Масс-спектрометрический газоанализатор

 

б „

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскиз

Социалнстнческиз

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 22Л1.1968 (№ 1219836/26-25) Кл. 42, 3/09 с присоединением заявки №

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР,ЧПК G 01п

УДК 543.51(088.8) Приоритет

Опубликовано 05Х.1969. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 23.1Х.1969

Авторы изобретения

3 аявитель

Э. М. Галимов и Н. Н. Кривко

Московский институт нефтехимической и газовой промышленности имени И. М. Губкина

МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к устройствам для дистанционного газового анализа, преимущественно в буровых скважинах.

Предлагаемый масс-спектрометрический газоанализатор предназначен для поиска полезных ископаемых по газовым ореолам рассеяния, а также для изучения химических, биохимических и ядерных процессов в горных IlopO дах, сопровождающихся газоотделением.

Известные масс-спектрометрические газоанализаторы не позволяют непрерывно анализировать состав газов на объектах, подобным буровой скважине, в условиях жидкой среды и изменяющегося по мере передвижения прибора давления.

Особенность предлагаемого газоанализатора состоит в том, что между устройством для отбора проб и напускным баллоном масс-спектрометрического датчика установлена мембранная камера, соединенная при помощи рычагов со штоком, который расположен в камере, сообщающейся с внешней средой. Мембранная камера соединена с напускным баллоном и вакуумным насосом через клапаны.

К выходному патрубку вакуумного насоса присоединен вакуумированный баллон.

Предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное определение состава газов в условиях меняющегося внешнего давления.

На чертеже изображен общий вид массспектрометрического газоанализатора.

К цилиндрическому стальному корпусу посредством головки 2 подсоединен трехжильный кабель 8. Посредством накидной гайки -1 к корпусу прикреплен разборный корпус золотникового устройства, состоящий из нижней части б, средней б с камерой 7 и верхней части 8 с камерой 9 и отверстием 10; через все

10 три части разборного корпуса проходит стержень П со сквозным отверстием 12 и двумя кольцевыми проточками 18 и 14, к которому прикреплен сильфон 15. Стержень снабжен втулкой 1б из мягкого железа. Он удержи15 вается пружиной 17 в верхнем положении и приводится в движение соленоидом 18, расположенным в камере 7. В этой же камере находится поглотитель влаги 19. Нижняя часть разборного корпуса имеет отверстие с коль20 цевыми проточками 20 и 21, соединенными отверстиями 22. К разборному корпусу прикреплена панель 28 с отверстиями 24 и 25 в днище. В отверстии 24 установлен предохранительный клапан 2б. К отверстию 24 подведе25 на трубка 27. На панели 28 с помощью уголков закреплены двигатель 28, форвакуумный насос 29, баллон 80, внутри которого расположен масс-спектрометрический датчик парциальных давлений 81, и геттерно-ионный на30 сос 82.

243250

as

Трубка 27 заканчивается клапанной системой, один из клапанов которой 88 перекрывает вход B интегрирующий баллон 84, и другой 35 — вход в фор вакуум ный насос 29. Клапапы имеют электромагнитный привод 86.

Интегрирующии баллон 84 имеет выход к диафрагме 87 с молекулярным натекателем.

К патрубку 88 в верхней части масс-спсктрометрического датчика 81 прикреплен геттерно-ионный насос 82 с нагрев" òåëüíîé обмоткой 89, имеющий клапан 40 с приводом 41, проходящим через уплотнение 42 в баллоне

80. Баллон имеет патрубок 48.

Масс-спектрометрическь и датчик 31 с. измерительным коллектором 44 посредством раз вема 45 подсоединяют к электронной схем; измерительного блока 46, смонтированной на шасси 47. Мембранная камера 48 присоединена к системе клапанов 88 и 85. В отверстии 25 находится шток 49, удерживаемый пружиной

50. К штоку 49 шарнирно прикреплена система рычагов 51.

Газоанализатор работает следующим образом.

Перед спуском в скважину и патрубку 48 подсоединяют форзакуумный насос, откачивающий баллон 80 до форвакуума. При этом гривод 41 открывает клапан 40 геттернс-ионного насоса 82, к нагрезательной обмотке 39 подводится напряжение, и происходит десорбция геттера насоса.

Далее прибор опускают в скважину на кабеле 8. При движении прибора вдоль оси слвола скважины устройство отбора проб отбирает пробы бурового раствора с частотой

0,5 сек > в результате возвратно-поступателного движения стержня 11 золотника. Привод осуществляется подачей напряжения;а обмотку соленоида 18. Для уменьшения силы, необходимой для передвижения стержня 11, в нем сделано сквозное отверстие 12, а внизу прикреплен сильфон 15, заполненный маслом.

Маслом заполнена также камера 9. Таким образом, давление бурового раствора передается в камеру 9, чем обеспечивается одинаковое давление на оба конца стержня 11.

Когда стержень находится в .нижнем положении, буровой раствор заполняет кольцевую проточку 18. При движении стержня вверх порция бурового раствора переносится в кольцевую проточку 20, где происходит вакуучная дегазация пробы, и газ попадает через отверстие 22 в проточку 21. При движении стержня вниз кольцевая проточка 14 совмещается с кольцевой проточкой 21, а проточка 18 заполняется новой порцией бурового раствора. При движении стержня вверх проточка 14 переносит порцию газа в камеру 7, где влага поглощается поглотителем 19, а газ сквозь стверстие 10 через предохранительный клапан 26, отверстие 24 и трубку 27,поступает к клапанам 88 и 85. При этом оба клапана закрыты, и газ поступает в мембранную камеру 48. В этом случае камера 48 выполняет роль редук40

65 тора давления; ее объем относится к объему кольцевой проточки 14 не менее чем 10 : 1.

Помимо высоких давлений в условиях буровой среды, возрастающих по мере погружения прибора в скважину при одних и тех же объемах проб, отбираемых кольцевой проточкой

14, на результаты газового анализа влияют разные концентрации анализируемого газа.

Поэтому возникает необходимость в приведении проб к единым условиям замера.

Камера 48 совмещает функцию редуклора давления с функцией компенсатора давлений.

С этой целью она выполнена в виде сильфопа, изменяющего свой объем пропорционально изменению давления внешней среды, так что давление газа в напускной системе массспектрометрического датчика парциальных давлений зависит только от концентрапии газа.

Давление масла в камере 9, равное давлению во внешней среде, воздействует на шгок

49, удерживаемый пружиной 50, и приводит его в движение при изменении давления внешней среды. Перемещение штока 49, передаваемое рычагами 51 спльфонной камере 48, изменяет ее объем.

Рост давления во внешней среде приводит к увеличению объема камеры 48, уменьшение — наоборот. Таким образом давление в системе напуска приводится к стандартным условиям.

Так как анализ газов по стволу скважины происходит непрерывно, а отбор проб циклически, на входе масс-спектрометрического датчика должно быть интегрирующее устройство.

Роль интегрирующего устройства выполняет баллон 84, соответствующий обычному напускчому баллону масс-спектрометра, но в отличие от последнего интегрирующий баллон

84 в сочетании с камерой 48, объемы которых выполнены в отношении не более чем 1: 100, позволяет при непрерывном напуске газа з масс-спектрометрический датчик 81 изменять его состав в соответствии с составом очередной поступающей пробы. Это осуществляется следующим образом.

Открывается клапан 88, и состав газа в интегрирующем баллоне становится таким же, как в камере 48. После этого клапан 88 закрывается, открывается клапан 85, и камера 48 откачивается форвакуумным насосом 29. В это время газ из интегрирующего баллона 84 через молекулярный натекатель в диафрагме

87 поступает в ионизационную камеру массспектрометрического датчика 81, где ачализируется известным путем. После откачки камеры 48 клапан 85 закрывается, и в камеру 48 поступает новая проба. После приведения ее в этой камере к стандартным условиям вновь

oTI(pblâàåòñÿ клапан 88, и состав газа в интегрирующем баллоне изменяется в соответствии с изменившейся концечтрацией новой пробы (или не изменяется, если концентрация газа в

243250

5 новой пробе осталась прежней). Таким образом, интегрирующий баллон 84, поскольку его объем в 100 раз меньше объема камеры 48, выполняет функцию устройства, следящего за составом газа в данной камере.

Работа клапанов 88, 85 и соленоидного привода 18 синхронизирована.

Ионный ток измерительного коллектора 44 масс-спектрометрического датчика 81, соответствующий парциальному давлению газа в интегрирующем баллоне 84, пройдя усилитель измерительного блока 4б, по кабелю 8 попадает на поверхность, где регистрируется записывающим устройством. С помощью геттерноионного насоса 82 в камере масс-спектрометрического датчика парциальных давлений 81 поддерживается давление порядка 10 —

10 мм рт. ст.

Так как при непрерывном определении состава газа необходимо откачивать газ из камеры 48, а в условиях скважины нет возможности отводить его во внешнюю среду, к выхлопному патрубку форвакуумного насоса 29 присоединен баллон 80, выполняющий функцию аккумулятора отработанных газов.

Предмет изобретения

1. Масс-спектрометрический газоанализатор, содержащий масс-спектрометрический датчик

5 с напускным баллоном, насосы для обеспечения вакуумных условий, электронные блоки измерения и управления и устройство для отбора проб, например золотникового типа, отличающийся тем, что, с целью обеспечения не10 прерывного определения состава газов в условиях меняющегося внешнего давления, между устройством для отбора проб и напускным баллоном масс-спектр ометрического датчика установлена мембранная камера, соединенная

15 при,помощи рычагов со штоком, расположенным в камере, сообщающейся с внешней средой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мембранная камера соединена с напускным

20 баллоном и вакуумным насосом через клапаны.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения необходимости выбрасывать продукты анализа в среду с высо25 ким давлением, к выходному патрубку вакуумного насоса присоединен вакуумнровапный баллон.

2432 5О

Составитель Н. Алимова

Техред А. А. Камышникова Корректор Г. П. Шильман

Редактор Б. Б. Федотов

Заказ 2388/13 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

23

Я

1О