FR2496263A1 - Sampling tube for gas present in gas mixt. of liq. - using polymer tube with selective permeability for gases, esp. to detect helium in drilled holes when prospecting for uranium ores - Google Patents

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Abstract

A tube closed at both ends is filled with a reception fluid (f) for the gas to be determined. The tube is selectively permeable w.r.t. gases, and is immersed in a gas mist. or liq. for a specific time, so the gas to be determined diffuses through the tube into fluid (f). The tube is then removed and its contents are analysed. The results obtd. are used to calculate the quality of a gas in the gas mixt. or liq. in which the tube was immersed. Fluid (f) is pref. a gas when a gas mixt. is to be analysed, but is pref. a liq. when a liq. is to be analysed. The tube is pref. made of a polymer, esp. a polydiene, polyalkene, polymethacrylate, polyamide, polyester, or polysiloxane. Used esp. to analyse gases present in a drilling hole, e.g. to determine He arising from the radioactive decay of uranium and used to detect the presence of uranium. The sampler has a very low cost.

Description

Procédé et dispositif d'échantillonnaae des gaz
Présents dans une masse de fluide
La présente invention oenoerne l'échantillonnage des gaz présents dans une masse de fluide, située à distance d'une installation c'analyse. Ce gaz peut être mélangé à une phase gazeuse porteuse ou en solution dans une phase liquide.
Method and device for sampling gases
Present in a mass of fluid
The present invention provides for the sampling of gases present in a mass of fluid, situated at a distance from an installation of analysis. This gas may be mixed with a carrier gas phase or in solution in a liquid phase.

L'invention trouve une application particulièrement importante, mais non exclusive, constituée par le dosage du gaz dans l'atmosphère de sols non saturés en eau ou du gaz en solution dans des eaux libres et dans des eaux souterraines. The invention finds a particularly important, but not exclusive, application consisting of the measurement of gas in the atmosphere of unsaturated soils in water or gas in solution in open water and in groundwater.

On sait que ce dosage est en particulier utilisé- dans la prospection de minerai d'uranium, la présence de descendants gazeux tels que l'hélium et le radon constituant un indice important. It is known that this assay is particularly used in the prospection of uranium ore, the presence of offspring gases such as helium and radon constituting an important index.

On connait déjà des dispositifs d'échantillonnage à distance du gaz utilisables dans les sondages de prospection. Ces dispositifs comportent une enceinte d'échantillonnage à parois étanches qui est amenée à l'emplacement à explorer pour y prélever in situ une quantité déterminée du fluide porteur des gaz à analyser. Remote gas sampling devices are already known for use in prospecting surveys. These devices comprise a sealed-wall sampling chamber which is brought to the location to be explored in order to collect in situ a given quantity of the fluid carrying the gases to be analyzed.

L'enceinte comporte une ouverture munie d'un obturateur commandé à distance. La séquence d'utilisation est la suivante : l'enceinte d'échantillonnage, initialement vide, est placée dans le milieu où se trouve le fluide contenant les gaz à analyser. Un dispositif d'aspiration est actionné à distance pour remplir l'enceinte d'échantillonnage par du fluide qui pénètre à travers l'ouverture. L'obturateur est actionné à distance pour fermer de façon étanche l'enceinte d'échantillonnage celle-ci est récupérée et les gaz présents dans le fluide contenu dans l'enceinte sont dosés de façon classique.The enclosure has an opening with a remotely controlled shutter. The sequence of use is as follows: the sample chamber, initially empty, is placed in the medium where the fluid containing the gases to be analyzed is located. A suction device is remotely operated to fill the sample chamber with fluid that penetrates through the opening. The shutter is operated remotely to seal the sample chamber that is recovered and the gases present in the fluid contained in the chamber are dosed in a conventional manner.

La fermeture étanche de l'enceinte après échantillonnage évite tout dégazage intempestif incontrôlable sous l'effet des variations de pression et/ou de température susceptibles d'intervenir entre le lieu de prélèvement et le lieu de récupération et d'analyse. En l'absence de dégazage, le dosage des gaz dans l'échantillon prélevé est directement représentatif de leurs teneurs initiales in situ.The sealed closure of the chamber after sampling avoids uncontrollable outgassing under the effect of pressure and / or temperature variations that may occur between the sampling site and the place of recovery and analysis. In the absence of degassing, the measurement of the gases in the sample taken is directly representative of their initial contents in situ.

En contrepartie de cette qualité, les dispositifs connus présentent de graves défauts. In return for this quality, the known devices have serious defects.

- Leur fonctionnement est peu fiable lorsque le fluide à échantillonner est mélangé à une phase solide (fibres végétales, poussières, sables, graviers, etc.) ou à des fluides présentant une viscosité élevée (boues, argiles, etc.) capables d'entraver le bon fonctionnement des dispositifs de commande à distance, de remplissage et de fermeture. Cette situation se présente souvent dans les environnements naturels et en particulier dans les sondages. - Their operation is unreliable when the fluid to be sampled is mixed with a solid phase (plant fibers, dust, sand, gravel, etc.) or with fluids having a high viscosity (sludge, clay, etc.) capable of hindering the proper operation of the remote control, filling and closing devices. This situation often occurs in natural environments and especially in polls.

- Ils nécessitent une commande active individuelle pour chaque enceinte utilisée, ce qui tend à limiter la quantité de prélèvement récupérables avec un meme équipement au cours d'une séquence d'échantillonnage (mise en place, remplissage, récupération). I1 est par exemple difficile de placer plusieurs enceintes qui doivent etre indépendamment commandées en des positions échelonnées le long d'un sondage ou d'une verticale, ou une horizontale dans un plan d'eau, pour déterminer les teneurs en gaz au meme moment et en déduire un profil de répartition. - They require individual active control for each speaker used, which tends to limit the amount of recovery recoverable with the same equipment during a sampling sequence (set up, filling, recovery). For example, it is difficult to place several enclosures that must be independently controlled in staggered positions along a borehole or a vertical, or a horizontal in a body of water, to determine the gas contents at the same time and deduce a distribution profile.

- Ils risquent de polluer le milieu à étudier étant donné que le me me équipement doit etre mis en place successivement dans divers milieux (du fait de son cout élevé qui oblige à le réutiliser) sauf si on prend des précautions qui constituent une contrainte. - They risk polluting the environment to be studied since the same equipment must be set up successively in various environments (because of its high cost that requires reuse) unless we take precautions that constitute a constraint.

L'invention vise à fournir un procédé et un dispositif d' échantillonnage répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment du point de vue du cout, des possibilités d'emploi et des résultats obtenus. The aim of the invention is to provide a method and a sampling device which better than those previously known meet the requirements of the practice, in particular from the point of view of cost, the possibilities of use and the results obtained.

Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé d'échantillonnage d'au moins un gaz présent dans une masse de fluide à analyser, caractérisé en ce qu'on expose audit fluide une enceinte fermée contenart un fluide récepteur, délimitée par une enveloppe en matériau non poreux présentant une perméance sélective vis-à-vis du gaz,pendant une durée déterminée, suffisante rour que la concentration du gaz à doser à l'intérieur de l'enveloppe atteigne une fraction appréciable de la teneur à l'extérieur, en ce qu'on retire l'enceinte en vue du dosage du gaz présent dans le fluide récepteur en un délai qui est une fraction faible de la durée précédente, et en ce qu'on déduit la teneur du gaz dans le fluide à analyser du dosage des gaz présents dans le fluide récepteur. For this purpose, the invention proposes in particular a method for sampling at least one gas present in a mass of fluid to be analyzed, characterized in that said fluid is exposed to a closed chamber containing a receiving fluid, delimited by an envelope a non-porous material having gas-selective permeance, for a given period of time, sufficient for the concentration of the gas to be metered within the shell to reach an appreciable fraction of the outside content, in that the chamber is withdrawn for the purpose of dosing the gas present in the receiving fluid in a time which is a small fraction of the previous time, and in that the content of the gas in the fluid to be analyzed is deducted. dosing of the gases present in the receiving fluid.

On doit entendre par "matériau non poreux présentant une perméance sélective" un matériau n'ayant pas de porosité ouverte appréciable, que les gaz peuvent traverser par diffusion moléculaire, ce qui exclut notamment les matériaux cristalisés et ceux constitués de fibres agglomérées, c'est-à-dire ayant une structure analogue à celle des filtres habituels. Le matériau doit de plus présenter une homogénéité'à l'échelle globale. Il s'agira généralement d'un matériau plastique, le terme plastique devant être interprété dans un sens large et désignant les matériaux de poids moléculaire élevé, carbonés ou siliconés, fluorés ou non, même d'origine. The term "non-porous material having selective permeance" means a material having no appreciable open porosity, which the gases can pass through molecular diffusion, which excludes in particular crystallized materials and those consisting of agglomerated fibers, it is that is, having a structure similar to that of the usual filters. The material must also have homogeneity on a global scale. It will generally be a plastic material, the term plastic to be interpreted in a broad sense and designating high molecular weight materials, carbon or silicone, fluorinated or not, even original.

naturelle, bien qu'ils soient généralement d'origine synthétique.natural, although they are usually of synthetic origin.

On voit que le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre avec des éléments purement passifs, peu coûteux et donc éventuellement jetables après un seul usage, surtout lorsqu'on veut éviter tout risque de pollution La simplicité de mise en oeuvre in situ se traduit par un gain de temps et une économie. L'absence de toute commande d'ouverture ou de fermeture permet de disposer en chapelet un grand nombre d'enceintes, par exemple le long d'un sondage, de manière à effectuer un échantillonnage simultané. Le procédé permet de plus d'effectuer des échantillonnages de gaz dans les environnements où le fonctionnement des dispositifs antérieurement connus est difficile ou même impossible. It can be seen that the process according to the invention is carried out with purely passive, inexpensive and therefore possibly disposable elements after a single use, especially when it is desired to avoid any risk of pollution. The simplicity of implementation in situ is reflected. by saving time and saving. The absence of any opening or closing command makes it possible to have a large number of speakers in a string, for example along a sounding, so as to perform a simultaneous sampling. The method further allows for gas sampling in environments where the operation of previously known devices is difficult or even impossible.

Il est souhaitable d'utiliser un gaz comme fluide récepteur lorsque la masse de fluide à analyser est un gaz. Corrélativement, il est souhaitable d'utiliser un liquide ayant les mêmes propriétés générales que la masse de fluide à analyser, pour des échantillonnages en phase liquide. Il est ainsi plus facile de déterminer, à partir de la composition du fluide récepteur, lorsque l'enceinte est récupérée, la teneur en gaz à doser dans la masse. It is desirable to use a gas as the receiving fluid when the mass of fluid to be analyzed is a gas. Correlatively, it is desirable to use a liquid having the same general properties as the mass of fluid to be analyzed, for sampling in the liquid phase. It is thus easier to determine, from the composition of the receiving fluid, when the chamber is recovered, the gas content to be assayed in the mass.

L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, comportant une enceinte dont l'enveloppe est au moins en partie constituée par le matériau présentant une perméance sélective vis-à-vis des gaz. L'épaisseur de matériau de l'enveloppe sera choisie en fonction de la nature de ce matériau et des conditions de travail, en particulier du temps nécessaire pour récupérer l'enceinte. Pour que l'échantillon analysé soit représentatif, il faut en effet que les échanges å travers l'enveloppe pendant ce temps de récupération soient négligeables. Le choix du matériau et de l'épaisseur de l'enveloppe a également une influence sur la durée minimum pendant laquelle il faudra exposer l'enveloppe à la masse de fluide à analyser pour que les échanges gazeux par diffusion à travers l'enveloppe se traduisent par une modification significative de la concentration gazeuse dans le fluide récepteur. The invention also proposes a device for implementing the above method, comprising an enclosure whose envelope is at least partly constituted by the material having a selective permeance vis-à-vis the gas. The thickness of the material of the envelope will be chosen according to the nature of this material and the working conditions, in particular the time required to recover the enclosure. For the analyzed sample to be representative, it is indeed necessary that the exchanges through the envelope during this recovery time are negligible. The choice of the material and the thickness of the envelope also has an influence on the minimum duration during which it will be necessary to expose the envelope to the mass of fluid to be analyzed so that the gas exchanges by diffusion through the envelope are translated. by a significant change in the gas concentration in the receiving fluid.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe montrant une-enceinte utilisable dans la mise en oeuvre de l'invention, placée dans une masse du fluide à analyser
- la figure 2 montre schématiquement la variation de la concentration de gaz à analyser en fonction de la distance radiale, dans une enceinte du genre montré en figure 1, à différentes époques de la durée d'exposition ;;
- les figures 3 et 4 sont des abaques donnant la
variation en fonction du temps de la concentration de gaz,
respectivement en échelle linéaire et en échelle logarithmique
- la figure 5 est un schéma de principe montrant
la mise en oeuvre de l'invention dans un trou de sondage
- la figure 6 est une courbe représentative de la
variation de concentration en fonction du temps.
The invention will be better understood on reading the following description of particular embodiments, given by way of non-limiting examples. The description refers to the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a block diagram showing a chamber that can be used in the implementation of the invention, placed in a mass of the fluid to be analyzed
FIG. 2 schematically shows the variation of the concentration of gas to be analyzed as a function of the radial distance, in an enclosure of the type shown in FIG. 1, at different times of the exposure time;
- Figures 3 and 4 are charts giving the
variation over time of the gas concentration,
respectively in linear scale and in logarithmic scale
FIG. 5 is a block diagram showing
the implementation of the invention in a borehole
FIG. 6 is a representative curve of the
concentration variation as a function of time.

Avant de décrire un dispositif complet de mise en oeuvre de l'invention, on exposera pour plus de clarté les mécanismes physiques qu'elle met en oeuvre. Before describing a complete device for implementing the invention, the physical mechanisms it implements will be explained for the sake of clarity.

Suivant l'invention, on place une enceinte fermée 10 (figure 1) de volume v, contenant à l'origine un fluide récepteur f, dans un volume V de fluide F, contenant le gaz ou les gaz à doser, dont la teneur initiale inconnue à déterminer est Ko. Une partie de l'enveloppe limitant l'enceinte 10 est constituée par un matériau non poreux présentant une perméance sélective vis à vis des gaz. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, cette enveloppe comprend une paroi cylindrique 12 fermée par deux fonds 14. La paroi cylindrique 12 est en matériau laissant passer sélectivement les gaz et elle présente une épaisseur constante. Les fonds sont au contraire imperméables. L'un d'eux est muni d'une vanne c commande manuelle 15 nereettant de relier l'enceinte à une installation de prélèvement ou d'analyse.L'enceinte 10 est fermée après avoir été remplie du fluide f (qu'on supposera monophasique par simplicité) dont la teneur
initiale C0 en gaz est connue . Pendant toute la durée d'échantillonnage t, l'enceinte reste fermée mais un échange de gaz se produit par diffusion à travers la paroi 12, entre les fluides F et f. Cet échange tend à établir un équilibre des concentrations C et K de chacun des gaz présents initialement, respectivement dans le fluide récepteur f et dans le fluide à échantillonner F.
According to the invention, a closed chamber 10 (FIG. 1) of volume v, containing initially a receiving fluid f, is placed in a volume V of fluid F, containing the gas or gases to be assayed, the initial content of which unknown to be determined is Ko. Part of the envelope limiting the enclosure 10 is constituted by a non-porous material having a selective permeance with respect to the gases. In the embodiment illustrated in FIG. 1, this envelope comprises a cylindrical wall 12 closed by two bottoms 14. The cylindrical wall 12 is made of a material which selectively passes the gases and has a constant thickness. The funds are on the contrary impermeable. One of them is equipped with a manual control valve 15 for connecting the chamber to a sampling or analysis installation. The chamber 10 is closed after having been filled with the fluid f (which will be assumed monophasic for simplicity) whose content
initial C0 in gas is known. Throughout the sampling period t, the chamber remains closed but a gas exchange occurs by diffusion through the wall 12, between the fluids F and f. This exchange tends to establish a balance of the concentrations C and K of each of the gases present initially, respectively in the receiving fluid f and in the fluid to be sampled F.

A l'intérieur de l'enceinte d'échantillonnage, la concentration C des c-a z varie progressivement et tend asymptotiquement vers une valeur limite d'équilibre Coe
Après la durée d'exposition t, l'enceinte 10 est récupérée et les gaz sont dosés dans le fluide f.
Inside the sample chamber, the concentration C of the ca z varies progressively and tends asymptotically towards a limit value of equilibrium Coe
After the exposure time t, the chamber 10 is recovered and the gases are metered into the fluid f.

Au cours de la durée d'exposition t et tant que l'équilibre n'est ras établi, les concentrations gazeuses dans les volumes v et V, ainsi que dans l'épaisseur de la paroi 12, ont des variations transitoires dans l'espace. During the exposure time t and as long as the equilibrium is not established, the gaseous concentrations in volumes v and V, as well as in the thickness of the wall 12, have transient variations in space .

La figure 2 montre la variation de la concentration C dans le sens radial, à deux instants successifs tl (courbe en trait plein) et t2 (courbe en tirets). Les concentrations à l'instant initial et à l'équilibre sont désignées par les indices 0 et oe . r, R -et e désignent respectivement la distance de libre diffusion,dans l'enceinte d'échantillonnage (rayon de l'enceinte 10 si elle présente un axe de révolution) et dans la masse de fluide à échantillonner, et l'épaisseur de la paroi 12.La durée d'exposition qui sera nécessaire pour approcher de l'équilibre est souvent trop longue pour être acceptable et il faut en conséquence admettre une durée a d'exposition qui ne représente qu'une fraction de la précédente et correspondra par exemple à la courbe à l'instant t2. Il faut, à partir de la concentration obtenue dans l'enceinte à cet instant t2, déterminer la concentration Ko
Un dosage effectué après une durée d'exposition t quelconque donne une valeur moyenne Ct dans l'enceinte d'échantillonnage; par conséquent -la quantité de gaz
Q introduite dans l'enceinte d'échantillonnage 10 ou extraite de celle-ci depuis le début de l'exposition est Q = v . (Ct - C0).
FIG. 2 shows the variation of the concentration C in the radial direction, at two successive instants t1 (solid line curve) and t2 (dashed curve). Initial and equilibrium concentrations are denoted by the indices 0 and oe. r, R and e respectively denote the free diffusion distance, in the sampling chamber (radius of the chamber 10 if it has an axis of revolution) and in the mass of fluid to be sampled, and the thickness of the 12.The duration of exposure that will be required to approach the equilibrium is often too long to be acceptable, and therefore a duration of exposure which is only a fraction of the previous one must be allowed and will correspond to example to the curve at time t2. It is necessary, from the concentration obtained in the chamber at this instant t2, to determine the concentration Ko
An assay performed after any exposure time t gives a mean value Ct in the sample chamber; therefore the amount of gas
Q introduced into the sampling chamber 10 or extracted from it since the beginning of the exposure is Q = v. (Ct - C0).

Les lois de la diffusion gazeuse permettent théoriquement de calculer directement les concentrations gazeuses par la résolution d'équations différentielles.  The laws of gaseous diffusion theoretically make it possible to directly calculate the gaseous concentrations by the resolution of differential equations.

Mais cette méthode d'inversion directe nécessite l'introduction dans les calculs de multiples données élémentaires annexes dont la détermination est souvent imprécise.But this method of direct inversion requires the introduction into the calculations of multiple subsidiary data whose determination is often imprecise.

Une solution beaucoup plus simple consiste à utiliser des abaques de référence, établis expérimentalement pour chacun des types d'enceinte qu'on utilisera. A much simpler solution is to use reference charts, established experimentally for each type of enclosure that will be used.

Ces abaques peuvent tenir compte expérimentalement de l'influence de tous les paramètres variables. Ces abaques sont particulièrement commodes à utiliser en les normalisant par rapport aux valeurs initiales et finales de la fonction C(t), ce qui conduit à une représentation (Ct - C0) / C . On peut notamment tracer un réseau d'abaques normalisés permettant de calculer facilement la concentration d'équilibre C à partir d'une mesure C t à un instant quelconque t:
- pour un même gaz à différentes températures dans le même fluide récepteur,
- pour différents gaz à la même temrérature dans le même fluide,
- pour différents fluides, à température donnée.
These charts can take into account experimentally the influence of all the variable parameters. These charts are particularly convenient to use by normalizing them with respect to the initial and final values of the function C (t), which leads to a representation (Ct - C0) / C. In particular, it is possible to draw a network of standardized abacuses making it possible to easily calculate the equilibrium concentration C from a measurement C t at any time t:
for the same gas at different temperatures in the same receiving fluid,
for different gases at the same temperature in the same fluid,
for different fluids, at a given temperature.

A titre d'exemple, la figure 3 montre l'allure des courbes correspondant à l'hélium 4 à l'hydrogène sulfuré et au gaz carbonique dans un même fluide et à température donnée. By way of example, FIG. 3 shows the shape of the curves corresponding to helium 4 with hydrogen sulphide and with carbon dioxide in the same fluid and at a given temperature.

Dès abaques du meme genre peuvent etre tracés à échelle logarithmique, -ce qui conduit à des courbes sensiblement rectilignes. A titre d'exemple la figure 4 montre les courbes de variation de la fonction log/(x - xt) /(x - xot7 x 100 en fonction du temps, pour plusieurs matériaux. Even charts of the same kind can be plotted on a logarithmic scale, which leads to substantially rectilinear curves. By way of example, FIG. 4 shows the variation curves of the function log / (x - xt) / (x - xot7 x 100 as a function of time, for several materials.

':ne fois que l'on dispose de C, dans le fluide f, il est possible d'en déduire la teneur d'équilibre correspondante K, dans le fluide à échantillonner. When C is available in the fluid f, it is possible to deduce the corresponding equilibrium content K in the fluid to be sampled.

En effet, les lois classiques des mélanges en phase gazeuse et en solution s'appliquent alors directement et le calcul montre que
C xa = =K x
Dans la formule ci-dessus, a est égal à 1 si les fluides porteurs sont des gaz. a est égal au coefficient de solubilité olumitiue de B unsen si les fluides porteurs sont des liquides les indices f et F correspondent respectivement au fluide récepteur f et au fluide F à échantillonner.
Indeed, the classical laws of mixtures in gas phase and in solution then apply directly and the calculation shows that
C xa = = K x
In the formula above, a is equal to 1 if the carrier fluids are gases. a is equal to the solubility coefficient solubility of B unsen if the carrier fluids are liquids the indices f and F respectively correspond to the receiving fluid f and the fluid F to be sampled.

Comme on l'a indiqué plus haut, il sera toujours souhaitable d'utiliser un gaz comme fluide récepteur pour des échantillonnages dans une masse de fluide gazeuse et un fluide récepteur de meme nature que la masse de fluide à analyser pour des échantillonnages en phase liquide : on a alors αf = αF et K = C# , expression indépendante de la température. As indicated above, it will always be desirable to use a gas as a receiving fluid for sampling in a mass of gaseous fluid and a receiving fluid of the same nature as the mass of fluid to be analyzed for liquid phase sampling. : then we have α f = α F and K = C #, expression independent of the temperature.

I1 reste à déduire la concentration initiale Kg de la concentration d'équilibre K#.  It remains to deduce the initial concentration Kg of the equilibrium concentration K #.

En fait, on se trouvera presque toujours dans l'un ou l'autre de deux cas simples. In fact, one will almost always be in one or the other of two simple cases.

Dans le cas de l'échantillonnage dans des puits, des rivières, des lacs, la mer, des sols marécageux, etc., le volume v sera négligeable par rapport au volume V et dans ce cas on aura Ko K,,, C, .  In the case of sampling in wells, rivers, lakes, the sea, marshy soils, etc., the volume v will be negligible in relation to the volume V and in this case we will have Ko K ,,, C, .

Dans d'autres cas au contraire, le volume V est contenu à l'intérieur d'une paroi étanche et il est égal à n.v. In other cases, on the other hand, the volume V is contained inside a sealed wall and it is equal to n.v.

Le calcul montre alors que l'on a
K0 = C# (1 + 1/n) - C0/n (1)
Ce cas est également fréquent : c'est celui que l'on rencontre lors des échantillonnages dans des milieux limitas extérieurement par une paroi imperméable, par exemple une tuyauterie métallique ou un forage à l'aplomb d'une formation imperméable.
The calculation then shows that we have
K0 = C # (1 + 1 / n) - C0 / n (1)
This case is also frequent: it is the one encountered during sampling in environments limited externally by an impermeable wall, for example a metal pipe or a drilling in line with an impermeable formation.

A titre d'exemple, on donnera ci-.après quelques indications concernant les conditions d'application du procédé à des cas particuliers.  By way of example, reference will be made below to the conditions of application of the process to particular cases.

La figure 5 montre la mise en oeuvre du procédé dans un trou de sonde 16 ménaob dans des terrains imperméables et où l'on souhaite déterminer le profil de concentration. Si le forage a été effectué à la boue, on utilisera avantageusement comme fluide récepteur une boue de même composition. Si le trou est inondé, le fluide récepteur pourra être de l'eau. Il en sera de même lorsque le relevé doit s'effectuer dans un plan d'eau. FIG. 5 shows the implementation of the method in a menaob borehole 16 in impervious grounds and where it is desired to determine the concentration profile. If the drilling has been performed with sludge, it will be advantageous to use as the receiving fluid a slurry of the same composition. If the hole is flooded, the receiving fluid may be water. It will be the same when the survey must be carried out in a body of water.

L'enceinte 10, constituée par un tronçon de tube 12 en matière plastique muni de fonds imperméables 14, est mise en place dans le forage par des moyens classiques de descente. Plusieurs enceintes identiques peuvent etre réparties à intervalles réguliers le long du trou pour permettre la détermination d'un profil de concentration au même moment. La nature et l'épaisseur du tube seront choisies en fonction de la nature des gaz à détecter et également en fonction de la profondeur. The enclosure 10, constituted by a section of plastic tube 12 provided with impervious bottoms 14, is placed in the borehole by conventional means of descent. Several identical enclosures may be distributed at regular intervals along the hole to allow the determination of a concentration profile at the same time. The nature and the thickness of the tube will be chosen according to the nature of the gases to be detected and also according to the depth.

Si en effet le trou est peu profond, le délai nécessaire pour récupérer les enceintes sera faible et on peut admettre une diffusion relativement rapide. Si au contraire le trou est profond et rend une durée de l'ordre de l'heure nécessaire pour remonter les enceintes, on choisira la nature et l'épaisseur de la paroi de façon que la diffusion soit lente et que les variations de concentration rencontrées au cours de la remontée ne se traduisent pas par une erreur appréciable. On sera alors conduit à accepter des durées de séjour en place de plusieurs heures, voire même dépassant la dizaine d'heures.If indeed the hole is shallow, the time required to recover the speakers will be low and we can admit a relatively fast diffusion. If, on the contrary, the hole is deep and makes a duration of the order of the hour necessary to raise the enclosures, the nature and the thickness of the wall will be chosen so that the diffusion is slow and the variations of concentration encountered. during the ascent do not result in an appreciable error. We will then be led to accept lengths of stay in place of several hours, or even more than ten hours.

Les matériaux utilisables pour constituer la paroi sont de nature très diverse. Si on se limite aux polymères, on peut notamment citer les poly(diènes), les poly(alkènes), les poly(méthacrylates) et divers poly (amides), polyesters et polysiloxanes. Les propriétés de nombreux corps appartenant à ces catégories sont données dans la littérature. A titre d'exemple, le tableau ci-après donne le coefficient de perméation pour divers gaz, à travers des composés utilisables. Le coefficient de perméation P est donné en cm3. cm. cm-2,
-l.
The materials used to form the wall are of a very diverse nature. If we limit ourselves to polymers, mention may be made especially of poly (dienes), poly (alkenes), poly (methacrylates) and various poly (amides), polyesters and polysiloxanes. The properties of many bodies belonging to these categories are given in the literature. By way of example, the table below gives the permeation coefficient for various gases, through usable compounds. The permeation coefficient P is given in cm3. cm. cm-2,
-l.

sec . cm Hg
La valeur donnée doit etre multipliée par 7,5 x 10-4 si les pressions sont données en Pascals.

Figure img00100001
sec. cm Hg
The value given must be multiplied by 7.5 x 10-4 if the pressures are given in Pascals.
Figure img00100001

<tb><Tb>

<SEP> Polymère <SEP> Gaz <SEP> P <SEP> x <SEP> 101 <SEP>
<tb> polyéthylène <SEP> He <SEP> 4,9
<tb> (densité <SEP> 0,914) <SEP> C02 <SEP> <SEP> 12,6
<tb> <SEP> CH4 <SEP> 2,88
<tb> polyméthacrylate <SEP> He <SEP> 6,82 <SEP>
<tb> d'éthyle <SEP> CO2 <SEP> 5,00 <SEP>
<tb> <SEP> H2O <SEP> 3200
<tb> chlorure <SEP> de <SEP> He <SEP> 2,05
<tb> polyvinyle <SEP> H2 <SEP> 1,70
<tb> <SEP> CO2 <SEP> 0,157 <SEP>
<tb> <SEP> CH4 <SEP> 0,0286
<tb> <SEP> H2O <SEP> 275 <SEP>
<tb> chlorure <SEP> de <SEP> He <SEP> 0,31
<tb> polyvinyl- <SEP> CO2 <SEP> 0,03 <SEP>
<tb> indène <SEP> ("SARAN") <SEP>
<tb> <SEP> H20 <SEP> 0,5
<tb>
Dans la pratique, on pourra souvent se contenter d'utiliser des tronçons de tuyau en polychlorure de vinyle (PVC) disponible dans le commerce. Suivant leur densité, ces produits ont des utilisations diverses.
<SEP> Polymer <SEP> Gas <SEP> P <SEP> x <SEP> 101 <SEP>
<tb> Polyethylene <SEP> He <SEP> 4.9
<tb> (density <SEP> 0.914) <SEP> C02 <SEP><SEP> 12.6
<tb><SEP> CH4 <SEP> 2.88
<tb> polymethacrylate <SEP> He <SEP> 6.82 <SEP>
<tb> ethyl <SEP> CO2 <SEP> 5.00 <SEP>
<tb><SEP> H2O <SEP> 3200
<tb> chloride <SEP> of <SEP> He <SEP> 2.05
<tb> polyvinyl <SEP> H2 <SEP> 1.70
<tb><SEP> CO2 <SEP> 0.157 <SEP>
<tb><SEP> CH4 <SEP> 0.0286
<tb><SEP> H2O <SEP> 275 <SEP>
<tb> chloride <SEP> of <SEP> He <SEP> 0.31
<tb> polyvinyl- <SEP> CO2 <SEP> 0.03 <SEP>
<tb> indene <SEP>("SARAN")<SEP>
<tb><SEP> H20 <SEP> 0.5
<Tb>
In practice, it will often be sufficient to use commercially available sections of polyvinyl chloride (PVC) pipe. Depending on their density, these products have various uses.

Plus la densité est faible et plus la perméabilité sera élevée, tandis que le poids moléculaire du polymère a généralement peu d'effet sur la perméabilité. Le tableau ci-dessus, correspondant à une température de 250C, montre une sélectivité des matériaux utilisables variable suivant ceux-ci. The lower the density, the higher the permeability, while the molecular weight of the polymer generally has little effect on permeability. The above table, corresponding to a temperature of 250 ° C., shows a selectivity of the variable usable materials according to these.

Pour faire apparaitre l'influence du rapport entre le volume de l'enceinte et celui occupé par la masse de fluide à échantillonner, on supposera que l'enceinte tubulaire 12 a un diamètre de 20 mm et est place dans un trou de 100 mm de diamètre. Dans ce cas,
V/v est de l'ordre de 24, dot l/n - 4%. On voit qu'il suffit de majorer C de 4t pour obtenir Kg (d'après la formule (1)).
To show the influence of the ratio between the volume of the chamber and that occupied by the mass of fluid to be sampled, it will be assumed that the tubular enclosure 12 has a diameter of 20 mm and is placed in a hole of 100 mm. diameter. In that case,
V / v is in the order of 24, dot l / n - 4%. We see that it suffices to increase C by 4t to obtain Kg (according to formula (1)).

De façon plus générale, chaque fois que v n'est pas négligeable devant V, on devra appliquer la formule (1) pour déterminer Kg à partir de CO et C .  More generally, whenever v is not negligible in relation to V, the formula (1) must be applied to determine Kg from CO and C.

La courbe de variation de Ct - Co/Ko en fonction de la durée d'exposition t a l'allure représentée en trait plein sur la figure 6. On voit quelle tend asymptotiquement vers 1 - 1/n après avoir suivi jusqu'à ta (instant auquel le front de diffusion dans la masse de fluide à échantillonner atteint la paroi étanche du trou 16) une portion commune avec la courbe correspondant à une valeur de v négligeable devant V.The curve of variation of Ct-Co / Ko as a function of the duration of exposure has the appearance shown in full lines in FIG. 6. It can be seen that it tends asymptotically towards 1 - 1 / n after having followed up to instant at which the diffusion front in the mass of fluid to be sampled reaches the sealed wall of the hole 16) a common portion with the curve corresponding to a negligible value of v in front of V.

il sera donc souhaitable, lorsque cela est possible, de choisir une durée diexposition t inférieure à tk , qui conduira à une détermination exacte de Ko par recours aux abaques correspond à une extension infinie de la masse de fluide à échantillonner. it will therefore be desirable, when possible, to choose a duration of exposure t less than tk, which will lead to an exact determination of Ko by use of abacuses corresponds to an infinite extension of the mass of fluid to be sampled.

Si cette condition n'est-pas respectée, le simple recours aux abaques conduit à une erreur, d'autant plus faible que t* est plus grand, c'est-à-dire que la vitesse de diffusion est faible dans la masse de fluide à échantillonner et que la distance de libre diffusion entre la paroi de l'enceinte d'échantillonnage et celle du trou est élevée
On peut évidemment se trouver encore dans la situation intermédiaire d'une masse de fluide à échantillonner contenue à l'intérieur d'une paroi perméable et présentant une diffusivité différente de celle de la masse de fluide à échantillonner. Dans ce cas, la courbe représentative de la variation de concentration en fonction du temps se placera entre i;es courbes en trait plein et en tirets de la figure 6. I1 s'agit la.
If this condition is not respected, the simple recourse to the abacuses leads to an error, all the more weak as t * is greater, that is to say that the diffusion rate is low in the mass of fluid to be sampled and that the free diffusion distance between the wall of the sampling chamber and that of the hole is high
One can obviously still be in the intermediate situation of a sample fluid mass contained within a permeable wall and having a diffusivity different from that of the mass of fluid to be sampled. In this case, the representative curve of the concentration variation as a function of time will be placed between the solid lines and dashed curves of Figure 6. This is the.

d'un cas qui se rencontre fréquemment dans des forages.a case that is frequently encountered in boreholes.

Pour déterminer la concentration Kg, on aura en général intérêt à appliquer le mode de détermination valable pour un milieu infini. La figure 6 montre que l'on connaitra alors l'erreur maximum possible, qui correspondrait à une paroi étanche.To determine the concentration Kg, it will generally be advantageous to apply the determination mode valid for an infinite medium. Figure 6 shows that we will then know the maximum possible error, which corresponds to a sealed wall.

On voit que le procédé suivant l'invention permet de déterminer la concentration de gaz en différents emplacements le long d1un trou de forage, ce qui représente un avantage particulièrement précieux lorsque cette concentration est susceptible de 'varier dans le temps ou lorsque l'on cherche à déterminer un temps de renouvellement par exemple. Mais l'invention ne se limite absolument pas à ce cas particulier et elle trouve des applications dans tous les domaines de la pratique, y compris en sécurité nucléaire. It can be seen that the method according to the invention makes it possible to determine the concentration of gas at different locations along a borehole, which represents a particularly valuable advantage when this concentration is likely to vary in time or when one seeks to determine a renewal time for example. But the invention is not limited to this particular case and it finds applications in all areas of practice, including nuclear safety.

L'enceinte peut avoir des formes très diverses. The speaker can have very different shapes.

Par exemple, on pourra souvent utiliser, au lieu d'un tronçon de tube (qui a toutefois.l'avantage de l'indéformabilité et de la résistance mécanique), un simple sac souple en matière plastique, dont le coût est si faible qu'il peut être jeté après un seul emploi. For example, it will often be possible to use, instead of a tube section (which however has the advantage of the indeformability and the mechanical strength), a simple flexible plastic bag, the cost of which is so low that it can be thrown away after a single job.

Claims (8)

Revendicationsclaims 1. Procédé d'échantillonnage d'au moins un gaz présent dans une masse de fluide à analyser, caractérisé en ce que l'on expose audit fluide une enceinte fermée (10) contenant un fluide récepteur (f), délimitée par une enveloppe en matériau non poreux présentant une perméance sélective vis-à-vis des gaz, pendant une durée déterminée, suffisante pour que la concentration du gaz à doser à l'intérieur de l'enveloppe atteigne une fraction appréciable de la teneur à l'extérieur, en ce qu'on retire l'enceinte (10) en vue du dosage du gaz présent dans le fluide récepteur en un délai qui est une fraction faible de la durée précédente, et en ce qu'on déduit la teneur du gaz dans le fluide à analyser de la mesure de sa concentration dans le fluide récepteur. 1. A method for sampling at least one gas present in a mass of fluid to be analyzed, characterized in that said fluid is exposed to a closed chamber (10) containing a receiving fluid (f) delimited by a casing. a non-porous material having gas-selective permeance, for a specified time, sufficient for the concentration of the gas to be metered within the shell to reach an appreciable fraction of the outside content, removing the enclosure (10) for metering the gas present in the receiving fluid in a time that is a small fraction of the previous time, and in that the gas content in the analyze the measurement of its concentration in the receiving fluid. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, comme fluide récepteur, un gaz lorsque la masse de fluide à analyser est un gaz, et un liquide ayant les mêmes propriétes générales que la masse de fluide à analyser pour des échantillonnages en phase liquide. 2. Process according to Claim 1, characterized in that a gas is used as the receiving fluid when the mass of fluid to be analyzed is a gas, and a liquid having the same general properties as the mass of fluid to be analyzed for liquid phase sampling. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée d'exposition de l'enceinte à la masse fluide est généralement de plusieurs heures. 3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the exposure time of the chamber to the fluid mass is generally several hours. 4. Procédé suivant lune quelconque des revendications précédentes d'échantillonnage d'au moins un gaz dans un trou de forage ou suivant une verticale ou une horizontale dans un plan d' eau, carac térisé en ce que l'on expose s sunultanornent un chapelet d'enceintes réparties le long du trou ou de la verticale ou de l'horizontale. 4. A method according to any one of the preceding claims for sampling at least one gas in a borehole or in a vertical or horizontal in a body of water, charac terized in that s sunultanornent a rosary of speakers distributed along the hole or the vertical or the horizontal. 5. Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte, dont l'enveloppe est au moins partiellement constituée par le matériau présentant une perméance sélective vis-à-vis des gaz,et et des moyens permettant de mettre en place ladite enceinte dans une masse de fluide à analyser et dela récupérer pour analyse du contenu de l'enceinte en un délai faible par rapport à la durée d'exposition. 5. Device for implementing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises an enclosure, the casing is at least partially constituted by the material having selective permeance vis-à-vis gases, and and means for setting up said chamber in a mass of fluid to be analyzed and recovering it for analysis of the contents of the chamber in a small delay with respect to the duration of exposure. 6. Dispositif suivant la revendication-5, caractérisé en ce que l'enceinte ou chaque enceinte est constituée par un tronçon de tube dudit matériau, fermé aux extrémités et muni d'un système d'ouverture et de fermeture à commande manuelle. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the enclosure or each enclosure is constituted by a pipe section of said material, closed at the ends and provided with a manual opening and closing system. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'enceinte est constituée par un sac souple en matière plastique. 7. Device according to claim 5, characterized in that the enclosure is constituted by a flexible plastic bag. 8. nispositif suivant la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le matériau présentant une perméance sélective est constitué par un polymère, avantageusement choisi parmi les poly(diènes), les poly(alkènes), les poly(méthacrylates) et divers poly(amides), polyesters et polysiloxanes.  8. nispositif according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the material having a selective permeance is constituted by a polymer, preferably selected from poly (dienes), poly (alkenes), poly (methacrylates) and various poly (amides), polyesters and polysiloxanes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0360901A1 (en) * 1988-09-29 1990-04-04 Leybold Aktiengesellschaft Method and device for the sampling and analysis of hydrocarbons
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