原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置及系统的制作方法

本发明涉及气体观测，尤其是涉及一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置及系统。

背景技术：

1、二氧化碳（co2）地质封存技术通过将工业排放的二氧化碳捕获并注入深层地质构造中实现长期封存，但在实际工程应用中需要严格监控封存效果和潜在泄漏风险。

2、浅层土壤作为二氧化碳可能泄漏的第一道屏障，其二氧化碳渗透特性的研究对保障封存安全具有重要意义。目前针对二氧化碳地质封存的安全监测主要关注深部储层和盖层特性，建立了包括微地震监测、压力监测、井间示踪等多种监测方法。这些技术主要面向千米尺度的深部储层监测，而对近地表土壤中二氧化碳运移过程的直接观测研究相对薄弱。在土壤二氧化碳运移研究领域，现有技术多集中于实验室尺度的土柱实验或小范围田间试验，这些方法难以真实反映实际封存场地可能出现的复杂渗透情况。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置及系统，可以有效对二氧化碳在真实封存场地下的渗透情况进行观测，从而真实反映实际封存场地可能出现的复杂渗透情况。

2、第一方面，本发明提供了一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，包括：

3、配气系统，用于将二氧化碳气体与压缩空气按指定浓度比例混合并加压，形成二氧化碳混合气体；

4、二氧化碳导气阵列，包括总进气管，和与总进气管连接且沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多根导气管，总进气管的进气端与配气系统的出气端连接，导气管的出气端位于目标场地内的指定深度处，导气管的出气端处设置有多个爆气部件，二氧化碳混合气体经多个爆气部件渗透至指定深度处；

5、二氧化碳渗透观测阵列，包括沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多个观测井，不同观测井的末端延伸至目标场地内的不同观测深度处，且末端处设置有观测结构，观测结构用于在其所处的观测深度对二氧化碳渗透数据进行原位测量；

6、处理系统，处理系统与观测结构通信连接，用于对不同观测深度对应的二氧化碳渗透数据进行后处理。

7、在一种实施方式中，爆气部件包括由多层过滤网构成的过滤结构，过滤结构用于对经由导气管输出的二氧化碳混合气体进行分散及过滤后，再释放至指定深度处的地下土壤环境中。

8、在一种实施方式中，观测结构包括气体穿透结构和二氧化碳传感器；

9、气体穿透结构，设置于观测井的末端，用于使观测深度处的土壤孔隙气体进入观测井；

10、二氧化碳传感器，设置于观测井内且位于气体穿透结构处，用于对经由气体穿透结构进入的土壤孔隙气体进行原位测量，生成二氧化碳渗透数据。

11、在一种实施方式中，气体穿透结构包括设置于二氧化碳传感器处的疏水滤芯、观测井的末端处的曝气孔和包裹在曝气孔外侧的填充物。

12、在一种实施方式中，观测井用于容纳观测结构的数据采集导线，数据采集导线用于将观测结构采集的二氧化碳渗透数据传输至处理系统。

13、在一种实施方式中，还包括设置于导气管的进气端处的可调流量计，用于调节和检测流经进气端的二氧化碳混合气体的流量。

14、在一种实施方式中，爆气部件还包括反吹清洁模块和堵塞检测单元；

15、堵塞检测单元，用于实时监测多层过滤网两侧的气体压差值，并将气体压差值上传至处理系统；

16、处理系统被配置为：当气体压差值超过预设的堵塞阈值时，控制反吹清洁模块向多层过滤网施加反向脉冲气流，以清除多层过滤网上的附着物。

17、在一种实施方式中，观测结构还包括设置于观测井内的自校准模块；

18、自校准模块包括至少一个校准气体源和一个切换阀；

19、处理系统被配置为：按预设校准周期，控制切换阀将二氧化碳传感器从与气体穿透结构连通切换至与校准气体源连通，以使二氧化碳传感器对已知浓度的校准气体进行检测，并根据检测结果与已知浓度的偏差，对二氧化碳传感器进行在线校准。

20、第二方面，本发明还提供一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验系统，包括第一方面提供的任一项的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，以及与原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验连接的终端。

21、第三方面，本发明还提供一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验方法，应用于第一方面提供的任一项的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，方法包括：

22、将二氧化碳气体与压缩空气按指定浓度比例混合并加压，形成二氧化碳混合气体；

23、通过沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多根导气管，将二氧化碳混合气体导入至目标场地内的指定深度处，并通过设置于导气管出气端处的多个爆气部件，使二氧化碳混合气体在指定深度处的地下土壤环境中渗透；

24、通过沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多个观测井，在不同观测深度处对二氧化碳渗透数据进行原位测量，其中，不同观测井的末端延伸至目标场地内的不同观测深度处，且末端处设置有观测结构，观测结构在其所处的观测深度对二氧化碳渗透数据进行原位测量；

25、对不同观测深度对应的二氧化碳渗透数据进行后处理。

26、本发明提供的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置及系统，包括配气系统，用于将二氧化碳气体与压缩空气按指定浓度比例混合并加压，形成二氧化碳混合气体；二氧化碳导气阵列，包括总进气管，和与总进气管连接且沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多根导气管，总进气管的进气端与配气系统的出气端连接，导气管的出气端位于目标场地内的指定深度处，导气管的出气端处设置有多个爆气部件，二氧化碳混合气体经多个爆气部件渗透至指定深度处；二氧化碳渗透观测阵列，包括沿目标场地平面呈分布式下垂布设的多个观测井，不同观测井的末端延伸至目标场地内的不同观测深度处，且末端处设置有观测结构，观测结构用于在其所处的观测深度对二氧化碳渗透数据进行原位测量；处理系统，处理系统与观测结构通信连接，用于对不同观测深度对应的二氧化碳渗透数据进行后处理，该装置可以有效对二氧化碳在真实封存场地下的渗透情况进行观测，从而真实反映实际封存场地可能出现的复杂渗透情况。

27、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

28、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

1.一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述爆气部件包括由多层过滤网构成的过滤结构，所述过滤结构用于对经由所述导气管输出的所述二氧化碳混合气体进行分散及过滤后，再释放至所述指定深度处的地下土壤环境中。

3.根据权利要求1所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述观测结构包括气体穿透结构和二氧化碳传感器；

4.根据权利要求3所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述气体穿透结构包括设置于所述二氧化碳传感器处的疏水滤芯、所述观测井的末端处的曝气孔和包裹在所述曝气孔外侧的填充物。

5.根据权利要求1所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述观测井用于容纳所述观测结构的数据采集导线，所述数据采集导线用于将所述观测结构采集的所述二氧化碳渗透数据传输至所述处理系统。

6.根据权利要求1所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，还包括设置于所述导气管的所述进气端处的可调流量计，用于调节和检测流经所述进气端的所述二氧化碳混合气体的流量。

7.根据权利要求2所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述爆气部件还包括反吹清洁模块和堵塞检测单元；

8.根据权利要求3所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，其特征在于，所述观测结构还包括设置于所述观测井内的自校准模块；

9.一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，以及与所述原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验连接的终端。

10.一种原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的原位多深度二氧化碳导气与观测双阵列试验装置，所述方法包括：