Способ получения пробы газа из ледяного массива

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК за) Е 21 В 49/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Чистяков,и О. А. Цыина, ордена ,Трудового ститут им(56) 1, Н. ОезсЬег, В Сф апд ойег 1 зо(оре Ргосседпд о (пе 8 гепсе оп Радо сагЬоп чо 1, 1972, р. 7092 Яацег, Р. Вз(ад 1 ез оп па 11 п 1 егпа(опда(ад, МеаЯацИег, Са 11 пд о 1 сед 5(а 11 оп, Ап111 е 11 п 1(ед Ь12 (прототи цсЬег, цга 1 1 се; а 1 соп 1 еХеаа пд,2. Н. ОезсЬдег, Вдщау Ап СагЬопвоторе зФад 1 ез а 1 ВуАпФагс(Ч 1 оцгпа 1 очо 1. 5,4, 1970, р С. Ьв пд ойе агс 11 са 1 а(ез,ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Ленинградский ордена ЛенОктябрьской революции и орденКрасного Знамени горный иим. Г. В. Плеханова(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 плав" ления - 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 резуль.Ф татов опробования з:. счет взятия пробы га за из более тонкого слоя льда, образова. ние каверны осуществляют путем циркуля. ции расплава льда в горизонтальной плос кости по окружности.Р1078048 1Изобретение относится к области взятия проб жидкости или газа и может бытьиспользовано для получения, например,пробы СО нз сухих скважин, пробуренныхв ледовых отложениях, для определенияабсолютного возраста радиоизотопным анализом по углероду,Известен способ получения пробы газа,при котором бурят скважину, затем герметизируют участок скважины, после чегоплавят лед и в появившуюся воду с поверхности подают азот. а образующуюся газо вую смесь пропускают через молекулярныефильтры, установленные в каверне).Недостатками этого способа являются:присутствие в пробе атмосферного воздуха, оставшегося в скважине после ее 15герметизации, 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 фильтровиз-за того, что на них вместе с газом подаются водяные пары;большая стратиграфическая ошибкаопределения возраста из-за того, что высота образующейся каверны больше ее диаметра при плавлении льда свободной конвекцией воды;большая энергоемкость плавления льда ЗОиз-за низкого коэффициента теплоотдачн;ограничения по глубине отбора пробиз.за громоздкости оборудования.Известен также способ получения пробы газа из ледяного массива, включающийбурение скважины, герметизацию участкаскважины, плавление льда с образованиемкаверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа 2.Однако известному способу присуши теже недостатки. 40Целью изобретения является повышениекачества пробы.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу получения пробы газаиз ледяного массива, включающему бурение скважины. герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа, передобразованием каверны производят сорбциюгаза, оставиегося в подпакерной зоне скважины, затем образуют каверну путем плавленияразмыва льда, а выделяющуюсяиз него газовую смесь осушают и после прокачиваия через поглотитель подают обратно в расплав льда, вводят в него кислотуи вновь проначнван)т через осушитель ипогл 1 тнт ль.55Кром кцелью повышения точно,сти рсульзагов опробования за счет взя 2тия пробы газа из более тонкого сля льда, образование каверин осуществлянт 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. 3схема работы устройства в ледяном массиве (стрелки указывают направление циркуляции воды в каверне).Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. ) содержит газоотборник 1, внутри которого размецены 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 патрон12 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 1 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 кор. пусе гидрорасширителя 9 закреплены нагреватели 24 и 25, Управление работой уст. ройства осуществляется при помощи блока 26 управления, электрически соединенного с турбокомпрессором 2, электромагнитными клапанами 5, 6, 7, 1 О, 11, 14 и 8, насосом 20, датчиком 21 воды, соленоидом 23 и на. гревателями 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 прек. ращается, нагреватели 24 и 25 выключаются, включаются электромагнитные клапаныО, 11 и 14 и турбокомпрессор 2, При этом воздух по впускному 4 и выпускному 13 кана. лам подается под пакер 5, и производится пакеровка скважины, После пакеровки турбокомпрессор 2 и электромагнитные клапаны О, 11 и 14 выключаются. Включается нагреватель 16 и производится плавление стенок скважины, а обрзующаяся вода скапливается над пакером 15, Нагреватель 16 выключается, Производится выдсрж ка, достаточная для замерзания воды, скопившейся над пакером 15. После этого включаются турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны О, 11 и 3 и прязв 1 ится прокачка воздуха, остапнося з нажечерез 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 17 - 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, Средиге содержание СО во льду очень грубо можно оценить как 150 мл на кубометр. В таком количестве С 01 на. ходится примерно 0,2 мг углерода, что достаточно для опредслеиия возраста отложений до 10 тысяч лет с точностью + 300 лет. В связи с радиоактивным распадом углеродас увеличением возраста отложейий требуемое для анализа 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 необходи мо 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 полУ- чать пробу одного компонента газовой сос. тавляющей с любых глубин ледовых отложений, Использование способа значитель но улучшает качество получаемой пробы и исключает попадание а пробу атмосферного воздуха за счет того, что производится сорбция газа, оставшегос в скважине. Взятие пробы из каверны больиюго объема при малой ее высоте обеспечит более надежное датирование возраста ледовых отложений.ь Е. С Верес Составител Техред И. Тираж 564 НИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж - 35,илиал ППП сПатент, г.