CN115753263B - 一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，具体涉及地震地下流体观测技术领域，包括非自流井管，还包括井口固定盘、设在井口固定盘上的集气检测机构、框式分散机构和可调节雾化发生机构，井口固定盘可拆卸安装在非自流井管上，安装在井口固定盘上的集气管，集气管上可拆卸安装有管盖，集气检测机构的部分穿过管盖至集气管的内部，用于对地下水中的气体进行脱气、集气检测。本发明在对非自流井开展化学量连续测量时，不仅可避免抽水的影响，实现对水物理与水化学的同井观测，同时可大大提升地下流体信息的扩散速率，从而提升装置的脱气、集气效率，保证了脱气集气的及时性，实现对地下流体更加稳定而准确的观测。
Description
技术领域
本发明涉及地震地下流体观测技术领域，具体涉及一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置。
背景技术
地震前兆观测技术是预测地震的一种方法，其中地下流体观测技术是一个主要分支，随着数字化观测技术的快速发展，地下流体观测中逐步由人工模拟观测转变为数字自动化观测，因此观测对象由水转变为水中气体的观测，在我国600多个地下流体观测井泉中，超过50％的井泉为静水位井又称非自流井，即井泉内的水不会自动流出井口。
地下水中气体的主要观测成分有氡、汞、氦、氢、二氧化碳浓度和气体总量等，地壳运动过程中，地下水中氡的含量会出现不同程度的异常变化，氡作为地下流体的敏感组分，是地壳中放射性元素铀和镭蜕变的产物，存在于土壤和地下水中，是地球深层信息的指示剂，它能从地下深部运移到地表，可反映地下介质状态的信息，利用数字化测气仪对由井(泉)口，对通过脱气与集气装置引出的气体进行测量观测，其观测的原理、映震机理等与水氡基本类似，但观测量不完全相同，水氡观测的主要是溶解氡，而气氡观测的主要是游离氡，两者观测技术上的主要区别是“脱气”，气氡正在成为我国地震水文地球化学观测的重要测项之一，为了能及时、准确的在地质构造发生变化时，通过氡的变化来反映其自然变化的动态，在多次中强震前后，观测到氡的显著变化，所以在地震监测预报方面受到了广泛的重视。
在地震地下流体方面，国内学者以及企业、单位也针对地震水化学观测的特点对相应的脱气、集气装置和测量装置进行多方面的研制和改进，但根据目前这些研究结果和研制装置来看，主要存在以下问题和不足：
1、无源脱气方法：基本上采用鼓泡法、滴溅法。
缺点主要表现：
①进气量、进水量控制稳定性不高，脱气效率不高，从而造成脱气、集气稳定性不足；
②脱气集气过程中缺乏对关键参数的实时监测。
2、有源脱气方法：提升氡的扩散速率，从而提升装置的脱气、集气效率。
缺点主要表现：
①为了达到稳定性安装了恒水位箱问题，改变了水位观测井的自然状态，自然逸出气和游离气被恒水位箱放空；
②抽水进行水化学观测，影响同井(泉)水物理观测；
③抽水过程中过滤器的安装，对于水化学观测会将部分地下流体信息进行“过滤”。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其在对非自流井管内的流体开展化学量连续测量时，不仅可避免抽水的影响，实现对水物理与水化学的同井观测，同时可大大提升地下流体信息的扩散速率，从而提升装置的脱气、集气效率，保证了脱气集气的及时性，实现对地下流体更加稳定而准确的观测。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，包括非自流井管，还包括井口固定盘、设在井口固定盘上的集气检测机构、框式分散机构和可调节雾化发生机构；
所述井口固定盘可拆卸安装在所述非自流井管上；
安装在井口固定盘上的集气管，所述集气管上可拆卸安装有管盖；
所述集气检测机构的部分穿过所述管盖至所述集气管的内部，用于对地下水中的气体进行脱气、集气检测；
所述框式分散机构安装在所述管盖上，所述框式分散机构的部分延伸至所述集气管的内部，用于使所述非自流井管和所述集气管内的水位产生波动，快速释放地下流体观测中的信息；
所述可调节雾化发生机构安装在所述管盖和所述井口固定盘上，并且可调节雾化发生机构的部分延伸至所述集气管的内部，用于对集气管内部的水份进行震荡产生水雾，利于气体脱气集气。
在前述方案的基础上，所述集气检测机构包括安装架一、气体分析仪、干燥器和小气泵，所述安装架一固定安装在所述井口固定盘上，所述气体分析仪、所述干燥器和所述小气泵均安装在所述安装架一上，所述干燥器的进气端与所述管盖之间通过进气管连通，所述干燥器的出气端与所述小气泵的进气端之间相互连通，所述小气泵的出气端与所述气体分析仪之间相互连通。
在前述方案的基础上进一步的，所述框式分散机构包括分散电机、锥齿轮一、锥齿轮二、分散杆和框式搅拌叶，所述分散杆转动安装在所述管盖上，所述分散杆的部分延伸至所述集气管的内部并与所述框式搅拌叶之间固定安装，所述框式搅拌叶的部分延伸至所述集气管的外部，所述分散杆的另一部分延伸至所述管盖的上方并与所述锥齿轮二之间固定安装，所述分散电机通过机架一安装在所述井口固定盘上，所述分散电机的输出端通过转杆一与所述锥齿轮一之间固定安装，所述锥齿轮一和所述锥齿轮二之间相互啮合。
为了便于对非自流井管内部的水位和水温进行观测，所述井口固定盘上固定安装有安装架二，所述安装架二上安装有水温仪和水位仪，所述水位仪和所述水温仪的检测端均穿过所述井口固定盘至所述非自流井管的内部，并且所述水位仪和所述水温仪的检测端上均设置有配重块。
作为本发明优选的技术方案，所述可调节雾化发生机构包括稳定管、螺杆、转块、上连接块、下连接块、超声雾化器、调节电机、锥齿轮三和锥齿轮四，所述转块的一端转动安装在所述管盖上，所述转块的内部开设有与螺杆相适配的螺纹槽，所述螺杆的部分螺纹连接在所述转块的内部，所述稳定管纵向滑动安装在所述管盖上，所述稳定管和所述螺杆的底端均延伸至所述集气管的内部并与所述下连接块之间固定安装，所述稳定管和所述螺杆的顶端均位于所述管盖的上方并与所述上连接块之间固定安装，所述超声雾化器安装在所述下连接块上，所述锥齿轮四与所述转块之间固定安装，并且所述锥齿轮四套设在所述转块的外表面上，所述调节电机通过机架二安装在所述井口固定盘上，所述调节电机的输出端通过转杆二与所述锥齿轮三之间固定安装，所述锥齿轮三与所述锥齿轮四之间相互啮合。
为了便于对锥齿轮一、锥齿轮二、锥齿轮三和锥齿轮四进行防护，所述管盖上安装有用于防护锥齿轮一、锥齿轮二、锥齿轮三和锥齿轮四的齿轮防护箱，并且所述齿轮防护箱上开设有与上连接块相对应的升降孔。
为了便于水温仪和水位仪能更加稳定的检测，所述井口固定盘上固定安装有两个防波管，所述水位仪和所述水温仪的检测端分别部分位于两个所述防波管的内部。
为了便于对集气管和防波管位置的稳定，所述非自流井管的内部固定安装有用于稳定所述集气管和两个所述防波管的稳定架一，所述集气管的内部固定安装有有用于稳定分散杆的稳定架二，并且所述分散杆与所述稳定架二之间转动安装。
为了便于集气管、非自流井管以及外界空气之间的相互连通，所述井口固定盘上连通有用于稳定所述非自流井管内部气压的通气管，所述集气管上开设有多个与所述非自流井管相连通的通气通孔。
(三)有益效果
与已知公有技术相比，本发明提供了一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，具备以下有益效果：
本发明，在对非自流井管内的流体开展化学量连续测量时，通过框式分散机构的配合，可始终保持集气管内部的水分与非自流井管内部的水分之间的流动性，加速释放地下流体中所观测的信息的数值，随后通过可调节雾化发生机构的配合，可根据非自流井管内部的水位，将集气管内部的水分进行雾化，形成小分子的气雾，形成的气雾再通过集气检测机构的配合，可更加稳定高效的对产生的气雾进行脱气、集气，实现对地下流体中的所测信息，更加稳定而准确的观测。
因此，该一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，在对非自流井开展化学量连续测量时，不仅可避免抽水的影响，实现对水物理与水化学的同井观测，同时可大大提升地下流体信息的扩散速率，从而提升装置的脱气、集气效率，保证了脱气集气的及时性，实现对地下流体更加稳定而准确的观测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明局部剖视的立体结构示意图；
图2为本发明整体的立体结构示意图；
图3为本发明整体的另一角度的立体结构示意图；
图4为本发明集气检测机构等配合的立体结构示意图；
图5为本发明集气管、部分框式分散机构和部分可调节雾化发生机构等配合的局部剖视的立体结构示意图；
图6为本发明非自流井管、集气管和防波管等配合的局部剖视的立体结构示意图；
图7为本发明图1中A处的局部放大结构示意图；
图8为本发明图1中B处的局部放大结构示意图；
图9为本发明图1中C处的局部放大结构示意图；
图10为本发明图1中D处的局部放大结构示意图；
图11为本发明图5中E处的局部放大结构示意图。
图中的标号分别代表：1、非自流井管；2、井口固定盘；3、集气管；4、管盖；5、安装架一；6、气体分析仪；7、干燥器；8、小气泵；9、分散电机；10、锥齿轮一；11、锥齿轮二；12、分散杆；13、框式搅拌叶；14、机架一；15、转杆一；16、安装架二；17、水温仪；18、水位仪；19、配重块；20、稳定管；21、螺杆；22、转块；23、上连接块；24、下连接块；25、超声雾化器；26、调节电机；27、锥齿轮三；28、锥齿轮四；29、机架二；30、转杆二；31、齿轮防护箱；32、防波管；33、稳定架一；34、稳定架二；35、通气管；001、集气检测机构；002、框式分散机构；003、可调节雾化发生机构。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
请参阅图1-11，一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，包括非自流井管1，还包括井口固定盘2、设在井口固定盘2上的集气检测机构001、框式分散机构002和可调节雾化发生机构003；
井口固定盘2通过卡箍可拆卸安装在非自流井管1上，不仅便于对井口固定盘2与非自流井管1之间的位置，同时可保证井口固定盘2与非自流井管1之间的密封性；
安装在井口固定盘2上的集气管3，集气管3上通过卡箍可拆卸安装有管盖4，集气管3的部分位于非自流井管1的内部，另一部分位于井口固定盘2上方，通过在集气管3上安装有管盖4，可保证集气管3内部的密封性；
如图4所示，上述的，集气检测机构001的部分穿过管盖4至集气管3的内部，用于对地下水中的气体进行脱气、集气检测，集气检测机构001包括安装架一5、气体分析仪6、干燥器7和小气泵8，安装架一5固定安装在井口固定盘2上，气体分析仪6、干燥器7和小气泵8均安装在安装架一5上，干燥器7的进气端与管盖4之间通过进气管连通，延伸至管盖4处的进气管上固定安装有便于集气的集气罩，干燥器7的出气端与小气泵8的进气端之间相互连通，小气泵8的出气端与气体分析仪6之间相互连通，具体的，在对集气管3内部通过可调节雾化发生机构003将地下流体雾化形成的水雾进行观测时，启动气体分析仪6和小气泵8，小气泵8会将集气管3内部的雾气经过集气罩和进气管进入干燥器7的内部，雾气经过干燥器7之后，会将雾气进行干燥，干燥后的气体通过小气泵8泵入气体分析仪6的内部，经过气体分析仪6对气体中的成分进行检测，即可实现对地下流体内部的数值进行观测，其中气体分析仪6为现有技术中的数字化气体自动测量仪，可实现对气体中的Rn、Hg、He、H2、CO2等数值进行持续的检测；
如图1、图5和图8所示，框式分散机构002安装在管盖4上，框式分散机构002的部分延伸至集气管3的内部，用于使非自流井管1和集气管3内的水位产生波动，快速释放地下流体观测中的信息，框式分散机构002包括分散电机9、锥齿轮一10、锥齿轮二11、分散杆12和框式搅拌叶13，分散杆12转动安装在管盖4上，分散杆12的部分延伸至集气管3的内部并与框式搅拌叶13之间固定安装，框式搅拌叶13的部分延伸至集气管3的外部，分散杆12的另一部分延伸至管盖4的上方并与锥齿轮二11之间固定安装，分散电机9通过机架一14安装在井口固定盘2上，分散电机9的输出端通过转杆一15与锥齿轮一10之间固定安装，锥齿轮一10和锥齿轮二11之间相互啮合，具体的，通过启动分散电机9，分散电机9的输出端带动转杆一15进行转动，转杆一15带动锥齿轮一10进行转动，锥齿轮一10带动锥齿轮二11进行转动，锥齿轮二11带动分散杆12进行转动，通过分散杆12带动框式搅拌叶13进行转动，即可对自流井管和集气管3内的水位进行搅动，使其水分内部产生波动，快速释放地下流体内所观测中的信息，便于集气检测机构001更加灵敏快速的作出反应；
如图1至图3所示，其中，为了便于对非自流井管1内部的水位和水温进行观测，井口固定盘2上固定安装有安装架二16，安装架二16上安装有水温仪17和水位仪18，水位仪18和水温仪17的检测端均穿过井口固定盘2至非自流井管1的内部，并且水位仪18和水温仪17的检测端上均设置有配重块19，水温仪17和水位仪18均为本领域技术人员公知的现有设备，用于对非自流井管1内部的水分进行温度和水位的实时观测，实现对水分的物理观测；
如图5和图11所示，上述的，可调节雾化发生机构003安装在管盖4和井口固定盘2上，并且可调节雾化发生机构003的部分延伸至集气管3的内部，用于对集气管3内部的水份进行震荡产生水雾，利于气体脱气集气，可调节雾化发生机构003包括稳定管20、螺杆21、转块22、上连接块23、下连接块24、超声雾化器25、调节电机26、锥齿轮三27和锥齿轮四28，转块22的一端转动安装在管盖4上，转块22的内部开设有与螺杆21相适配的螺纹槽，螺杆21的部分螺纹连接在转块22的内部，稳定管20纵向滑动安装在管盖4上，稳定管20和螺杆21的底端均延伸至集气管3的内部并与下连接块24之间固定安装，稳定管20和螺杆21的顶端均位于管盖4的上方并与上连接块23之间固定安装，超声雾化器25安装在下连接块24上，锥齿轮四28与转块22之间固定安装，并且锥齿轮四28套设在转块22的外表面上，调节电机26通过机架二29安装在井口固定盘2上，调节电机26的输出端通过转杆二30与锥齿轮三27之间固定安装，锥齿轮三27与锥齿轮四28之间相互啮合；具体的在对集气管3内部的水分进行雾化时，通过水位仪18对非自流井管1内部的液位进行检测，通过启动调节电机26，调节电机26的输出端带动转杆二30进行转动，转杆二30带动锥齿轮三27转动，锥齿轮三27带动锥齿轮四28进行转动，锥齿轮四28带动转块22进行转动，使螺杆21在转块22的内部进行纵向移动，螺杆21的运动带动与之连接的上连接块23、下连接块24和稳定管20进行同步运动，即可通过下连接块24带动超声雾化器25的位置进行运动，使超声雾化器25可根据集气管3内部的液位进行调节即可，通过启动超声雾化器25对集气管3内部的水分进行震荡产生雾气即可，补充说明的是，超声雾化器25上的连接线的部分设置在稳定管20的内部，通过稳定管20的运动同步运动。
实施例2
本发明的实施例2在实施例1的基础上，进一步说明的是：
集气管3内部的水位液面距离框式搅拌叶13的上表面设置为2.0m～3.0m即可，方便对地下流体蕴含的信息进行收集。
超声雾化器25距离设置为集气管3内部的水位液面以下3.0cm～7.0cm，利于气体脱气集气。
为了便于对锥齿轮一10、锥齿轮二11、锥齿轮三27和锥齿轮四28进行防护，管盖4上安装有用于防护锥齿轮一10、锥齿轮二11、锥齿轮三27和锥齿轮四28的齿轮防护箱31，并且齿轮防护箱31上开设有与上连接块23相对应的升降孔。
为了便于水温仪17和水位仪18能更加稳定的检测，井口固定盘2上固定安装有两个防波管32，水位仪18和水温仪17的检测端分别部分位于两个防波管32的内部，通过防波管32，可有效的对水位仪18和水温仪17的检测端进行稳定，可更好的对非自流井管1内部的水分物理信息进行测量。
为了便于对集气管3和防波管32位置的稳定，非自流井管1的内部固定安装有用于稳定集气管3和两个防波管32的稳定架一33，集气管3的内部固定安装有有用于稳定分散杆12的稳定架二34，并且分散杆12与稳定架二34之间转动安装。
为了便于集气管3、非自流井管1以及外界空气之间的相互连通，井口固定盘2上连通有用于稳定非自流井管1内部气压的通气管35，集气管3上开设有多个与非自流井管1相连通的通气通孔，由于井口固定盘2和管盖4分别与非自流井管1和集气管3之间密封安装，因此为保证非自流井管1和集气管3内部的正常气压，使外界的气体只能通过通气管35进入，在实际使用时，为了保证对地下流体内部的各种信息进行更加精确的检测，可在通气管35内可通入惰性气体，大大降低对流体内部信息的影响。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，包括非自流井管(1)，其特征在于，还包括：
井口固定盘(2)，所述井口固定盘(2)可拆卸安装在所述非自流井管(1)上；
安装在井口固定盘(2)上的集气管(3)，所述集气管(3)上可拆卸安装有管盖(4)；
设在井口固定盘(2)上的集气检测机构(001)，所述集气检测机构(001)的部分穿过所述管盖(4)至所述集气管(3)的内部，用于对地下水中的气体进行脱气、集气检测；
框式分散机构(002)，所述框式分散机构(002)安装在所述管盖(4)上，所述框式分散机构(002)的部分延伸至所述集气管(3)的内部，用于使所述非自流井管(1)和所述集气管(3)内的水位产生波动，快速释放地下流体观测中的信息；
可调节雾化发生机构(003)，所述可调节雾化发生机构(003)安装在所述管盖(4)和所述井口固定盘(2)上，并且可调节雾化发生机构(003)的部分延伸至所述集气管(3)的内部，用于对集气管(3)内部的水份进行震荡产生水雾，利于气体脱气集气；
所述框式分散机构(002)包括分散电机(9)、锥齿轮一(10)、锥齿轮二(11)、分散杆(12)和框式搅拌叶(13)；
所述分散杆(12)转动安装在所述管盖(4)上，所述分散杆(12)的部分延伸至所述集气管(3)的内部并与所述框式搅拌叶(13)之间固定安装，所述框式搅拌叶(13)的部分延伸至所述集气管(3)的外部，所述分散杆(12)的另一部分延伸至所述管盖(4)的上方并与所述锥齿轮二(11)之间固定安装，所述分散电机(9)通过机架一(14)安装在所述井口固定盘(2)上，所述分散电机(9)的输出端通过转杆一(15)与所述锥齿轮一(10)之间固定安装，所述锥齿轮一(10)和所述锥齿轮二(11)之间相互啮合；
所述可调节雾化发生机构(003)包括稳定管(20)、螺杆(21)、转块(22)、上连接块(23)、下连接块(24)、超声雾化器(25)、调节电机(26)、锥齿轮三(27)和锥齿轮四(28)；
所述转块(22)的一端转动安装在所述管盖(4)上，所述转块(22)的内部开设有与螺杆(21)相适配的螺纹槽，所述螺杆(21)的部分螺纹连接在所述转块(22)的内部，所述稳定管(20)纵向滑动安装在所述管盖(4)上，所述稳定管(20)和所述螺杆(21)的底端均延伸至所述集气管(3)的内部并与所述下连接块(24)之间固定安装，所述稳定管(20)和所述螺杆(21)的顶端均位于所述管盖(4)的上方并与所述上连接块(23)之间固定安装，所述超声雾化器(25)安装在所述下连接块(24)上，所述锥齿轮四(28)与所述转块(22)之间固定安装，并且所述锥齿轮四(28)套设在所述转块(22)的外表面上，所述调节电机(26)通过机架二(29)安装在所述井口固定盘(2)上，所述调节电机(26)的输出端通过转杆二(30)与所述锥齿轮三(27)之间固定安装，所述锥齿轮三(27)与所述锥齿轮四(28)之间相互啮合。
2.根据权利要求1所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述集气检测机构(001)包括安装架一(5)、气体分析仪(6)、干燥器(7)和小气泵(8)；
所述安装架一(5)固定安装在所述井口固定盘(2)上，所述气体分析仪(6)、所述干燥器(7)和所述小气泵(8)均安装在所述安装架一(5)上，所述干燥器(7)的进气端与所述管盖(4)之间通过进气管连通，所述干燥器(7)的出气端与所述小气泵(8)的进气端之间相互连通，所述小气泵(8)的出气端与所述气体分析仪(6)之间相互连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述井口固定盘(2)上固定安装有安装架二(16)，所述安装架二(16)上安装有水温仪(17)和水位仪(18)，所述水位仪(18)和所述水温仪(17)的检测端均穿过所述井口固定盘(2)至所述非自流井管(1)的内部，并且所述水位仪(18)和所述水温仪(17)的检测端上均设置有配重块(19)。
4.根据权利要求3所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述管盖(4)上安装有用于防护锥齿轮一(10)、锥齿轮二(11)、锥齿轮三(27)和锥齿轮四(28)的齿轮防护箱(31)，并且所述齿轮防护箱(31)上开设有与上连接块(23)相对应的升降孔。
5.根据权利要求4所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述井口固定盘(2)上固定安装有两个防波管(32)，所述水位仪(18)和所述水温仪(17)的检测端分别部分位于两个所述防波管(32)的内部。
6.根据权利要求5所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述非自流井管(1)的内部固定安装有用于稳定所述集气管(3)和两个所述防波管(32)的稳定架一(33)，所述集气管(3)的内部固定安装有有用于稳定分散杆(12)的稳定架二(34)，并且所述分散杆(12)与所述稳定架二(34)之间转动安装。
7.根据权利要求6所述的一种用于非自流井化学量连续测量的集气装置，其特征在于，所述井口固定盘(2)上连通有用于稳定所述非自流井管(1)内部气压的通气管(35)，所述集气管(3)上开设有多个与所述非自流井管(1)相连通的通气通孔。
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