Способ получения пробы газа из ледяного массива Советский патент 1984 года по МПК E21B49/08 

vl

00

о

4

ЭР И:юбрстеиис относится к области взятия проб жидкости или газа и может быть использогзано лля получения, капример, пробы СО из сухих скважин, пробуренных в ледовых отложениях, для определения абсолютного возраста радиоизотопным анализом по углероду-14. Известен способ получения пробы газа, при котором бурят скважину, затем герметизируют участок скважины, после чего плапят лед и в появившуюся воду с поверхностн подают азот, а образуюшуюся газовую смесь пропускают через молекулярные фильтры, установленные в каверне (1|. Недостатками этого способа являются: присутствие в пробе атмосферного воздуха, оставшегося в скважине после ее герметизации, что значительно снижает точность датировки; возможность загрязнения пробы атмосферным воздухом из-за сложности герметизации длинных магистралей подачи газа; неполное выделение COj из воды в связи с тем, что часть COj 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 образуюшейся каверны больше ее диаметра при плавлении льда свободной конвекциеи воды; большая энергоемкость плавления льда из-за низкого коэффициента теплоотдачи; ограничения по глубине отбора проб из-за громоздкости оборудования. Известен также способ получения пробы газа из ледяного массива, включаюший бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа 2. Однако известному способу присуши те же недостатки. Целью изобретения является повышение качества пробы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пробы газа из ледяного массива, включающему буреиие скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с после.дующей герметизацией пробы газа, перед образованием каверны производят сорбцию газа, оставп1егося в подпакерной зоне сква,. - ,- -жины, затем образуют каверну путем плав ления льда, а выделяющуюся из него газовую смесь осушают н после прокачивания через поглотитель подают обратно в рлсплан льда, вводят в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель. Кроме тою, с целью повышения точно сти p(vu:iMai()B опробования за счет взятия пробы гяза из более тонкого слоя льда, образование каверны осупюствляют путем циркуляции расплава льда в го)изонтальной 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. I; на фиг. 3 - схема работы устройства в ледяном массиве (стрелки указывают направление циркуляции воды в каверне). Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. I) содержит газоотборник I, внутри которого размешены 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 обезвоживаюшим вешеством. 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 размешены -друг над другом нагреватели 16 и 17, а внутри газоотборника I размешен 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 помоши блока 26 управления, электрически соединенного с турбокомпрессором 2, электромагнитными клапанами 5, 6, 7, 10, II, 14 и 18, насосом 20, датчиком 21 воды, соленоидом 23 и нагревателями 16, 17, 24 и 25. Способ получения пробы газа реализуется следующим образом. Устройство опускают в скважину на забой и включают блок 26 управления, после чего включаются нагреватели 24 и 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, II 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 10, 11 и 14 выключаются. Включается нагреватель 16 и произво.,1ится плавление стенок скважины, а обрйзуюшаяся вода скапливается над пакером 15. Пагреватель 16 выключается. Производится выдержка, достаточная для замерзания воды, скопившейся над пакером 15. После этого включаются турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны 10, II и 13 и производится прокачка воздуха, (Ктяпшеюся в скиажине:

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 COj.. 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 .12с адсорбентом и электромагнитными клапанами 10 и 11, после чеиз устройство вновь готово к работе. Основной патрон 8 с адсорбентом, закрытый электромагнитными клапанами 5 и 6, заключает в себе герметизированную 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. Среднее содержание СОг во льду очень грубо можно оценить как 150 мл на кубометр. В таком количестве СО находится примерно 0,2 мг углерода, что достаточно для определения возраста отложений до 10 тысяч лет с точностью ±300лет. В связи с радиоактиг(1ым распадом углерода-14 с увеличением возраста отложений 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 необходимо получение возможно большего количества углерода при минимальной высоте ьыплавляемой каверны, из которой берется проба газа. При подаче газовой смеси, про шедщей патрон с адсорбентом, в воду образуется множество газовых пузырьков, что значительно увеличивает площадь поверхности воды - газ и ускоряет выход газа из воды, поскольку концентрация COj в газовых пузырьках меньше, чем в воде, а это также способствует более интенсивному выделению СО из воды. Количество кислоты, необходимое для полного освобождения воды ют COj, определяется предварительным химическим анализом керна, взятого с исследуемой глубины. При отсутствии возможности проведения химического анализа считается достаточным введение в воду кислоты с 10-кратным запасом, т. е. около 0,2 л Концентрированной серной кислоты на 1000л наплавленной воды.

Предлагаемый способ позволяет получать пробу одного компонента газовой составляющей с любых глубин ледовых отложений. Использование способа значительно улучшает качество получаемой пробы и исключает попадание з пробу атмосферного воздуха за счет того, что производится сорбция газа, оставшегося в скважине. Взятие пробы из каверны бо.пыпого объема при малой ее высоте обеспечит более надежное датирование возраста ледовых отложений.

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.