Установка для дегазации жидкостных проб

(71) Всесоюзныйский институт ягеохимии(72 юп. У 26научно-исследовательерной геофизики и ев,(53) (56) Н. И.(, Ломеик алиэ рассеян х поисках э 1977, с.Извл ых газовалежей 49-52. еохими пр к водородов. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ А ВТОРСНОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) (57) УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТНЫХ ПРОБ, включающая герметический пробоотборник, приспособлениедля извлечения растворенного газа,газоанализатор, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышенияпредставительности пробы и точностианализа, пробоотборник снабжен размещенным внутри него поршнем, шприцевым вводом, штуцером для отбораи перевода пробы, дистанционно управляемым герметиэатором пробы, выполненным в виде соединенного со штуцером клапана-крана с рычагом и тросом управления рычагом, механизмомпринудительного увеличения объемакамеры пробоотборника, включающимсоединенный с поршнем шток с гайкойи рукоятками, приспособление для извлечения растворенного газа выполнено в виде герметической дегаэационной камеры с попарно размещеннымив ней и взаимосвязанными механической передачей гребными винтами, установленными навстречу друг другунагнетательными сторонами с возможностью синхронного вращения в противоположные стороны иимеющими общийпривод, при этом сплошные лопастивинтов чередуются с лопастями, выполненными с прорезями, дегазационнаякамера снабжена гидравлическим приспособлением изменения ее внутреннего объема, штуцерами для удалениявоздуха и отбора выделившегося газа,для соединения внутренней полостикамеры с атмосферой и для заполнениякамеры пробой.Изобретение относится к нефтегазопоисковой геохимии, и может использоваться в области охраны окружающейсреды и других областях, где необходимо высокоточное определение количества газов: в жидкостных пробах,Целью изобретения является повышение представительности пробы и точности анализа за счет исключения техногенных факторов, сохранения в отбираемой пробе нерастворимых газовсвободной фазы.На фиг, 1 изображена герметическаядегазационная камера, вид спереди(разрез); на фиг. 2 - то же, с ручнымприводом, вид сбокуЬ на фиг. 3 - тоже, с электродвигателем; на фиг. 4герметический дегазационный пробоотборник, вид спереди (разрез); нафиг. 5 - то же, вид сбоку (разрез) .Герметическая дегазационная камера содержит корпус 1 с уплотнительными элементами 2 и 3, крышку 4, которая снабжена крепежными винтами 5и оборудована датчиками температуры 6 и давления 7. Внутри камеры наосях 8 и 9 навстречу друг другу нагнетательными сторонами, попарно установлены гребные винты 10 и 11,сплошные лопасти которых чередуютсяс лопастями, имеющими поперечные прорези. Гребные винты взаимосвязанызубчатой, фрикционной, либо иной передачей, обеспечивающей возможностьсинхронного вращения в противоположные стороны,Корпус 1 содержит шприцевый ввод 12,обеспечивающий воэможность подачиинертного газа в камеру или откачкугаза с помощью шприца, крепежное устройство 13 и ручной механический привод, прикрытый крышкой 14 с винтами 15 и состоящий из взаимосвязаннойпары колес 16 и 17, ведущее из которых установлено на оси 18, закрепляемой в корпусе 1, и снабжено съемнойоткидной рукояткой 19 с фиксатором 20,а ведомое - на оси 9 ведущего гребного винта 11. Крепление колес и гребных винтов на осях осуществляетсяштифтами 21 и 22.На корпусе 1 герметической,цегазационной камеры также установлены штуцеры 23-26, снабженные шлангами 27-30 с зажимами Кохера 3 1-34.Штуцеры соответственно предназначены для удаления воздуха и отбора из камеры выделившегося газа, установле 2 О 30 35 ЬО ния дегазатора на дискретно-автоматический режим работы, а также связи внутренней полости герметической камеры с атмосферой при заполнении ее пробой жидкости, заполнения камеры пробой периодического измененияобъема камеры для вытеснения воздуха или выделившегося газа. Камера снабжена гидравлическим приспособлениемизменения ее внутреннего объема, содержащим вытеснитель, включающий заполненную солевым раствором полуюирезиновую камеру 35 и компенсатор, состоящий из жесткого основания 36и сетчатого или рассверленного повсей поверхности кожуха 37, между которыми герметично закреплена резиновая мембрана 38, расположенная над выходным отверстием штуцера 26, снабженного уплотнительным элементом 39, установленным между основанием 36 ком - пенсатора и внутренней поверхностью герметической камеры и закрепляемого на ее корпусе 1 гайкой 40, Штуцер 26 соединяет вытеснитель с компенсатором.При использовании в качестве привода гребных винтов электродвигателя 41 возможны два варианта его присоединения В первом он непосредственно крепится на корпусе 1 винтами 15. При этом ведущее колесо 16 ручного механического привода устанавливают на оси 9 ведущего гребного винта 11, а ведомое колесо 17 - на валу электродвигателя 41. Во втором - вместо ручки 19 на осях 20 устанавливают специальный шкив, обеспечивающий с помощью ременной (тестропной) передачи, связь привода гребных винтов с валом электродвигателя. В качестве привода гребных винтов может служить любой привоц известных систем конструкций. Обеспечивающий первоначальныйэтап дегазации пробы при ручном дискретном режиме герметический дегазационный пробоотборник дегазатора состоит из приемной камеры, выполненной и виде цилиндрического корпуса 42 с крышкой 43 и поршнем 44, штанги 45, 50 снабженной механизмом ручного управления, включающим телескопические тяги: 46 и 47 с рукоятками 48 и 49, ограничитель 50 телескопического хода и тросы 51 и 52 с элементами их 55 крепления в виде штифтов 53 и 54, атакже фиксатора 55 и гайки 56, Трос 52 по длиие конструктивно принят с таким расчетом, что при перемещении рукоят 12437645 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 ки 48 совместно с рукояткой 49 выбирается петля прослабления, равная по длине ходу тяги 46. Корпус камеры 42 оборудован шприцевым вводом 57 и впускным штуцером с фильтром 58 и клапаном-краном 59, имеющим специальный фиксирующий паз на корпусе, а крьппка 43 снабжена стопором 60 поршня 44, фиксатором 61 штанги 45, гайкой 62 с раскладными рукоятками 63 и имеет отверстия, обеспечивающие связь надпоршневого пространства камеры с атмосферой. Поршень 44 пробоотборника снабжен уплотнительными элементами, имеет в верхней. части специальный паз 64 под стопор 60, а его шток 65 выполнен с центрирующим поясом и имеет резьбу под гайку 62 крышки 43, а также проточку в верхней части для присоедине - ния к нему фиксатора 55 с тросом 51. Штанга 45 в верхней части оборудована рукояткой 66 и страховочным фалом 67 с карабинами 68, а в нижней части имеет отверстия под фиксатор 6 1, ус - тановленный вкрышке 43. Тяги 46 и 47 механизма ручного управления выполнены с. продольными пазами под ограничитель. 50 их телескопического хода.Установка работает следующим образом.Пробу жидкости отбирают из скважины, ее желобной системы или водоема и т.п. объектов исследования - герметическим дегазационным пробоотборни - ком дегазатора,используемым при руч-, ном отборе дистанционно на шесте из трубок с управлением тросами, либо непосредственно (без этих дистанционных приспособлений). Чтобы исклю - чить возможность потери прибора (при дистанционном отборе), штангу 45 посредством страховочного фала 67 и ка" рабина 68 фиксируют. Пробоотборник отпускают на такую глубину опробования, на которой газ свободной фазы из отбираемой жидкости еще не выделяется. Поршень 44 и телескопические тяги 46 и 47 при спуске находятся в нижнем положении, а клапан-кран 59 впускного штуцера камеры в эпо время открыт. Дггя отбора пробы ручкой 48 вытягивают телескопическую тягу 46, перемещая ее относительно штанги 45 до упора в ограничитель 50. В результате поршень 44 оказывается установленным в крайнем верхнем положении с зазором между его торцовой поверхностью и торцовой поверхностью крышки 43. Тяга 47 механизма ручного уп -равления также перемещается вверх ивытягивает трос 52 на величину егосвободного хода, обусловленного на -чалом закрытия клапана-крана 59. Придвижении поршня 44 вверх жидкостьнад ним вытесняется из камеры черезотверстия в крьппке 43 и идет на сброс,Под поршень жидкость с опробуемогоглубинного интервала поступает поканалу штуцера 69 с фильтром 58. После заполнения камеры жидкостью и пре -крашения движения поршня, вытягивают тягу 47 за ручку 49. Ее перемещают вверх до упора в ограничитель 50.При этом, связанньп с тягой 47 штифт54 ведет за собой закрепленный нанем трос 52, который воздействуя нарычаг клапана крана 59, переводитего в закрытое положение. В концеперемещения рычаг клапана-крана автоматически фиксируется, западая в специально предусмотренный паз на егокорпусе или иным способом. Затем прибор поднимают на поверхность, пооче -редно освобождая фиксаторы 6 1 крыш -ки 55 троса и гайку 56, отсоединяютприемную камеру от штанги 45. Дегазацию отобранной пробы начинают в камере герметического дегазационного пробоотборника. Свободная фаза газа извлекается из жидкости путем увеличения объема камеры за счет дополнительного перемещения поршня 44 внутри корпуса 42 вверх при закрытом положении клапана-крана 59. Этим обеспечивается приведение давления внутри дистанционно герметизированной камеры прибора к величине атмосферного или несколько меньшей, в зависимости от упругости газожидкостной среды, обуславливающей возможную длину хода поршня. Для принудительного отвода поршня гайку 62, установленную в крышке 43 с возможностью ее вращения, и шток 65 соединяют резьбовым соединением. При навинчивании на шток 65 гайки 62, последняя упирается своим нижним торцом в упор крьппки 43, что вызывает перемещение штока 65 вместе с поршнем 44 вверх относительно корпуса пробоотборника 42. При достижении определенного тягового усилия появляется возможность проворачивания поршня 44. Во избежание этого предусмотрено, при совмещении паза 64 поршня 44 со стопором 60, западание в паз 64 стопора 60, исклю1243764 5чающего это явление. Дальнейшим вращением гайки 62 за горизонтально устанавливаемые ручки 63 перемещаютшток 65 вместе с поршнем 44 вверх навозможную длину хода, зависящую от"упругости газожидкостной смеси.Вьделившиеся при увеличении объема камеры газы свободной фазы отбирают шприцем через шприцевый ввод 57и переводят в газосборный сосуд. ОДля извлечения из пробы растворенного газа (при атмосферном либо несколько меньшем давлении) и газа,удерживаемого в виде пузырьков, например, в промывочной жидкости (также при атмосферном давлении) вследствие ее специфической структурыснимают фильтр 58 и к штуцеру пробоотборника подсоединяют шланг 29 герметической дегазационной камеры, установленной на объекте опробованияи закрепленной крепежным устройством 13. Отвинчивают гайку 62, обеспечивая возможность перемещенияпоршня 44 штоком 65. 25Удерживая пробоотборник за корпус 42, перемещают вниз поршень 44штоком 65 на всю длину свободногохода. При этом зажим 32 закрыт, авытесняемый входящейжидкостью воз- Зудух удаляется через штуцер 23. Затемзакрывают зажим 33,Различают (по технологии) дегазацию промывочной жидкости и природных вод, 1(ак правило при атмосферномдавлении промывочная жидкость удерживает значительное количество газа(в той числе и воздуха) не только врастворенном состоянии, но и в видепузырьков, поэтому дополнительной 4 Оаэрации для удаления из нее газа нетребуется, необходимо лишь разрушитьструктурные связи и создать зоны разрежения в герметической дегазационной камере. Инертный газ (аргон, азот) 5либо воздух необходимо вводить в камеру для повышения интенсивности процесса дегазации при исключительнонизкой газонасыщенности пробы в промывочной жидкости. 50 Из этих соображений (при дегазации пробы промывочной жидкости) вначале полностью удаляют воздух из герметической камеры. С этой целью часть объема несжимаемого инертного раство 55 ра, например, раствор соли ЮаС 1 в дистиллированной воде вытесняют из резиновой камеры в полость, переЬкрытую резиновой мембраной 38 при открытом зажиме 34, Созданием давления переводят мембрану в растянутое положение ограничиваемое относительно поданного объема раствора 1 кожухом 37. При этом объем поданного раствора А должен превышать объем 8 . Объем Е является постоянным, равным объему жидкостной пробы, например, 500 мп согласно нормативам, установленным в нефтегазопоисковой геохимии, После полного удаления из герметической дегазационной камеры воздуха закрывают зажим 3 1, в результате этих операций резиновая камера остается в деформированном (сжатом) виде,сохранняя постоянное стремление восстановить (принять) первоначальное поло - жение, а резиновая мембрана - в максимапьно растянутом положении. Объемы. д и Ь , каждый в отдельности, должны превышать, 50 мл, т.е, максимально возможное количество и состав - лять, например, 150 мл. Этим создается необходимое для протекания процесса дегазации напряженное состояние пробы, обеспечивающее при образовании пузырька газа переход его в верхнюю часть герметической дегазационной камеры, и синхронное частичное восстановление (в объеме этого пузырька) первоначального положения резиновой камеры 35 при одновременном соответственном уменьшении объема раствора 1под полостью резиновой мембраны 38. Приводят во вращение ведуший 11 и ведомый 10 гребные винты, Синхронно захватывая жидкость лопастями и непрерывно направляя ее установившийся поток между своими нагнетательными сторонамивращающиеся в противоположные стороны гребные винты создают Турбулентный режим движения при одновременном воздействии на потокмеханических факторов (вращение винтов в потоке и пропускание потока че- рез прорези в чередующихся лопастях),усиливающих эту турбулентность. Одновременно на всасывающей стороне винтов образуются зоны разрежения,обусловливающие возникновение и протекание кавитационного дегазационного процесса. Непрерывно вьделяющийся взонах разрежения в виде пузырьковгаз, вращаясь в потоке, увеличивает упругость его потока, в результате чего резиновая камера постепенно (в объеме вьделившегося газа) частично7243 восстанавливает свою прежнюю форму. .При визуально наблюдаемой стабилизатии формы резиновой камеры (свиде - тельствующей о прекращении,газовыделения) вращение гребных винтов прекращают. Нажатием на резиновую камеру 35 через штуцер 23 при открытых зажимах 31 и 34 переводят выделившийся газ в газосборник-измеритель объема. Объем газа свободной фазы газа, О растворенного, полученные на первом и втором этапах дегазации пробы жидкости, могут исследоваться поочередно и одновременно как в качественном, так и в количественном отношении в 15 зависимости от специфики, цели и назначения выполняемых работ. При наличии на скважине полевого переносного малогабаритного или стационарного хроматографа, либо газокаротажной 20 (геохимической) станции анализы выполняют либо непосредственно на месте опробования, либо транспортируют в лабораторию в газовой фазе в барботеРе замкнув снизу инертным солевым 25 раствором. При этом многократно увеличиваются допустимые нормативными инструкциями периоды хранения.При дегазации пробы промывочной или иной жидкости с очень низким по казателем растворенного газа для усиления дегазационного эффекта через шприцевой ввод 12 шприцем в нее вводят порядка 30-50 см и более инертного газа аргона (азота), либо воздуха (при чисто газовых исследованиях) . В этом случае при вращении гребных винтов к ранее описанным методам воздействия на дегазируемый объект добавляется барботажно-аэрационный метод, которые в совокупности увеличивают степень при нормальных темпераотурных условиях (18-20 С). Подъем .температуры выше нормальной величи 764 8ны не допускается (срабатывает специально устанавлигаемое температурное реле и вращение гребных винтоввременно прекращается). Соотношениемежду давлением и температурой про -слеживают по датчикам 7 и 6. Этимобеспечивается возможность пользо -ваться заверочным вычислительным методом определения количества выделившегося газа, исходя из уравнений фазового равновесия (закономерностивзаимосвязи величин Р, 7, Т),.Возможен вариант применения устройства в дискретно-автоматическомрежиме (когда извлекают и исследуютлишь растворенно-сорбированные газы),В этом случае устройство оснащаютдатчиком времени, устанавливающимпродолжительность отключения равновеликого пропорционального потока(расход - величина. постоянная), поступающего самотеком через штуцер 24и вытекающий через штуцер 25 при одновременном автоматическом включении и выключении зажимов этих штуцеров 32 и 33. При этом зажим 34 закрыт, а газ (при полностью заполненной герметической дегазационной каме-ре) постоянно поступает в газосборник, также заполненный водой, вытесняяиз него жидкость (данная методикаотбора газа общеизвестна). Такой вариант использования устройства может быть необходим на само- . ,изливающихся из скважин жидкостях и отборе струи жидкости, постоянно движущейся по трубе, либо желобу буровой установки. Самотек достигается размещением дегазатора ниже трубы (желоба) . Здесь возможна прямая дискретно- автоматическая связь дегазатора с .хроматографом с синхронной записью результатов анализа.1243764 оставитель С.Горяйновехред Н.Бонкало Редактор Ю,Середа Корректор Т,Колб аказ 3738/7 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, дписное роизводственно-полиграфич е предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,б 3 Я 663 Поного комитета СССРений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5