盘一井气氡脱气装置改造实验研究

郭红霞，杨 昆，刘子哲，王艳艳

（1.盘锦地震台，辽宁 盘锦 124010；2.辽河油田地震台，辽宁 盘锦 124010）

盘一井气氡脱气装置改造实验研究

郭红霞1，杨 昆1，刘子哲1，王艳艳2

（1.盘锦地震台，辽宁 盘锦 124010；2.辽河油田地震台，辽宁 盘锦 124010）

为了改进盘一井气氡的自动脱气效果，去除干扰，提高观测资料质量，2015年11月3日盘锦地震台对气氡脱气装置进行改造实验。通过应用中国地震局流体学科组许秋龙研制的气氡脱气装置替换掉原来的脱气装置，截至2016年9月已取得近10个月的观测数据。分析了观测过程中遇到的问题并进行了相应的改进，改进后观测数据不再受气温、气压的干扰，流量干扰与漏气问题也得到了一定的控制。

气氡；脱气装置；改造实验；盘一井；盘锦

P315.724

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.010

1674-8565（2017）04-0054-05

2017-08-22

2017-10-12

郭红霞（1979-），女，辽宁省盘锦市人，1999 年毕业于防灾科技学院，本科，工程师，现主要从事地震地下流体监测预报及研究方面的工作。E-mail：spring9301@163.com

0 引言

盘一井气氡观测始于2001年，为“九五”数字化观测项目，观测原理是将水中的溶解氡，通过脱气筒自动脱气形成气氡，进行地震监测分析预报。观测至今发现气氡受气温、气压、流量和气路堵塞等影响明显，且进入闪烁室的观测物质为气氡与空气的混合物，脱气装置经过多年的水污腐蚀目前已超过使用寿命。因此2015年11月3日盘锦地震台对盘一井气氡脱气装置进行改造实验，目的是改善观测现状，提高观测质量。对于在改造实验的过程中出现的一系列问题，根据实际情况，逐步进行分析和实验改进（图1）。改进后的脱气装置观测的是实时的氡气，排除了气温、气压的干扰，但仍受流量、气路堵塞、气路漏气的影响。目前流量干扰与漏气问题已解决，接下来的工作就是彻底解决脱气装置堵塞问题，此问题若能进一步解决，新脱气装置将有利于地震的监测。

图1 盘一井气氡脱气装置Fig.1 Degassing device of radon in Panjin No.1 well

1 气氡观测概况

盘一井气氡观测是中国地震局地震前兆地下流体数字化观测项目之一，即“九五”期间“地震前兆台站（网）技术改造项目”之一的“95-01-02项目”。2000年对盘一井进行数字化改造，安装SD-3A型自动测氡仪，并实现数据自动采集控制、通讯传输；实现气氡观测的自动化、数字化。其特点是实现非自流井24小时连续抽水，地下水由脱气装置自动脱气，再由自动测氡仪采集24个整点氡值，进行连续记录，并由数据传输系统完成数据自动传输。

2001年9月气氡正式投入观测，至今已连续十五年取得了可靠的观测资料。观测数据受气温、气压影响，具有夏低冬高的年变化规律。同时由于受气路堵塞、漏气等因素的影响，氡值时常出现下降，恢复正常值的时间较长。

2 更换自吸气鼓泡脱气装置

2.1 工作原理

在有一定压力的水流作用下水从装置的上部射流到管径较大的气水混合管内形成无压管路的高速水流，由于有一定的落差，则会形成一个立轴涡体，在涡体的中心会产生一个负压，并吸入空气形成掺气水流。水流到达鼓泡室后，水中的空气便从水中逸出，在逸出时把水中溶解的气体带出[1]。

2.2 观测中遇到的问题及改进

2.2.1 脱气装置堵塞问题

脱气装置安装初期，测值较平稳，半个月后数据出现高值抬升。经过实验检验，认为是脱气装置堵塞造成的数据升高。由于盘一井地下水中铁离子较多，水被抽离地表面时，遇空气氧化形成氧化铁，附着在脱气筒及水管内壁上，长时间的附着、积累，造成气腔体积变小，同时水的流速变慢，致使水氡测值上升。随着观测时间的增长，脱气装置堵塞的频率增加（图2）。

2.2.2 解决办法

（1）定期更换脱气装置。用两个相同型号的脱气装置定期更换。使用草酸稀释溶液浸泡有污垢的脱气装置，待其干净后备用。脱气装置的更换时间，起初为半个月更换，如2015年11月至12月间的更换（图2a）。观测一段时间后，发现脱气装置堵塞较频繁，且前后两次堵塞的时间约为一个星期，于是改为每周更换一次（图2b）。

图2 新脱气装置观测的气氡整点值Fig.2 New degasser observation of gas radon integral point value

（2）从更换脱气装置前后的数据变化情况看（表1），定期更换脱气装置在一定程度上能改善气路堵塞对观测质量的影响，但不能绝对做到每次及时更换。若是不及时更换脱气装置，一旦气路堵塞，观测数据出现持续上升（图2c），影响观测质量。在观测实验中发现即使增加脱气装置更换的频率，仍存在气路堵塞问题（图2），只有对此脱气装置进行改进，才能适合观测的需要。

表1 盘一井气氯脱气装置清洗更换情况表

3 更换自吸气电动鼓泡脱气装置

经过一段时间脱气装置的频繁更换，发现气氡测值仍不稳定。因此于2016年5月9日进行更换，改为带有电动鼓泡器的脱气装置（图3a），同时增大自吸气脱气装置（脱气瓶）的容积（图3b）。

图3 电动鼓泡脱气装置Fig.3 Degassing device of gas radon with electric bubbling

3.1 工作原理

电动鼓泡的原理，是为满足观测仪器的需要，用空气混入的方式进行脱气－集气。该方法是需要在空气进入口处连接一根硅胶管，空气进入射流区产生负压区，抑制氡浓度，使其达到一定的稳定。

3.2 观测中遇到的问题及改进

3.2.1 观测过程中数据大幅上升问题及解决方法

更换此装置后，气氡测值相对平稳一段时间，在33.6～40.3 Bq/L变化，平均测值为36.7 Bq/L。但从6月22日至6月28日氡值迅速上升，最高测值为72.4 Bq/L，约是平均测值的2倍（图4）。就此异常变化我们检查了气氡观测系统，发现气路漏气，在更换电子鼓泡器与脱气装置连接处已破损的胶管后，数据逐渐回到上升前的基值。

图4 自吸气电动鼓泡脱气装置观测的气氡整点值（2016年6—7月）Fig.4 The value of gas radon hours after replacing the new degassing device

分析此次数值大幅度上升的原因，胶管漏气之后，与之连接的电子鼓泡器失去工作的能力，即没有电子鼓泡器的作用，气氡数据才大幅上升。为了验证这一结论，进一步实验：7月4日10点关闭电子鼓泡器，气氡测值开始升高，至7月5日8点测值为71.0 Bq/L。电子鼓泡器工作是否直接导致了气氡数值一高一低变化？为了进一步验证此结论，7月5日9点之后又做了实验：此次打开电动鼓泡器，结果气氡测值逐渐下降，测值回到上升前的状态，在37.0 Bq/L上下波动。7月6日9点再次关闭电子鼓泡器，测值又上升到71.0 Bq/L。7月7日8点之后再次连接电子鼓泡器测值下降到49.4 Bq/L。经过反复实验，找到了气氡数据大幅升高的真正原因：电子鼓泡器对气氡浓度有影响。观测系统中增加电子鼓泡器，气氡测值平稳，且测值在30～40 Bq/L变化，观测系统中若无电子鼓泡器，则气氡测值在65～75Bq/L。此项实验也充分验证了6月22日至6月28日氡值迅速上升，是电子鼓泡器漏气的原因。

经过此次实验，找到了气氡数据大幅升高的真正原因：电子鼓泡器对气氡测值稳定性起决定性作用。观测系统中增加电子鼓泡器，气氡测值平稳，且测值在30～40 Bq/L变化，观测系统中若无电子鼓泡器，则气氡测值在60～70Bq/L（图 4）。

电子鼓泡脱气装置致使氡值上升的排除方法：每周更换一次电子鼓泡器与脱气装置连接处的胶管，确保此部分观测系统密闭。

3.2.2 观测中造成氡值下降的因素及改进

图5 气路疏通前后的气氡整点值（2016年7月15日—8月5日）Fig.5 The gas radon hourly value before and after dredging

脱气装置进水管流速对氡值的影响：长时间连续抽水，使进水管内壁逐渐积累一些污垢，受负压影响水管管径会变窄，影响水的流速，从而使氡浓度降低（图5）。7月29日和8月1日至8月3日的低值，就是受此影响。

解决方法：定期排除管壁的污垢，用双手时常挤压进水管，保证入水畅通。

4 资料分析

4.1 脱气装置改造前后测值质量变化

改造前脱气装置测得的是空气和氡气的混合气，由于脱气筒体积较大，受停电、漏气、气路堵塞等因素影响后，气体积累时间较长，测值逐渐恢复正常值的时间一般在5～8小时左右。改造后观测的是直接从地下水中脱出的氡气，为即时氡气，且氡气随时排出，不存在积累问题。整点值体现为前一整点值出现干扰，下一个整点值数据正常（图6）。

图6 脱气装置改造前后气氡整点值Fig.6 The gas radon hourly value before and after the modification of degassing

4.2 脱气装置改造前后氡值与气温、气压的关系

脱气装置改造前受气温、气压影响明显，具有夏低冬高的年变化（图7）。改造后装置以空气为载气，以水流带入空气鼓泡，装置采用水流量单一因素控制水气比的模式，解决了采样因流量改变而引起的测值不稳定的问题。测值不再受气温、气压等因素的影响（图8）。

5 结论

图7 改造前气氡与气温、气压对比Fig.7 Comparison among gas radon，air temperature and pressure before reconstruction

图8 改造后气氡与气温、气压对比Fig.8 Comparison among gas radon，air temperature and air pressure after reconstruction

（1）通过一段时间的盘一井气氡脱气装置改造实验，发现气氡脱气装置更适合观测的需要，观测数据相对平稳。

（2）气氡脱气装置改造后观测的物质更明确，观测的是直接从地下水中脱出的氡气，为即时氡气，且氡气随时排出，不存在积累问题。同时受干扰修复后，整点测值立即恢复正常。

（3）气氡脱气装置改造后测值不再受气温、气压的影响。

（4）观测中能控制流量的稳定，保证进水的流速，定期更换气路连接的胶管，排除这些观测中的干扰。目前脱气装置堵塞的影响仍存在，下一步若能解决此问题，此脱气装置观测效果要好于原来的脱气装置。

[1]中国地震局地壳应力研究所.脱气装置：中国，ZL201 520104644.5[P]. 2015，02.

[2]李慧玲，程冬焱，胡玉良，等.宽频带倾斜仪器及其观测干扰因素分析[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