(1212)的二号取样管(1112)连接；二号取样管(1112)分别与安装一号取样管阀门(1211)、二号压力表(P2)的一号取样管(1111)与三号取样管(1113)连接；三号驱动管(1103)与安装三号压力表(P3)的四号取样管阀门(1214)的四号取样管(1114)连接；三号取样管(1113)、四号取样管(1114)分别与控制面板外的地面取样容器(14)相连；
所述的原位取样系统(3)分别与一号取样管(1111)、二号驱动管(1102)、四号驱动管(1104)相连；
所述的封隔器系统(2)包括上下并联的第一封隔器(21)与第二封隔器(22)，封隔器系统(2)中第一封隔器(21)通过上方螺纹连接油管控制系统(4)并留有原位取样系统(3)与地下实验平台(5)管路孔位中，封隔器系统(2)的解封与坐封动力由其相配套的设施通过油管控制系统(4)传导到井下封隔器中；
所述的原位取样系统(3)是地下实验装置在封隔器系统(2)在坐封的实验地层中进行微量原位多相取样的设施，在任意深度与直径的钻井内进行原位取样与实验地层相连的原位取样系统(3)管路通穿越封隔器系统与地面控制系统(1)相连，多相原位取样包括U型取样管(31)、I型取样管(32)两个模块；U型取样管(31)包括U型控制管(311)、U型样品取样管(312)、U型进样管(313)、U型取样单向阀(314)、多相分离进样系统(315)，U型控制管(311)与U型样品取样管(312)下部通过三通与U型进样管(313)连接，U型进样管(313)安装连接U型取样单向阀(314)后穿过封隔器系统(2)与实验地层内的多相分离进样系统(315)连接；I型取样管(32)包括I型控制取样管(321)与I型取样过滤器(322)，U型取样管(31)的U型控制管(311)、U型样品取样管(312)分别与地面控制系统(1)内的二号驱动管(1102)、一号取样管(1111)连接；I型取样管(32)内与I型控制取样管(321)与地面控制系统(1)内的四号驱动管(1104)连接；
所述的油管控制系统(4)穿过封隔器系统(2)与地下实验平台(5)连接，油管控制系统(4)是控制封隔器系统(2)坐封深度、原位取样系统(3)取样深度、地下实验平台(5)实验深度并对实验地层进行流体样品混合注入、地层取样、地层清洗的设施，油管控制系统(4)由进样系统(42)与彼此相连的油管(41)组成,进样系统(42)由固液进样口(421)、加压管(422)、固液磁力搅拌器(423)、活动隔膜(424)、磁力搅拌装置(425)、气态送样器(426)与样品出样口(427)组成，固液磁力搅拌器(423)上部安装有固液进样口(421)与加压管，中部间有可拆卸安装的活动隔膜(424)，底部安装磁力搅拌装置(425)与样品出样口，样品出样口(427)中上部连接气态送样器(426)后底部连接油管(41)；
所述的地下实验平台(5)安装位置位于封隔器系统(2)坐封的实验地层中，地下实验平台(5)上部与油管控制系统(4)相连，地下实验平台(5)包括实验平台(51)、实验机器人(52)、测试传感器(53)功能模块，实验平台(51)分别与测试传感器(53)、实验机器人(52)连接；
所述的温控系统(6)主要由保温层(61)、分布式温控元件(62)、一号温度传感器(63)、二号温度传感器(64)构成；保温层(61)包裹分别连接分布式温控元件(62)、一号温度传感器(63)、二号温度传感器(64)、U型控制管(311)、U型样品取样管(312)、I型控制取样管(321)，一号温度传感器(63)连接U型样品取样管(312),二号温度传感器(64)连接I型控制取样管(321)，分布式温控元件(62)分别连接包裹U型控制管(311)、U型样品取样管(312)、I型控制取样管(321)，温控系统(6)在井下使用保温层(61)包裹原位取样系统(3)的U型控制管(311)、U型样品取样管(312)、I型控制取样管(321)，在保温层(61)包裹的原位取样系统(3)的U型样品取样管(312)与I型控制取样管(321)周围安装有分布式温控元件(62)，一号温度传感器(63)与U型样品取样管(312)相连，二号温度传感器(64)与I型控制取样管(321)相连。
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