Способ получения пробы газа из ледяного массива

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЕ ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, включающий бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пробы, перед образованием каверны производят сорбцию газа, оставшегося в поднакерной зоне скважины , затем образуют каверну путем плавления - размыва льда, а выделяющуюся из него газовую смесь осушают после прокачивания через поглотитель подают обратно в расплав льда, вводят в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем; i что, с целью повышения точности результатов опробования зя счет взятия пробы га (Л за из более тонкого слоя льда, образование каверны осуществляют путем циркуляции расплава льда в горизонтальной плос кости по окружности.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

З15Р E 21 В 49/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2! ) 3471389/22-03 (22) 19.07.82 (46) 07.03.84. Бюл. № 9 (72) Б. Б. Кудряшов, В. К. Чистяков, Я.-М. К. Пуннинг, A. М. Шкурко и О. А. Цыганков (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена

Октябрьской революции и ордена,Трудовога

Красного Знамени горный институт им им. Г. В. Плеханова (53) 622. 243.68(088.8) (56) 1. Н. Oeschger, В. Stauffer, P. Bucher,...

«C4 and other isotope stadies on natural ice;

Proceeding of the 8 " International conference on Radio carbon dating, New Zealand, vol 1, 1972, р. 70 — -92.

2. Н. Oeschger, В. Stauffer, С. С. LaYlj

gway «Ап Carbon gating of ice and other.isotope stadies at Byrd Station, Antarctica»

Antarctic journal of the United States, vol. 5, № 4, 1970, р. 112 (прототип).

„„SU„„1078048 А (54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, включающий бурение сква ж и ны, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пробы, перед образованием каверны производят сорбцию газа, оставшегося в подпакерной зоне скважины, затем образуют каверну путем плавления — размыва льда, а выделяющуюся из него газовую смесь осушают после прокачивания через поглотитель подают обратно в расплав льда, вводят в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности резульФ татов опробования з:. счет взятия пробы га за из более тонкого слоя льда, образование каверны осуществляют путем циркуляции расплава льда в горизонтальной плос кости по окружности.

Р

1078048

Изобретение относится к области взятия проб жидкости или газа и может быть использовано для получения, например, пробы СО нз сухих скважин, пробуренных в ледовых отложениях, для определения абсолютного возраста радиоизотопным анализом по углероду-l4.

Известен способ получения пробы газа, при котором бурят скважину, затем герметизируют участок скважины, после чего плавят лед и в появившуюся воду с поверхности подают азот. а образующуюся газо вую смесь пропускают через молекулярные фильтры, установленные в каверне (! !.

Недостатка ми этого способа являются: присутствие в пробе атмосферного воздуха, оста вшегося в скважине после ее 15 герметизации, что значительно снижает точность датировки; возможность загрязнения пробы атмосферным воздухом из-за сложности герметизации длинных магистралей подачи газа; неполное выделение СО из воды в связи с тем, что часть СОд находится в связанном состоянии; низкая производительность фильтров из-за того, что на них вместе с газом подаются водяные пары; большая стратиграфическая ошибка определения возраста из-за того, что высота образующейся каверны больше ее диаметра при плавлении льда свободной конвекцией воды; большая энергоемкость плавления льда 30 из-за низкого коэффициента теплоотдачн; ограничения по глубине отбора проб из-за громоздкости оборудования.

Известен также способ получения пробы газа из ледяного массива, включающий бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последукнцей герметизацией пробы газа (2).

Однако известному способу присущи те же недостатки. 40

Целью изобретения является повышение качества пробы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пробы газа из ледяного массива, включающему бурение скважины. герметизацию участка сква- 45 жины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа, перед образованием каверны производят сорбцию газа, оставшегося в подпакерной зоне скважины, затем образуют каверну путем плав ления --- размыва льда, а выделяющуюся из него газовуlo смесь осушают и после прокачивания через поглотитель подают обратно в расплав льда вводят в него кислоту и вновь проначнвают через осушитель и поглотит< ль.

Кроче <«<з<, < целью повышения точно.сти рсзуль<аг«в опробования за счет взя2 тия пробы газа из более тонкого сл<>я льда, образование каверны осуществлян<т путем циркуляции расплава льда в горизонтальной плоскости по окружности.

На фиг. 1 приведено устройство, реализующее способ получения пробы газа из ледового массива, общий вид; на фиг. 2— сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 3 -- схема работы устройства в ледяном массиве (стрелки указывают направление циркуляции воды в каверне).

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. !) содержит газоотборник I, внутри которого разме<цены турбокомпрессор 2, соединенный с впускными каналами 3 и 4, в цепи одного из которых между электромагнитными клапанами 5 — 7 расположены основной патрон 8 с адсорбентом и патрон 9 с обезвоживающим веществом. В цепи второго впускного канала между электромагнитными клапанами 10 и 11 расположен вспомогательный патрон

12 с адсорбентом. Выпускной канал 13 соединен через электромагнитный клапан 14 с пакером 15, установленным снаружи на корпусе газоотборника 1. Выше пакера 15 размещены .друг над другом на греватели

16 и 17, а внутри газоотборннка I размещен электромагнитный клапан 18. Внутри гидрорасширителя 19 расположен насос 20 с датчиком 21 уровня воды, емкость 22 для кислоты и соленоид 23, а снаружи на корпусе гидрорасширителя 19 закреплены нагреватели 24 и 25. Управление работой устройства осуществляется при помощи блока

26 управления, электрически соединенного с турбокомпрессором 2, электромагнитными клапанами 5, 6, 7, 10, 11, 14 и 18, насосом

20, датчиком 21 воды, соленоидом 23 и нагревателями 16, 17, 24 н 25.

Способ получения пробы газа реализуется следующим образом.

Устройство опускают в скважину на забой и включают блок 26 управления, после чего включаются нагреватели 24 н 25, плавится лед и происходит дальнейший спуск устройства. Когда образующаяся вода достигает уровня датчика 21 воды. спуск прекращается, нагреватели 24 и 25 выключаются, включаются электромагнитные клапаны 10, 11 и 14 и турбокомпрессор 2. При этом воздух по впускному 4 и выпускному 13 каналам подается под пакер 15, и производится пакеровка скважины. После пакеровки турбокомпрессор 2 и электромагнитные клапаны !О, I I и 14 выключаются. Включается нагреватель 16 и производится плавление стенок скважины, а образующаяся вода скапливается над пакером 15. Нагреватель

l6 выключается. Производится выдсрж ка, достаточная для замерзания воды, скопившейся над пакером 15. После этого включаются турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны 10. 11 и 13 и производится прокачка воздуха, остап«и<вся <з скважине.

1078048 через вспомогательный патрон 12 с адсорбентом. Затем электромагнитные клапаны

10 и 11 выключаются, а включаются электромагнитные клапаны 5 — 7, насос 20 и нагреватели 24 и 25 — — начинается плавление и размыв льда принудительной циркуляцией воды по окружности и прокачка газа, выделяющегося из воды, через патрон

9 с осушителем и основной патрон 8 с адсорбентом. Когда каверна достигнет необходимых размеров, включается соленоид 23, у которого выдвигается стержень, разрушающий емкость с кислотой. Введение кислоты в воду необходимо для полного освобождения ее от СО . После окончания процесса адсорбции выключаются турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны 5 — 7, насос 20, нагреватели 24 и 25, включаются электромагнитный клапан 14 и нагреватель

l7 — происходит распакеровка скважины, после чего производят подъем устройства.

На поверхности отсоединяют и заменяют основной патрон 8 с адсорбентом, патрон 9 с обезвоживающим веществом и электромагнитными клапанами 5 — 7 и вспомогательный патрон 12 с адсорбентом и электромагнитными клапанами 10 и 11, после чево устройство вновь готово к работе. Основной патрон 8 с адсорбентом, закрытый электромагнитными клапанами 5 и 6, заключает в себе герметизироваиную пробу СО .

От количества газа, взятого на радиоизотопный анализ, зависит точность определения возраста исследуемого горизонта отложений. Атмосферный воздух попадает в лед при формировании фирноледяных отложений. Сред и е содержание СО> во льду очень грубо можно оценить как 150 мл на кубометр. В таком количестве С01 находится примерно 0,2 мг углерода, что достаточно для опредслеиия возраста отложений до 10 тысяч лет с точностью + 300лет.

В связи с радиоактивным распадом углерода-14 с увеличением возраста отложейий требуемое для а н ализа количество углерода возрастает и при определении возраста в 20 тысяч лет с прежней точностью (+-300 лет) необходимо примерно 0,6 мг углерода. В центральных районах Антарктиды среднее накопление льда составляет

2 см в год. С увеличением глубины годовой слой льда уплотняется. Следовательно, для увеличения точности датировки необходиIP Mo получение возможно большего количества углерода при минимальной высоте ьыплавляемой каверны, из которой берется проба газа. При подаче газовой смеси, про шедшей патрон с адсорбентом, в воду обра. зуется множество газовых пузырьков, что значительно увеличивает площадь поверхности воды — газ и ускоряет выход газа иэ воды, поскольку концентрация СО в газовых пузырьках меньше, чем в воде, а это также способствует более интенсивному выделению СО из воды. Количество кислоты, необходимое для полного освобождения воды от СО определяется предварительным химическим анализом керна, взятого с исследуемой глубины. При отсутствии воэможности проведения химического анализа считается достаточным введение в воду кислоты с 10-кратным запасом, т. е. около 0,2 л концентрированной серной кислоты на 1000 л наплавленной воды.

Предлагаемый способ позволяет получать пробу одного компонента газовой составляющей с любых глубин ледовых отложений. Использование способа значитель. но улучшает качество получаемой пробы и исключает попадание а пробу атмосфер35 ного воздуха за сче г того, ч го производится сорбция газа, оставшегос» в скважине. Взятие пробы из каверны больиюго объема при малой ее высоте обеспечит более надежное датирование возраста ледовых отложений.

)078048

1У гг

28

М

gvz. 1

Р<лактор Н. Данко

Вак аз 89(!/24

Составитель Е. Самойленко

Техред И. Верес Корректор И. Муска

Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП сПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4