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

Изобретение относится к области взятия проб жидкости или газа и мож быть использовано при.получении про бы газа, например СО, из сухих и з литых скважин, пробуренных в ледовы отложениях, для определения абсолют ного возраста окружающих пород ради изотопным анализом по С . Известен газоотбооник, содержащи корпус, кабель-трос,турбокомпрессор патрон с адсор бентом и обезвоживающим веществом, электромагнитный клапан, схему управления, впускной и выпуск ной каналы . Однако известное устройство не позволяет проводить постановку ледя ного пакера,герметизацию патрона с обезвоживающим веществом и предвари тельную сорбцию газа, оставшегося в скважине после ее герметизации, что в итоге снижает качество пробы. Известно также устройство для по лучения пробы газа из ледяного массива, содержащее адсорбционный отсе включающий пакер, нижний.и верхний нагреватели, кабель-трос, блок управления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последовательно соединен через герметизиг рующие 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 герметизирующий кла пан о выходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством С23. Однако в данном устройстве отсутствует возможность поглощения СО2 из атмосферного воздуха, оставшегося в скважине после ее герметизации, что ведет к загрязнению пробы и существенно снижает точность датирования. 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 обеспечение работоспособности в скважине, заполненной заливочной жидкостью. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получения пробы газа из ледяного массива, содержащем адсорбционный отсек, вклю чающий с пакером, нижний и верхний нагреватели, кабель-трос, блок управления, герметизирующие клапаны, компрессор, вход которого последовательно соединен через герметизирующие клапаны с патронами с осушителя, адсорбента и газозаборной труб кой, а выход через герметизирующий клапан - с прлосхью пакера, отсек . гидрорасширителя, включающий нагре- ватель, контейнер с кислотой, насос, расположенный в патрубке, связанном через герметизирующий клапан с выходом компрессора и через водовыводящие каналы со скважинным пространством, 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, 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 герметизирующий 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 газозаборной трубкой 12, выведенной из отсека в средней его части. На выходе компрессора 5 установлен герметизирующий клапан 13, за которым газовая магистраль разветвляется, соединяя выход компрессора с.различными элементами устройства. Одна из ветвей через герметизирующий 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 на наружной поверхности отсека I в верхней его части. Следующая ветвь входит в отсек гидрорасширителя 19 и через герметизирующий клапан 20 соединена с патрубком насоса 21, кото)ый помещен в адсорбционный отсек. На патрубке насоса i непосредственно над водозаборными отверстиями закреплен датчик 22 уровня воды, а под ним - нагреватель 23 Полость патрубка связана с 1аружным пространством водовыводящими каналами 24, вьшле 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 массива 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, оплавляются стенки скважины. Когда вода, скапливаясь над пакером 27, достигнет уровня датчика 35, нагреватели выключаются Производится выдержка для того, чтобы наплавленная 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 оплавление стенок скважины. Образую щаяся вода вытесняет воздух из зоны пробоотбора. Когда У15овень воды достигнет датчика 30, нагреватели 28 и 29 выключают, кратковременно включают компрессор 5 и открывают герметизирующие клапаны 6,13 и 17, пос0ле 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, включается насос 21 и нагреватель

5 23, а нагреватель 32 выключается. Вода из полости патрубка насоса по выводящим каналам 24 под большим давлением направляется на стенки скважины 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 открыва5ются герметизирующие клапаны 7,8, 11,13 и 19. При этом воздух, выделившийся из расплава льда, прокачивается через осушитель в патроне 10 и адсорбент в патроне 8, где из него

0 выделяется интересующий газ,нат ример С02 , после чего подают воздух в полость патрубка насоса 21. За счет значительного увеличения площади контакта газ-вола образующиеся пу:зЕз1рьки

5 способствуют интенсивному выделению газа из воды. Для более полного выделения COj из расплава льда освобождают CO.J , находящийся в связанном состоянии в форме HCOj, путем введе0ния в воду кислоты до достижения рН 3. Плавление каверны и сорбция газа прекращаются по команде оператора или по команде микропроцессора, входящего в состав блока управления, по истечению заданного времени

5 или по сигналу датчика 22, в случае если уровень воды в каверне опустится ниже него, или по сигналу вода датчиков 35 и 36, в случае размыва ледяного пакера. Герметизирующие

0 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,

5 17 и 26, эластичные элементы пакеров 18 и 27 занимают исходное положение. Когда датчики 30,31,35 и 36 покажут отсутствие воды (вода уйдет в скважину), начинают- подъем устрой0ства 9, а нагреватели 28,-29,32,-33 и .34 выключают.

При работе в залитой скважине, заполненной заливочной жидкостью, эластичные элементы пакеров прижимаются к стенкам скважины при

5

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.