一种地浸井场单井多层取样装置
技术领域
本发明涉及地浸采铀技术领域，特别是涉及一种地浸井场单井多层取样装置。
背景技术
在地浸采铀流场中，抽注孔间水力梯度一般比地下水原始水力梯度大2-3个数量级，浸出液从抽孔到注孔间形成一个非匀速的流带，以抽注孔过滤器连线为轴，远离轴线水流速度逐渐降低。在垂向上约10m距离内水流速度降低1-2个数量级，随着水流速度的减缓化学反应随之减弱，且溶质弥散作用增强。地浸采铀流场如同一个黑盒子，目前只能掌握溶浸液的进与出，而对流场内部认知尚处于概化阶段。溶质流速和浓度数据获取最直接的方法是定点测压和定点取样。地浸采铀井场现行监测孔多为备用工艺孔，过滤器一般长4m-8m。利用这样的观测孔所测压力和所取样品皆为平均压力和混合浓度，不能反映流速和浓度的变化，且这样的监测孔客观上导致溶浸液在此处进行混合滞留，对地浸采铀流场造成介入影响。地浸采铀矿山现役水位浓度观测结构如图3所示，依次设置有注液井14、取样监测井15和抽液井16，地层中由上至下依次设置有上部隔水层17、含矿含水层18和下部隔水层19，下部隔水层19与含矿含水层18之间的液体、含矿含水层18中的液体和上部隔水层17与含矿含水层18之间的液体由注液井14一端朝向抽液井16一端流动，且流动时经过取样监测井15。
目前国内外先进的分层监测与定深取样装置主要有两类：双封塞定深监测与取样系统和Westbay地下水多层监测系统。
双封塞定深监测与取样系统：使用时将双封塞定深监测与取样器下放至目标层位，为封塞充气后可切断钻孔中垂向水流，此时使用集成在内部的采样泵即可对目标层为实现抽水采样，目前也有技术可以实现对流体压力的实时监测。适用于基岩裸孔，在筛管中使用时，设备的上下移动会导致管内流体充分混合；膨胀后抽水时会导致筛管外填料层流体充分混合，无法达到定深采样目的。另外，对于有些筛管，双封塞系统无法保证完全密封。用于裸孔时，可测试含水层垂向压力分配；用于筛管时不可行。分层在孔内临时完成，无论在裸孔内还是筛管内，不同层位间的样品污染不可避免。
Westbay地下水多层监测系统：将双封塞系统固定在钻孔管壁上，并针对这些特质管具开发了一系列抽水装置和采样装置。同时也开发了配套技术可以实现多层地下水压力的实时监测，适用于基岩裸孔。在孔中下入Westbay专用管具并对地层进行永久封隔，可完全避免交叉污染，后期使用专用设备进行采样和测量，可实时测试各层位压力分配。
这两种分层定深取样系统工艺复杂、价格昂贵，限制了其在铀矿地浸领域的应用。因此本发明拟在目前地浸钻孔技术的基础之上，研制一套简单实用的地浸井现场多层取样装置。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种地浸井场单井多层取样装置，结构简单，使用方便，成本低，便于推广使用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种地浸井场单井多层取样装置，包括分层取样坐封底座和多个分层取样器，所述分层取样坐封底座包括多个封隔器和多个由上至下依次连接的底座本体，所述底座本体包括圆筒基体和锥形台阶，所述锥形台阶连接于所述圆筒基体下端，多个所述圆筒基体的内径由上至下依次减小，各所述圆筒基体上设置有若干个第一取样开口，各所述圆筒基体通过一个所述封隔器封隔，所述分层取样器包括取样器本体、密封组件、取样泵和配重件，一个取样器本体与一个所述底座本体结构相匹配，所述配重件可拆卸地安装于所述取样器本体底端，所述取样泵设置于所述取样器本体顶部，所述密封组件设置于所述取样器本体外壁上部，所述取样器本体上设置有若干个第二取样开口，所述第二取样开口设置于所述密封组件下方。
优选地，所述取样器本体包括圆柱基体和设置于所述圆柱基体下端的锥形体，所述配重件连接于所述锥形体底端，所述圆柱基体为中空结构，所述取样泵固定于所述圆柱基体顶部，所述密封组件设置于所述圆柱基体外壁上部，所述圆柱基体上设置有若干个所述第二取样开口，一个所述圆柱基体与一个所述圆筒基体结构相匹配，一个所述锥形体与一个所述锥形台阶结构相匹配。
优选地，所述配重件与所述锥形体底部螺纹连接，所述配重件为金属圆柱体。
优选地，所述锥形体上套设有密封胶垫。
优选地，所述圆柱基体上设置有多个所述第二取样开口，所述第二取样开口为缝式环形开口，多个所述第二取样开口沿所述圆柱基体的轴向均匀设置。
优选地，还包括电缆和航空接头，所述电缆通过所述航空接头与所述取样泵连接。
优选地，各所述圆筒基体上设置有多个所述第一取样开口，所述第一取样开口为缝式环形开口，多个所述第一取样开口沿所述圆筒基体的轴向均匀设置。
优选地，所述密封组件包括两个密封圈。
优选地，所述底座本体设置为三个。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的地浸井场单井多层取样装置，包括分层取样坐封底座和多个分层取样器，分层取样坐封底座包括多个封隔器和多个由上至下依次连接的底座本体，底座本体包括圆筒基体和锥形台阶，各圆筒基体上设置有第一取样开口，分层取样器包括取样器本体、密封组件、取样泵和配重件，一个取样器本体与一个底座本体结构相匹配，取样器本体底端连接有配重件，密封组件设置于取样器本体外壁上部，取样器本体上设置有若干个第二取样开口。使用时，根据需要取样的层位选择合适的分层取样器下放，在配重件的作用下分层取样器进入相对应的底座本体中，通过地面控制取样泵开机取样，取样完成后将分层取样器上提到地面即可，由此可实现地浸井场单井多层取样，为精细刻画地层流体流动与溶质运移规律提供技术支持。本发明中的地浸井场单井多层取样装置结构简单，使用简便，且成本很低，便于进行推广使用。
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为本发明提供的地浸井场单井多层取样装置中分层取样坐封底座的结构示意图；
图2为本发明提供的地浸井场单井多层取样装置中分层取样器的结构示意图；
图3为现有技术中地浸采铀矿山现役水位浓度观测结构的示意图。
附图标记说明：1、圆筒基体；2、锥形台阶；3、第一取样开口；4、封隔器；5、圆柱基体；6、锥形体；7、密封圈；8、第二取样开口；9、密封胶垫；10、配重件；11、取样泵；12、航空接头；13、电缆；14、注液井；15、取样监测井；16、抽液井；17、上部隔水层；18、含矿含水层；19、下部隔水层。
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。
本发明的目的是提供一种地浸井场单井多层取样装置，结构简单，使用方便，成本低，便于推广使用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本实施例提供一种地浸井场单井多层取样装置，包括分层取样坐封底座和多个分层取样器，分层取样坐封底座包括多个封隔器4和多个由上至下依次连接的底座本体，底座本体包括圆筒基体1和锥形台阶2，锥形台阶2连接于圆筒基体1下端，锥形台阶2连接相邻的两个圆筒基体1，多个圆筒基体1的内径由上至下依次减小，各圆筒基体1上设置有若干个第一取样开口3，各圆筒基体1通过一个封隔器4封隔，分层取样器包括取样器本体、密封组件、取样泵11和配重件10，一个取样器本体与一个底座本体结构相匹配，配重件10可拆卸地安装于取样器本体底端，取样泵11设置于取样器本体顶部，密封组件设置于取样器本体外壁上部，取样器本体上设置有若干个第二取样开口9，第二取样开口9设置于密封组件下方。
使用时，根据需要取样的层位选择合适的分层取样器下放，在配重件10的作用下分层取样器进入相对应的底座本体中，通过地面控制取样泵11开机取样，取样完成后将分层取样器上提到地面即可，本实施例中通过多个不同层位的底座本体配合多个不同大小的分层取样器，能够方便地实现不同层位的取样，由此可实现地浸井场单井多层取样，为精细刻画地层流体流动与溶质运移规律提供技术支持。本实施例中的地浸井场单井多层取样装置结构简单，使用简便，且成本很低，便于进行推广使用。
如图2所示，取样器本体包括圆柱基体5和设置于圆柱基体5下端的锥形体6，配重件10连接于锥形体6底端，圆柱基体5为中空结构，取样泵11固定于圆柱基体5顶部，密封组件设置于圆柱基体5外壁上部，圆柱基体5上设置有若干个第二取样开口9，一个圆柱基体5与一个圆筒基体1结构相匹配，即分层取样器的圆柱基体5针对不同取样层位具有不同的直径，一个锥形体6与一个锥形台阶2结构相匹配。
具体地，配重件10与锥形体6底部螺纹连接，可以根据实际情况更换配重件10。于本具体实施例中，配重件10为金属圆柱体。
具体地，锥形体6上套设有密封胶垫9。下方分层取样器时，在配重件10作用下，密封胶垫9会与对应底座本体的锥形台阶2相接触，在压力作用下实现密封。
具体地，圆柱基体5上设置有多个第二取样开口9，第二取样开口9为缝式环形开口，多个第二取样开口9沿圆柱基体5的轴向均匀设置，第二取样口与圆柱基体5内部空腔连通，取样泵11能够抽取圆柱基体5内部空腔中的液体。
本实施例中还包括电缆13和航空接头12，电缆13通过航空接头12与取样泵11连接，电缆13用于下放或上提分层取样器。
具体地，各圆筒基体1上设置有多个第一取样开口3，第一取样开口3为缝式环形开口，多个第一取样开口3沿圆筒基体1的轴向均匀设置。
于本具体实施例中，密封组件包括两个密封圈7，底座本体设置为三个。
使用本实施例中的地浸井场单井多层取样装置之前要先进行钻井，具体包括以下步骤：a)钻孔裸眼孔开孔直径为Φ269mm，矿层部位采用Φ151mm三牙轮钻头揭露，然后进行物探测井。Φ269mm钻头扩孔钻进至终孔深度。b)下入开采柱。开采柱由Φ152×12.88mmPVC-U管组成，用相同材质的Φ160×15mm管加工的管箍联接。c)套管外注浆固井，然后采用套管切割开窗或者射孔的方式打开含水层。
然后下入分层取样坐封底座，具体地，分层取样坐封底座由钻杆连接下入预定取样位置，地面连接高压泵，采用地面打压的方式让封隔器4坐封于套管壁或者裸眼井壁，各底座本体外部的上端设置有一个封隔器4。
最后下入分层取样器，具体地，根据需要取样的层位选择合适的分层取样器连接到电缆13上，拧紧航空接头12，利用电缆13将分层取样器下入对应取样层位，即分层取样器进入对应的底座本体中，在配重件10作用下，密封胶垫9与底座本体的锥形台阶2相接触，在压力作用下实现下端的密封，同时两个密封圈7实现上端的密封，之后地面控制打开取样泵11进行取样，取样完成后通过电缆13上提分层取样器至地面，从取样泵11中取出水样。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
