地下气体仪

太空对接不易，入地连通更难。工程技术研究院具有完全自主知识产权的MGD磁导向钻井技术，利用井下探管实时检测人工磁场或井下落鱼的磁场分布特征，将测量的微弱磁信号采集、处理，利用定位算法模型及工程解释软件，给出钻头与目标靶点的相对距离、相对方位和相对井斜。在明确相对位置关系后，调整井眼轨迹走向，最终实现井眼空间位置的“厘米级”高精度导航。定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一。它是应用特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制地下井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达预定目标的常规钻井工艺技术。随着全球油气田开发的深入推进，通过复杂井型建立油气通道，已成为提高单井产量、提高采收率、降低综合成本的重要技术手段之一，尤其是在煤炭地下气化、超稠油开采、中低熟页岩油原位开发等需要精确定位邻井位置的情况下，最终以U型井、平行井、小井距水平井簇、立体井网等复杂井型完钻，解决其高精度“测、定、导”一体化关键技术难题。该技术起源于美国，最初是为了实现对井喷失控井进行压井作业而开发的一项技术，后又衍生出有源和无源两大类型多种型号的精确磁导向技术与配套工具。近年来，MGD磁导向钻井技术被规模化应用，源于该技术具备以下几个方面优势。精准对接是建设U型“地下锅炉”的基础。U型井是由一口水平井与直井连通构成的井组，在煤层气开采中可实现水平井排水和直井采气；在煤炭地下气化中可实现可控后退式点火；在地热开发中可实现取热不取水。与压裂、射孔相比，井眼对接是最直接、有效的连通方式。精密平行是搭建水平井“地下炼厂”的关键。平行井是由2口以上相互平行的水平井构成的井组，在超稠油SAGD开发中，可降黏提采50%以上；在低熟页岩油原位转化中，有希望动用潜力巨大的页岩油资源；与常规水平井相比，水平段间距的精密度提高了99.7%（千米水平段井间误差由10米左右降至0.3米以内）。精确导钻是敷设非开挖“地下管网”的前提。非开挖是在入土和出土小面积开挖情况下，敷设、更换和修复各种地下管线的施工新技术，不会破坏绿地、植被、建筑物，不会影响居民的正常生活和工作秩序。与传统开挖施工相比，施工速度可提高60%，综合成本可降低40%，入土和出土点偏差±1米。老井精细处置是保障“地下粮仓”密封完整的核心。救援井是在发生井下复杂、通道丢失时通过伴行跟踪实现目标井重入的一种技术，尤其适用于解决精细处置储气库疑难老井封堵、老油田涌水冒油、井喷失控等问题，筑牢油气安全环保第二道防线。MGD磁导向钻井技术已在储气库、地热、稠油等六大领域实现了规模化工业应用，累计推广了近500口井，创造直接和间接经济效益数十亿元。该技术解决了储气库复杂老井“封天窗”技术难题，使老井封堵作业成本下降90%，并为国内首座海上储气库冀东油田南堡1号储气库、辽河储气库群等重大工程提供了支撑利器。2023年，该技术支撑了中国石油深层U型地热井、国防管道铺设、重大塌陷救援等10余个重点项目，创造了2810米最深储层千米对接、2520米非开挖穿越等13项国内纪录。“十四五”期间，该技术有望在中低熟页岩油原位开发、煤炭地下气化、老油田提高采收率、干热岩开发等多个领域实现推广应用，助力构建“地下炼厂”“地下锅炉”等新能源开发新模式。面向未来，MGD磁导向钻井技术将接续研发，实现提档升级，推动磁导向技术与工具向着谱系化、自动化、信息化方向发展，具备万米深井井喷救援能力，并积极开拓丛式井网防碰、疑难复杂老井一体化处置、大埋深定向钻等新领域新业务，为超深层油气资源勘探开发、干热岩采热储能耦合开采等国家战略性新兴产业及未来产业提供关键核心技术支撑。（本文作者系工程技术研究院非常规油气工程研究所副所长、正高级工程师）

黄石公园蒸汽船间歇泉喷发前、中、后期CH4和CO2扩散气体排放背景图片背景介绍：几十年来，像黄石国家公园这样的热液环境中气体的释放一直是热门研究方向。先前在黄石公园进行的研究量化了火山口和大气之间交换的二氧化碳量，强调了黄石公园如何通过火山口每年排放约4.4×107公斤的二氧化碳。诺里斯间歇泉盆地(Norris Geyser Basin, NGB)位于黄石公园的西北部，是蒸汽船间歇泉的所在地。蒸汽船间歇泉在公园的数百个间歇泉中脱颖而出，是因为它向空气中喷射的流体-气体混合物可以超过115米的高度，使其成为世界上最高的喷发活跃间歇泉。气体主要由可冷凝蒸汽和不可冷凝CO2组成，还有少量其它不可冷凝气体，如CH4。虽然蒸汽船并不定期喷发，但间歇泉最近变得非常活跃。2000年至2017年期间，发生了11次火山喷发；然而，在2018年3月至2021年2月24日期间，蒸汽船喷发了129次。为了研究气体排放的变化是否可以作为间歇泉喷发的前兆，2019年6月12日，我们连续测量了间歇泉在一次喷发事件前后30米处甲烷和二氧化碳的扩散排放。实验方法：本研究使用了两台仪器来测量地表通量。Eosense自动呼吸室(AC)被安装在距离间歇泉约30米的地面上，在间歇泉和蓄水池泉之间。AC被编程为关闭15分钟，允许气体从地下逸出积聚，打开5分钟冲洗一次，完成一个周期，期间共进行17次测试，其中喷发前完成了7次测量(包括前兆测量)，喷发后进行了10次测量。自动呼吸室(AC)通过管路连接到Picarro G2201-i CO2、CH4浓度及同位素分析仪，组成CRDS-AC通量及同位素观测系统，该系统可以测量CH4和CO2的浓度及其碳同位素组成，δ13C-CH4和δ13C-CO2大约每4s测量一次。在浓度-时间曲线稳定1 - 2分钟后的前3 - 4分钟，用斜率乘以自动呼吸室(AC)内部体积和底座横截面积的商来估算通量。CRDS仪器放置在多功能车(GorrillaCartsGORMP-12)上。在车上，由两节12V直流深循环船用电池并联连接，通过直流-交流电源逆变器为分析仪供电。期间还使用了仅测量CO2通量的单个便携式呼吸室(PAC)。该PAC是一个闭路EGM-5便携式CO2气体分析仪(PP Systems, Amesbury, MA)，腔室直接连接到分析仪，提供二氧化碳浓度的高频繁测量(10赫兹)。使用线性模型计算CO2通量。PAC系统在另外三个标有标记的位置进行移动测量，这增加了本研究期间测量的空间足迹。图1所示：诺里斯间歇泉盆地东南部的地图。蒸汽船间歇泉(六边形)位于酸性到中性的地热区域。地图上还标注了20世纪初钻探的三口井。气体通量测量结果：在单次蒸汽船间歇泉喷发前~3 h、喷发中和喷发后~ 2 h测量了地表CO2和CH4通量以及其碳同位素组成。以观察扩散排放活动的变化是否与喷发的特定阶段有关，从而揭示诺里斯间歇泉盆地中地下气体的运移机制。在喷发之前和整个喷发过程中，我们使用Picarro CRDS分析仪测量弥漫性气体排放，我们将其报告为地表通量。对于CH4，喷发前后的通量在误差范围内相同，平均值分别为42.3±1.3和42.3±1.6 mg m&minus 2 day&minus 1。同样，CO2在喷发前(50.3±1.8 g m&minus 2 day&minus 1)和喷发后(52.3±2.2 g m&minus 2 day&minus 1)表现出相似的通量。然而，在喷发之前(不到25分钟)，与之前6次Picarro CRDS分析仪测量的平均值有偏差。这第七组测量发生在从静息期阶段到预演期阶段的过渡期间，显示CH4和CO2的通量分别下降了58%和50%。这种偏离发生在静息期(a)的结束和预演期(b)的开始，在绘制的时间序列中清晰地说明了这一点，该阶段称为前体测量(图2)。图2所示：测量期间CH4和CO2通量的时间序列(左y轴)和平滑的1分钟平均连续浓度测量值(右y轴)。当气体室关闭时，气体浓度开始增加，然后在通量测量结束时打开，气体浓度恢复到环境浓度，形成锯齿状图案。浅阴影区域表示喷发前(b)和小喷发(c)阶段。较暗的阴影区域描绘了主要的喷发，倒数第二个区域突出了液体主导阶段(d)，最暗的阴影区域显示了主要喷发的蒸汽主导阶段(e)。稳定碳同位素测量结果连续的CRDS-AC δ13C测量表明，重同位素在每个腔体中都有富集。在每个气室围封期间最后10次δ13C测量值的平均值作为δ13C源值。结果得出δ13C-CH4 = - 27.5±0.3‰，δ13C-CO2 = - 3.9±0.1‰(图4a)。这些源组成比各自的大气端元(CH4≈&minus 47‰和CO2≈&minus 8‰)的同位素重。唯一的例外是一组前体测量，其中δ13C-CH4为&minus 35.7±2.1‰，δ13C-CO2为&minus 6.2±0.4‰(图4b)。前驱体测量值明显比非前驱体测量值轻，并且更接近大气成分。将测量到的通量和气源同位素组成结合在一个图中(图3b)，突出了前驱体测量的异常性质。图左下角的基准面表示在图2所示的时间序列中也可以观察到的前兆信号。图3所示：(a)测量期间的碳同位素值。阴影区域表示喷发开始后的时期。两幅图中黑色的水平虚线表示大气的碳同位素组成，而浅灰色的虚线表示地幔源。(b)配对δ13C和通量测量。δ13C数据(左图为δ13C- CH4，右图为δ13C- CO2)利用近10次测量的平均值估算了气源气体的稳定碳同位素组成。图4所示：二氧化碳(δ13C-CO2)和甲烷(δ13C-CH4)的碳同位素比较。每个圈地都用观测到的喷发时间序列的阶段(a-e)来标记，在同一阶段出现的测量顺序是连续的数字(参见图2，以获得阶段名称的完整解释)。“前兆”测量被清楚地指出。颜色方案表示在15分钟的腔室封闭期间记录基准的相对时间，其中深色出现在开始，浅色出现在结束。每个图中的黑色菱形代表大气同位素组成的近似端元。气体扩散途径模型：虽然蒸汽船喷发的具体机制不能仅由气体测量来支持，但通过整合收集的数据和先前发布的信息，这里共享了该系统的概念模型(图5)。大量证据表明，温泉水起源于渗入并流经流纹岩的大气水，以补给NGB和公园其他地方的间歇泉。从热成因δ13C-CH4特征和地幔样δ13C-CO2组成来看，系统中大部分气体来源于深部。在两次喷发之间，我们认为存在地幔气体从深层源向上的稳态输送(图5a)。这些气体溶解在水中，在含水层顶部溶解，向地表迁移，与浅层气体混合，然后以恒定的速率从地表排出。图5所示：说明地下管道和扩散气体到地面的途径的概念模型。注意深层烃源岩和补给储层之间的区别。(A)突出显示间歇泉在喷发之间的状态，(B)展示了前兆窗口(喷发的~ 10-25分钟)。结论：在距离蒸汽船间歇泉开口30 m处进行的光腔摔荡光谱测量显示，在2020年6月12日观测到的一次喷发开始前约10-25分钟，CH4和CO2的通量分别急剧下降58%和50%。这一证据表明，就在这次喷发之前，充满气体的水向间歇泉管道流动。同样，CH4 (δ13C-CH4)和CO2 (δ13C-CO2)的前体碳同位素测量值(分别为- 35.7±2.1‰和- 6.2±0.4‰)明显轻于非前体碳同位素测量值(- 27.5±0.3‰ &minus 3.9±0.1‰)，δ13C在喷发开始后立即恢复到稳态值。热水和天然气的高估计平衡温度表明，至少在470米深处有一个深源。之前的研究呼吁监测黄石间歇泉的气体排放率，而这项研究为如何有效地进行弥漫气体测量和研究提供了一个模型。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2021.107233研究应用相关仪器：

在现代工业环境中，安全始终是首要考量的因素。随着工业技术的快速发展，气体泄漏、积聚等问题也随之而来，给工厂的安全生产带来了极大的隐患。为了有效预防和应对这些问题，四合一气体检测仪成为了工业安全领域的得力助手，它的作用就像是一位寻找气体隐患的火眼金睛。　　一、四合一气体检测仪的强大功能　　四合一气体检测仪能够同时检测四种常见的气体，如一氧化碳、硫化氢、氧气和可燃气体。这种多气体检测的能力使其能够全面覆盖可能存在的危险气体类型。　　以一氧化碳为例，这是一种无色无味但却极为致命的气体。在一些封闭空间，如地下停车场、锅炉房等，一氧化碳可能会悄然积聚。四合一气体检测仪能够及时捕捉到其浓度的变化，发出警报，提醒人们迅速撤离。　　硫化氢则是另一种具有剧毒的气体，常见于污水处理厂、化工厂等场所。仪器对硫化氢的精确检测，能有效预防中毒事故的发生。　　氧气浓度的检测同样关键，过低或过高的氧气含量都会对人体造成危害。四合一气体检测仪确保我们处于适宜的氧气环境中。　　可燃气体的检测则在防火防爆方面发挥着重要作用，及时发现可燃气体泄漏，避免火灾和爆炸的危险。　　二、精准检测与快速响应　　四合一气体检测仪采用了先进的传感器技术，能够提供高精度的气体检测数据。其检测灵敏度高，能够在气体浓度刚刚出现异常时就迅速做出反应。　　不仅如此，仪器通常具备快速的响应时间，在短短几秒钟内就能给出检测结果。这意味着在紧急情况下，人们能够迅速采取措施，最大限度地减少事故的损失。　　三、便携易用与可靠性　　为了满足不同场景的需求，四合一气体检测仪通常设计得小巧轻便，易于携带。操作人员可以手持仪器在各种复杂的环境中进行检测，不受空间限制。　　同时，这些仪器经过严格的质量检测和可靠性测试，能够在恶劣的工作条件下稳定运行。坚固的外壳和防水防尘设计，使其能够适应各种恶劣的环境。　　四、实际应用案例　　在一家化工厂，一次管道泄漏事故险些酿成大祸。幸运的是，巡检人员携带的四合一气体检测仪及时发出了警报，让工作人员迅速采取了紧急处理措施，避免了有毒气体的扩散和可能的爆炸事故。　　在一个地下矿井中，四合一气体检测仪也发挥了重要作用。它实时监测着氧气和有害气体的浓度，保障了矿工们的生命安全。　　五、未来发展与展望　　随着科技的不断进步，四合一气体检测仪将会变得更加智能化、精准化和多功能化。例如，与物联网技术的结合，实现远程实时监测和数据分析；采用更先进的传感器，提高检测的准确性和稳定性。　　综上所述，四合一气体检测仪以其卓越的性能和重要的作用，成为了我们寻找气体隐患的可靠伙伴。它就像一双火眼金睛，时刻守护着我们的安全，让我们在面对潜在的气体威胁时能够从容应对，确保生命和财产的安全。