盤一井氣氡脫氣裝置改造實(shí)驗(yàn)研究

郭紅霞，楊 昆，劉子哲，王艷艷

（1.盤錦地震臺，遼寧 盤錦 124010；2.遼河油田地震臺，遼寧 盤錦 124010）

盤一井氣氡脫氣裝置改造實(shí)驗(yàn)研究

郭紅霞1，楊 昆1，劉子哲1，王艷艷2

（1.盤錦地震臺，遼寧 盤錦 124010；2.遼河油田地震臺，遼寧 盤錦 124010）

為了改進(jìn)盤一井氣氡的自動脫氣效果，去除干擾，提高觀測資料質(zhì)量，2015年11月3日盤錦地震臺對氣氡脫氣裝置進(jìn)行改造實(shí)驗(yàn)。通過應(yīng)用中國地震局流體學(xué)科組許秋龍研制的氣氡脫氣裝置替換掉原來的脫氣裝置，截至2016年9月已取得近10個月的觀測數(shù)據(jù)。分析了觀測過程中遇到的問題并進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，改進(jìn)后觀測數(shù)據(jù)不再受氣溫、氣壓的干擾，流量干擾與漏氣問題也得到了一定的控制。

氣氡；脫氣裝置；改造實(shí)驗(yàn)；盤一井；盤錦

P315.724

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.010

1674-8565（2017）04-0054-05

2017-08-22

2017-10-12

郭紅霞（1979-），女，遼寧省盤錦市人，1999 年畢業(yè)于防災(zāi)科技學(xué)院，本科，工程師，現(xiàn)主要從事地震地下流體監(jiān)測預(yù)報(bào)及研究方面的工作。E-mail：spring9301@163.com

0 引言

盤一井氣氡觀測始于2001年，為“九五”數(shù)字化觀測項(xiàng)目，觀測原理是將水中的溶解氡，通過脫氣筒自動脫氣形成氣氡，進(jìn)行地震監(jiān)測分析預(yù)報(bào)。觀測至今發(fā)現(xiàn)氣氡受氣溫、氣壓、流量和氣路堵塞等影響明顯，且進(jìn)入閃爍室的觀測物質(zhì)為氣氡與空氣的混合物，脫氣裝置經(jīng)過多年的水污腐蝕目前已超過使用壽命。因此2015年11月3日盤錦地震臺對盤一井氣氡脫氣裝置進(jìn)行改造實(shí)驗(yàn)，目的是改善觀測現(xiàn)狀，提高觀測質(zhì)量。對于在改造實(shí)驗(yàn)的過程中出現(xiàn)的一系列問題，根據(jù)實(shí)際情況，逐步進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（圖1）。改進(jìn)后的脫氣裝置觀測的是實(shí)時的氡氣，排除了氣溫、氣壓的干擾，但仍受流量、氣路堵塞、氣路漏氣的影響。目前流量干擾與漏氣問題已解決，接下來的工作就是徹底解決脫氣裝置堵塞問題，此問題若能進(jìn)一步解決，新脫氣裝置將有利于地震的監(jiān)測。

圖1 盤一井氣氡脫氣裝置Fig.1 Degassing device of radon in Panjin No.1 well

1 氣氡觀測概況

盤一井氣氡觀測是中國地震局地震前兆地下流體數(shù)字化觀測項(xiàng)目之一，即“九五”期間“地震前兆臺站（網(wǎng)）技術(shù)改造項(xiàng)目”之一的“95-01-02項(xiàng)目”。2000年對盤一井進(jìn)行數(shù)字化改造，安裝SD-3A型自動測氡儀，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集控制、通訊傳輸；實(shí)現(xiàn)氣氡觀測的自動化、數(shù)字化。其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)非自流井24小時連續(xù)抽水，地下水由脫氣裝置自動脫氣，再由自動測氡儀采集24個整點(diǎn)氡值，進(jìn)行連續(xù)記錄，并由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)自動傳輸。

2001年9月氣氡正式投入觀測，至今已連續(xù)十五年取得了可靠的觀測資料。觀測數(shù)據(jù)受氣溫、氣壓影響，具有夏低冬高的年變化規(guī)律。同時由于受氣路堵塞、漏氣等因素的影響，氡值時常出現(xiàn)下降，恢復(fù)正常值的時間較長。

2 更換自吸氣鼓泡脫氣裝置

2.1 工作原理

在有一定壓力的水流作用下水從裝置的上部射流到管徑較大的氣水混合管內(nèi)形成無壓管路的高速水流，由于有一定的落差，則會形成一個立軸渦體，在渦體的中心會產(chǎn)生一個負(fù)壓，并吸入空氣形成摻氣水流。水流到達(dá)鼓泡室后，水中的空氣便從水中逸出，在逸出時把水中溶解的氣體帶出[1]。

2.2 觀測中遇到的問題及改進(jìn)

2.2.1 脫氣裝置堵塞問題

脫氣裝置安裝初期，測值較平穩(wěn)，半個月后數(shù)據(jù)出現(xiàn)高值抬升。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，認(rèn)為是脫氣裝置堵塞造成的數(shù)據(jù)升高。由于盤一井地下水中鐵離子較多，水被抽離地表面時，遇空氣氧化形成氧化鐵，附著在脫氣筒及水管內(nèi)壁上，長時間的附著、積累，造成氣腔體積變小，同時水的流速變慢，致使水氡測值上升。隨著觀測時間的增長，脫氣裝置堵塞的頻率增加（圖2）。

2.2.2 解決辦法

（1）定期更換脫氣裝置。用兩個相同型號的脫氣裝置定期更換。使用草酸稀釋溶液浸泡有污垢的脫氣裝置，待其干凈后備用。脫氣裝置的更換時間，起初為半個月更換，如2015年11月至12月間的更換（圖2a）。觀測一段時間后，發(fā)現(xiàn)脫氣裝置堵塞較頻繁，且前后兩次堵塞的時間約為一個星期，于是改為每周更換一次（圖2b）。

圖2 新脫氣裝置觀測的氣氡整點(diǎn)值Fig.2 New degasser observation of gas radon integral point value

（2）從更換脫氣裝置前后的數(shù)據(jù)變化情況看（表1），定期更換脫氣裝置在一定程度上能改善氣路堵塞對觀測質(zhì)量的影響，但不能絕對做到每次及時更換。若是不及時更換脫氣裝置，一旦氣路堵塞，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)持續(xù)上升（圖2c），影響觀測質(zhì)量。在觀測實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)即使增加脫氣裝置更換的頻率，仍存在氣路堵塞問題（圖2），只有對此脫氣裝置進(jìn)行改進(jìn)，才能適合觀測的需要。

表1 盤一井氣氯脫氣裝置清洗更換情況表

3 更換自吸氣電動鼓泡脫氣裝置

經(jīng)過一段時間脫氣裝置的頻繁更換，發(fā)現(xiàn)氣氡測值仍不穩(wěn)定。因此于2016年5月9日進(jìn)行更換，改為帶有電動鼓泡器的脫氣裝置（圖3a），同時增大自吸氣脫氣裝置（脫氣瓶）的容積（圖3b）。

圖3 電動鼓泡脫氣裝置Fig.3 Degassing device of gas radon with electric bubbling

3.1 工作原理

電動鼓泡的原理，是為滿足觀測儀器的需要，用空氣混入的方式進(jìn)行脫氣－集氣。該方法是需要在空氣進(jìn)入口處連接一根硅膠管，空氣進(jìn)入射流區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，抑制氡濃度，使其達(dá)到一定的穩(wěn)定。

3.2 觀測中遇到的問題及改進(jìn)

3.2.1 觀測過程中數(shù)據(jù)大幅上升問題及解決方法

更換此裝置后，氣氡測值相對平穩(wěn)一段時間，在33.6～40.3 Bq/L變化，平均測值為36.7 Bq/L。但從6月22日至6月28日氡值迅速上升，最高測值為72.4 Bq/L，約是平均測值的2倍（圖4）。就此異常變化我們檢查了氣氡觀測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)氣路漏氣，在更換電子鼓泡器與脫氣裝置連接處已破損的膠管后，數(shù)據(jù)逐漸回到上升前的基值。

圖4 自吸氣電動鼓泡脫氣裝置觀測的氣氡整點(diǎn)值（2016年6—7月）Fig.4 The value of gas radon hours after replacing the new degassing device

分析此次數(shù)值大幅度上升的原因，膠管漏氣之后，與之連接的電子鼓泡器失去工作的能力，即沒有電子鼓泡器的作用，氣氡數(shù)據(jù)才大幅上升。為了驗(yàn)證這一結(jié)論，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)：7月4日10點(diǎn)關(guān)閉電子鼓泡器，氣氡測值開始升高，至7月5日8點(diǎn)測值為71.0 Bq/L。電子鼓泡器工作是否直接導(dǎo)致了氣氡數(shù)值一高一低變化？為了進(jìn)一步驗(yàn)證此結(jié)論，7月5日9點(diǎn)之后又做了實(shí)驗(yàn)：此次打開電動鼓泡器，結(jié)果氣氡測值逐漸下降，測值回到上升前的狀態(tài)，在37.0 Bq/L上下波動。7月6日9點(diǎn)再次關(guān)閉電子鼓泡器，測值又上升到71.0 Bq/L。7月7日8點(diǎn)之后再次連接電子鼓泡器測值下降到49.4 Bq/L。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，找到了氣氡數(shù)據(jù)大幅升高的真正原因：電子鼓泡器對氣氡濃度有影響。觀測系統(tǒng)中增加電子鼓泡器，氣氡測值平穩(wěn)，且測值在30～40 Bq/L變化，觀測系統(tǒng)中若無電子鼓泡器，則氣氡測值在65～75Bq/L。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也充分驗(yàn)證了6月22日至6月28日氡值迅速上升，是電子鼓泡器漏氣的原因。

經(jīng)過此次實(shí)驗(yàn)，找到了氣氡數(shù)據(jù)大幅升高的真正原因：電子鼓泡器對氣氡測值穩(wěn)定性起決定性作用。觀測系統(tǒng)中增加電子鼓泡器，氣氡測值平穩(wěn)，且測值在30～40 Bq/L變化，觀測系統(tǒng)中若無電子鼓泡器，則氣氡測值在60～70Bq/L（圖 4）。

電子鼓泡脫氣裝置致使氡值上升的排除方法：每周更換一次電子鼓泡器與脫氣裝置連接處的膠管，確保此部分觀測系統(tǒng)密閉。

3.2.2 觀測中造成氡值下降的因素及改進(jìn)

圖5 氣路疏通前后的氣氡整點(diǎn)值（2016年7月15日—8月5日）Fig.5 The gas radon hourly value before and after dredging

脫氣裝置進(jìn)水管流速對氡值的影響：長時間連續(xù)抽水，使進(jìn)水管內(nèi)壁逐漸積累一些污垢，受負(fù)壓影響水管管徑會變窄，影響水的流速，從而使氡濃度降低（圖5）。7月29日和8月1日至8月3日的低值，就是受此影響。

解決方法：定期排除管壁的污垢，用雙手時常擠壓進(jìn)水管，保證入水暢通。

4 資料分析

4.1 脫氣裝置改造前后測值質(zhì)量變化

改造前脫氣裝置測得的是空氣和氡氣的混合氣，由于脫氣筒體積較大，受停電、漏氣、氣路堵塞等因素影響后，氣體積累時間較長，測值逐漸恢復(fù)正常值的時間一般在5～8小時左右。改造后觀測的是直接從地下水中脫出的氡氣，為即時氡氣，且氡氣隨時排出，不存在積累問題。整點(diǎn)值體現(xiàn)為前一整點(diǎn)值出現(xiàn)干擾，下一個整點(diǎn)值數(shù)據(jù)正常（圖6）。

圖6 脫氣裝置改造前后氣氡整點(diǎn)值Fig.6 The gas radon hourly value before and after the modification of degassing

4.2 脫氣裝置改造前后氡值與氣溫、氣壓的關(guān)系

脫氣裝置改造前受氣溫、氣壓影響明顯，具有夏低冬高的年變化（圖7）。改造后裝置以空氣為載氣，以水流帶入空氣鼓泡，裝置采用水流量單一因素控制水氣比的模式，解決了采樣因流量改變而引起的測值不穩(wěn)定的問題。測值不再受氣溫、氣壓等因素的影響（圖8）。

5 結(jié)論

圖7 改造前氣氡與氣溫、氣壓對比Fig.7 Comparison among gas radon，air temperature and pressure before reconstruction

圖8 改造后氣氡與氣溫、氣壓對比Fig.8 Comparison among gas radon，air temperature and air pressure after reconstruction

（1）通過一段時間的盤一井氣氡脫氣裝置改造實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣氡脫氣裝置更適合觀測的需要，觀測數(shù)據(jù)相對平穩(wěn)。

（2）氣氡脫氣裝置改造后觀測的物質(zhì)更明確，觀測的是直接從地下水中脫出的氡氣，為即時氡氣，且氡氣隨時排出，不存在積累問題。同時受干擾修復(fù)后，整點(diǎn)測值立即恢復(fù)正常。

（3）氣氡脫氣裝置改造后測值不再受氣溫、氣壓的影響。

（4）觀測中能控制流量的穩(wěn)定，保證進(jìn)水的流速，定期更換氣路連接的膠管，排除這些觀測中的干擾。目前脫氣裝置堵塞的影響仍存在，下一步若能解決此問題，此脫氣裝置觀測效果要好于原來的脫氣裝置。

[1]中國地震局地殼應(yīng)力研究所.脫氣裝置：中國，ZL201 520104644.5[P]. 2015，02.

[2]李慧玲，程冬焱，胡玉良，等.寬頻帶傾斜儀器及其觀測干擾因素分析[J]. 山西地震，2017，（2）：16-21.

Transformation Experiment of Gas Radon Degassing Device in No.1 Well of Panjin

GUO Hong-xia1，YANG Kun1，LIU Zi-zhe1，WANG Yan-yan2

（1. Panjin Seismic Station，Liaoning Panjin 124010，China 2. Seismic Station of Liaohe Oil Field，Liaoning Panjin 124010，China）

In order to improve the automatic degassing effect of radon gas in the first well, remove the interference and improve the quality of observation data. Reconstruction of radon degassing device in Panjin seismic station in November 3, 2015. The gas degassing device, which was developed by Xu Qiulong, a fluid group of China Earthquake Administration, replaces the original degassing device, which has been observed for nearly 10 months. The problems encountered in the observation process are analyzed. After improvement,the observation data is no longer affected by the air temperature and air pressure, and the flow interference and leakage problem are also controlled.

gas radon; degassing device; reconstruction experiment; No.1 well of Panjin; Panjin