Устройство для получения пробы газа из ледяного массива

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, содержащее адсорбционный отсек, включающий пакер, нижний и верхний нагреватели , кабель-трос, блок управления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последовательно соединен через герметизирующие .клапаны с патронами осушителя, адсорбента и газозаборной трубкой, а выход - через гер (Метризирующий клапан - с полостью пакёра , отсек гидрорасширителя, включаю:щий нагреватель,контейнер с кислотой, насос,расположенный в патрубке,связанном через.герметизирующий клапан с выходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством , отличающееся тем, что, с целью улучшения качества пробы, отсек гидрорасширителя снабжен пакером и дополнительным герметизирующим клапаном, связанными с выходом компрессора, между пакером и водовыводящими каналами установлены датчики фазового состояния ледвода , в зоне которых расположен дополнительный нагреватель, адсорбционный отсек снабжен датчиками фазового состояния лед-вода, установленными в зоне нижнего нагреваI теля отсека и дополнительньм нагревателем , расположенным под пакером. (/) 2. Устройство по п.1, о т л и -, чающееся тем, что, с целью обеспечения работы в скважине, за полненной заливочной жидкостью, гщсорбционный отсек снабжен емкостый со сжатым газом, редуктором и дополнительным герметизирующим клапаном, связанными между собой, с полостью пакера в отсеке гидрорасширителя с и с выходом копрессора, а на входе последнего установлен дополнительный герметизирующий клапан, связанный с внешним пространством.

„„SU„„ 1126689 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Е 21 В 49 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I

»»» "."о. ".

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3624772/22-03 (22) 21. 07. 83 (46) 30.11.84. Бюл. 9 44 (72) О.A.Öûãàíêîâ, С.В.Митин, В.КеЧистяков, A.М.Шкурко и A.A.Çåìцов (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской. революции и орде на Трудового Красного Знамени горный институт им.Г.В .Плеханова (53) 622. 243.68(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 945720, кл. G Ol N 1/22, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР .

9 1019267, кл. G 01 N 1/10, 1982 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, содержащее адсорбционный отсек., включающий.пакер, нижний и верхний нагреватели, кабель-трос, блок управления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последовательно соединен через герметизирующие .клапаны с патронами осушителя, адсорбента и газозаборной трубкой, а выход - через гер,метриэирующий клапан — с полостью пакера, отсек гидрорасширителя, включающий нагреватель, контейнер с кислотой, насос, расположенный в патрубке,связанном через герметизирующий клапан с выходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества пробы, отсек гидрорасширителя снабжен пакером и дополнительным герметизирующим клапаном, связанными с выходом компрессора, между пакером и водовыводящими каналами установлены датчики фазового состояния ледвода, в зоне которых расположен дополнительный нагреватель, адсорбционный отсек снабжен датчиками фазового состояния лед-вода, установленными в зоне нижнего нагревателя отсека и дополнительно нагре-,д р,б

»а вателем, расположенным под пакером.

2. Устройство по п,1, о т л и -, ч а ю щ е е с я тем, что, с.целью обеспечения работы в скважине,.ва полненной заливочной жидкостью, адсорбционный отсек снабжен емкостьЮ со сжатым газом, редуктором и дополнительным герметизирующим клапаном, связанными между собой, с полостью пакера в отсеке гидрорасширителя "

H с выходом копрессора, а на входе последнего установлен дополнительный герметизирующий клапан, связанный с внешним пространством.

1126689 гидрорасширителя, включающий нагреватель, контейнер с кислотой, насос, расположенный в патрубке, связанном через герметиэирующий клапан с выходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством, отсек гидрорасширителя снаб-, жен пакером и дополнительным герметизирующим клапаном., связанными с выходом. компрессора, между пакером и водовыводящими каналами установлены датчики фазового состояния ледвода, в зоне которых расположен дополнительный нагреватель, адсорбционный отсек снабжен датчиками фазового состояния лед-вода, установленными в зоне нижнего нагревателя отсека, дополнительным нагревателем, расположенным под пакером.

Кроме того, адсорбционный отсек снабжен емкостью со сжатым воздухом, редуктором и дополнительным герметизирующим клапаном, связанными между собой, с полостью пакера в отсеке гидрорасширителя и с выходом компрессора, а на входе последнего установлен дополнительный герметиэирующий клапан, связанный с внешним пространством, На фиг,.1 изображено устройство, общий вид, разрез; на фиг.2 — схема его работы в массиве. устройство для получения пробы газа из ледяного массива содержит адсорбционный отсек 1, в котором расположен кабельный замок 2, с закрепленным в нем кабель-тросом 3, электроотсек 4 с блоком управления 5, вход которого через герметизирующий клапан 6 соединен с окружающим пространством, а через последовательно соединенные герметизирующий клапан

7, патрон с адсорбентом 8, герметизирующий клапан 9, патрон с осушителем 10 и герметизирующим клапаном

11 связан с газозаборнрй трубкой 12, выведенной иэ отсека в средней его части. На выходе компрессора 5 установлен герметизирующий клапан 13, эа которым газовая магистраль разветвляется, соединяя выход компрессора c,ðàçëè÷íûìè элементами устройства. Одна из ветвей через герметиэирующий клапан 14 и газовый редуктор 15 подключена к емкости 16, наполненной сжатым газом. Вторая ветвь через герметизирующий клапан 17 подведена к полости пневматического пакера 18, закрепленного иа наружной поверхности отсека

1 в верхней его части. Следующая ветвь входит в отсек гидрорасширителя 19 и через герметизирующий клапан 20 соединена с патрубком насоса 21, который помещен в адсорбционный отсек. На патрубке насоса j непосредственно над водозаборными отверстиями закреплен датчик 22 уров40

Изобретение относится к области взятия проб жидкости или газа и может быть использовано при.получении пробы газа, например СО, из сухих и залитых скважин, пробуренных в ледовых отложениях, для определения абсолют- 5 ного возраста окружающих пород радиоизотопным анализом по С"4 .

Известен газоотбооник, содержащий корпус, кабель-трос,турбокомпрессор„ патрон с адсорбентом и обезвоживающим 10 веществом, электромагнитный клапан, схему управления, впускной и выпуск". ной каналы (1 J.

Однако известное устройство не позволяет проводить постановку ледяного пакера,герметизацию патрона с обезвоживающим веществом и предварительную сорбцию газа, оставшегося в скважине после ее герметизации, что в итоге снижает качество пробы.

Известно также устройство для получения пробы газа из ледяного массива, содержащее.адсорбционный отсек, включающий пакер, нижний.и верхний ло равления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последовательно соединен через герметизирующие клапаны с патронами осушителя, адсорбента и газозаборной трубкой, а выход — через герметизирую щий Клапан — с полостью пакера, отсек гидрорасширителя, включающий нагреватель, контейнер с кислотой, насос, расположенный в патрубке, связанном через герметиэирующий кла- 35 пан с восходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством (23.

Однако в данном устройстве отсутствует возможность поглощения

СО из атмосферного воздуха, остав2 шегося в скважине после ее герметизации, что ведет к загрязнению пробы и существенно снижает точность датирования. 45

Кроме того, устройство не позволяет получать пробу газа из любой зоны скважины, а также из скважин, заполненных заливочной жидкостью.

Цель изобретения — улучшение качества пробы, а также обеспечеиие работоспособности в скважине, заполненной заливочной жидкостью.

Поставленная цель достигается тем, что в устРойстве для получения пробы газа из ледяного массива., содержащем адсорбционный отсек, включающий с пакером, нижний и верхний нагреватели, кабель-трос, блок управления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последо- 60 вательно соединен через герметизирующие клапаны с патронами с:осушителя, адсорбента и газозаборной трубкой, а выход через герметизирующий клапан — с полостью пакера, отсек, 65

1126689 ня воды, а под ним — нагреватель 23.

Полость патрубка связана с наружным пространством водонынодящими каналами 24, выше которых расположены водозаборные отверстия 25, Последняя ветвь газовой магистрали через герметизирующий клапан 26 соединена с полостью пакера 27; над пакером 18 расположены один над другим нагреватели 28 и 29. В зоне нижнего нагревателя 29 закреплены на разной высоте датчики 30 и 31 фазового состояния . лед-вода, причем датчик 31 закреплен непосредственно над пакером 18, а датчик 30 — в верхней зоне нагревателя 29. Под пакером 18 расположен нагреватель 32.

В зоне патрубка насоса 21 закреплен нагреватель 33 ° Над пакером 27 расположен нагреватель 34, в верхней зоне непосредственно над пакером

27 закреплен такой же датчик 36.Ниже входа газозаборной трубки 12 на наружной поверхности корпуса 1 устройства закреплен датчик. 37 уровня воды. Внутри нижнего отсека расположено средство доставки кислоты 38, содержащее емкость с кислотой и узел разрушения емкости. Блок управления электрически соединен с кабельтросом. 3, компрессором 5, насосом

21, герметизирующими клапанами 6,7, 9,11,13,14,17,19,26 и с, датчиками

22,30,31,35,36 и 37.

Устройство для получения пробы газа из ледяного массина работает следующим образом.

После достижения заданной глубины спуск устройства в скважину прекращается.

В случае пробоотбора из сухой скважины постановка пневматического пакера производится подачей в эластичный элемент пакера воздуха из скважины, а при работе в залитой скважине газа из емкости 16.

При работе в сухой скважине вначале включается блок управления, производится кратковременное включение компрессора 5, открытие герметизирующих клапанов 6,13 и 26 и прижатие пакера 27 к стенке скважины. Включаются нагреватели 28,29,:

32,33 и 34, сплавляются стенки скважины. Когда вода, скапливаясь над пакером 27, достигнет уровня датчика 35, нагреватели выключаются.

Производится выдержка для того, чтобы иаплавленная вода замерзла, о чем будут сигнализировать датчики

35 и 36. Намораживание ледяного пакера, кроме повышения надежности герметизации, преследует еще и цель исключить возможность размыва стенок скважины в зоне эластичного пакера при плавлении каверны для повышения надежности герметизации опробуемого участка. После намораживания ледяного пакера включаются нагреватели 28,29, 32 и 33 и производится вторичное опланление стенок скважины. Образую щаяся вода вытесняет воздух из зоны пробоотбора. Когда уровень воды достигнет датчика 30, нагреватели 28 и 29 выключают, кратковременно включают компрессор 5 и открывают герметизирующие клапаны 6,13 и 17, пос10 ле чего пакер 18 прижимается к стенке скважины. Когда наплавленная вода скопившаяся над пакером 18 замезнет, о чем будут сигнализировать датчики фазового состояния 30 и 31, )5 включается насос 21 и нагреватель

23, а нагреватель 32 выключается.

Вода из"полости патрубка насоса по выводящим каналам 24 под большим давлением направляется на стенки сква20 жины и размывает каверну. Когда уровень воды в каверне опустится до датчика 37 за счет естественного уменьшения объема льда при переходе его в другое состояние — воду, включается компрессор 5 и открываются герметизирующие клапаны 7,8, 11,13 и 19. При этом воздух, выделившийся из расплава льда, прокачивается через осушитель н патроне 10 и адсорбент в патроне 8, где из него выделяется интересующий гаэ,например

СО, после чего подают воздух н полость патрубка насоса 21. За счет значительного увеличения площади контакта газ-нода образующиеся пузырьки

35 способствуют интенсивному выделению газа из воды. Для более полного выделения CO) из расплава льда освобождают СО, йаходящийся н связанном состоянии в форме НСО, путем внеде40 ния н воду кислоты до достижения рН Ъ 3. Плавление каверны н сорбция газа прекращаются по команде оператора или по команде микропроцессора, нходящего в состав блока управ45 ления, по истечению заданного времени или по сигналу датчика 22, в случае если уровень воды н каверне опустится ниже него, или по сигналу вода датчиков 35 и 36, н случае размыва ледяного пакера. Герметизирующие клапаны 7,9,11 и 19 закрываются, компрессор 5, нагреватель 23 и двигатель 21 выключаются, включаются нагреватели 28,29, 32 и 34, открываются герметизирующие клапаны 6,13

17 и 26, эластичные элементы пакерон 18 и 27 занимают исходное положение. Когда датчики 30,31,35 и 36 .покажут отсутствие воды (вода уйдет в скважину), начинают-подъем устрой60 ства 9, а нагреватели 28,.29,32,.33 и

34 выключают.

При работе в залитой скважине, заполненной заливочной жидкостью, эластичные элементы пакеров 18 и 27

65 прижимаются к стенкам скважины при

1126689 б

Л

ВНИИПИ Заказ 8654/24 Тираж 564 Подписное

° ВЮ Ю В ЮФЬ4е4» ° е4еюю4в филиал ППП мдатент" r. ужгород ул. Проектная 4

1 йодаче под них газа из емкости 16 через редуктор 15 и герметизирующие клапаны 17 и 26 соответственно. Все остальные операции процесса получения пробы газа из залитой скважины полностью совпадают с операциями получения пробы газа из сухой скважины.

Сечение скважины, пробуренное во льду, с течением времени уменьшается в связи с пластичностью льда и дей« 10 ствием горного давления. Чтобы избежать сужения диаметра скважины, в нее заливают жидкость с низкой температурой замерзания,например дизельное топливо ТС»1, с плотностью 15

0,8 г/cMs. Для получения пробы rasa иэ залитой скважины необходимо удалить скважинную заливочную жидкость

88

2У

13

/4

77

18 из зоны пробоотбора. Это достигается тем, что после герметизации кольцевого зазора между стенкамИ скважины и устройством оплавляют стенки скважины. Образующаяся вода вытесняет заливочную жидкость из зоны пробоотбора, поскольку плотность воды выше, чем у заливочной жидкости, и они не смешиваются и практически ие раст- воримы.

Использование изобретения позво-ляет получить пробу одного компонента газовой составляющей с любых глубин ледовых отложений как в сухих, так и в залитых скважинах. Кроме того, значительно улучшается качество пробы эа счет исключения попадания в пробу атмосферного воздуха.