HU220019B - Mintavevő eszköz - Google Patents

Abstract

Mintavevő eszköz, mélyfúrt lyukból vízminta vételére, szeleppellezárható mintavevő tartállyal (5) és mintavevő csővel (6), amelymintavevő eszköznek mintavevő teret (2) a mélyfúrt lyukban (3) alul-felül lezáró határolóelemei (1) vannak, továbbá vizet a mintavevőtérből (2) elvezető vízcsöve (4), a vízcsövön (4) át elvezetett vizetföldfelszínre vezető mintavevő csöve (6), a vízcsövön (4) átelvezetett vizet a mintavevő csőbe (6) első állásában közvetlenülvezető és a mintavevő tartályt (5) záró második állásában a mintavevőtartályon (5) átvezető szelepe (7), és a szelepet (7) vezérlő, ahatárolóelemeket (1) a mélyfúrt lyuk falához záró vezérlő nyomócsöve(8) van. ŕ

Description

A találmány tárgya mintavevő eszköz, mélyfúrt lyukból vízminta változatlan nyomásviszonyok mellett történő vételére.

Főként nukleáris hulladék elhelyezésére alkalmas kősziklaágy keresésére végzett mélyfúrások nyomán van szükség a megfúrt szikla belsejében uralkodó talajviszonyok pontos feltárására. Az ilyen információkat általában a furat mélyéből kiemelt víz hidromechanikai elemzése útján nyerik.

A többszáz méter mély fúrólyuk mélyén teljesen más nyomás- és állapotviszonyok uralkodnak, mint a földfelszínen. Emiatt a fúrólyuk mélyéről felszivattyúzott víz már nem azonos összetételű a lenti vízzel, ugyanis a víz oldott gáztartalma megváltozik, normál légnyomáson lecsökken, főként a nyomásesés következtében.

Az ebből eredő problémák kiküszöbölésére többféle kísérletet tettek már. Az egyik megoldás szerint a felszínen vákuumot létesítenek egy mintavevő tartályban, annak érdekében, hogy levegő ne változtassa meg a mintafolyadék gáztartalmát. A vákuumos tartályt leengedik a fúrólyukba, ahol egy szelepen át megtöltik mintafolyadékkal. így a mintafolyadék (víz) a lenti, a mintavétel helyén uralkodó nyomáson kerül a tartályba, amely mintát felhozva, a földfelszínen, ezen a nyomáson elemzik. A megoldás hiányossága abból adódik, hogy a tartályba beengedett víz nyomása átmenetileg hirtelen lecsökken, ekkor felszabadulhatnak a vízben oldott gázok. További nehézséget jelent a tartályban lévő nyomás fenntartása a tartály kiemelése és a minta tárolása idején. Az elemzések célja főként annak megállapítása, hogy van-e jelen a szikla repedéseiben természetes víz. Ennek pontos megállapítására a fúrólyukból felhozott víz csak nagyon kevéssé alkalmas. A sziklarepedésekből gyakran csak hosszas szivattyúzással nyerhető a mintát képező víz.

További problémát okoz a mélyfúrt lyuk viszonylag kicsi, általában 56 mm-es átmérője, amelybe nem fér bele tetszőleges, komplikált mintavevő eszköz.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése olyan új mintavevő eszköz kialakításával, amely lehetővé teszi a mélyben történő mintavételt és a minta felhozását olyan körülmények (főként nyomásviszonyok és zavartalan állapot) megőrzésével, amelyek lenn uralkodnak.

A feladat találmány szerinti megoldása mintavevő eszköz mélyfúrt lyukból vízminta vételére, szeleppel lezárható mintavevő tartállyal és mintavevő csővel, amely mintavevő eszköznek mintavevő teret a mélyfúrt lyukban alul-felül lezáró határolóelemei vannak, továbbá vizet a mintavevő térből elvezető vízcsöve, a vízcsövön át elvezetett vizet földfelszínre vezető mintavevő csöve, a vízcsövön át elvezetett vizet a mintavevő csőbe első állásában közvetlenül vezető- és a mintavevő tartályt záró második állásában a mintavevő tartályon átvezető szelepe, és a szelepet vezérlő, a határolóelemeket a mélyfúrt lyuk falához záró vezérlő nyomócsöve van.

Előnyösen a vízcső és mintavevő cső között nyomáshatároló szelep van elrendezve.

Célszerűen a határolóelemek és a szelep közös vezérlő nyomócsővel vannak ellátva.

Előnyösen a szelep elő van feszítve első állása irányában egy rugó vagy más feszítőelem által.

Célszerűen a két túlnyomásszintű vezérlő nyomócső egyik túlnyomásszintjén a szelep az első, mintavevő tartályt zárva tartó állásában van, a határolóelemek a mélyfúrt lyuk falához záró állapotban vannak, a vezérlő nyomócső másik túlnyomásszintjén a szelep a második, mintavevő tartályt nyitva tartó állásában van, a határolóelemek a mélyfúrt lyuk falához záró állapotban vannak. Előnyösen a mintavevő tartályban, annak belső terét mintatérre és ellennyomástérre osztó dugattyú van elrendezve.

Célszerűen a mintavevő tartály ellennyomástere inért gázzal, mint argon, nitrogén vagy hélium, van töltve.

Előnyösen a mintavevő tartály ellennyomásterének gázbevezető-nyílása szeleppel van lezárva.

Célszerűen a mintavevő tartály mintaterének be- és kimenőnyílása szeleppel van lezárva.

Előnyösen a mintavevő tartály bemenőnyílásában, a szelep utáni szakaszban, turbulens áramlást keltő fúvóka van elrendezve.

Célszerűen a mintavevő eszköznek legalább két mintavevő tartálya van, amelyek mintaterei egymással sorba vannak kötve.

Előnyösen a határolóelemek a vezérlő nyomócsőre csatlakoztatott két, dugószerű, túlnyomással rugalmasan a mélyfúrt lyuk falához szorításra alkalmasan kialakított záróelemként vannak megvalósítva, amely két záróelem egymástól a mintavevő tér hosszának megfelelő távolságban van elrendezve.

Célszerűen a mintavevő cső a mintavétel mélységében, a mélyfúrt lyukban elhelyezett eszköztől legalább a földfelszínig nyúlóan van kialakítva. Előnyösen a mintavevő térből elvezetett víz felszínre hozására alkalmas mintavevő cső alul a szelep felső kivezetésére van csatlakoztatva.

A találmány szerinti mintavevő eszköz jelentős javulást jelent a technika állásához képest, a mélyfúrásból történő mintavétel technológiájában. A határolóelemekkel pontosan lehatárolható az a furatszakasz, ahonnan mintát kívánunk venni, úgyhogy a mintavételi szakasz alatti és fölötti furatszakaszok tartalma és áramlási viszonyai nem befolyásolják a mintavételezést, nem okoznak pontatlanságot. A mintavételezés a találmány szerinti eszközzel stabil viszonyok között történhet, a viszonyok megállapodása, stabilitása a földfelszínen ellenőrizhető a tényleges mintavétel előtt. A mintavevő eszköz egyszerű szerkezetű és kis átmérőjű csőben elfér. A leeresztett eszközt csak egy vagy két cső köti össze a földfelszínnel.

Az alábbiakban, kiviteli példára vonatkozó rajz alapján, részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra mélyfúrt lyukba helyezett mintavevő eszköz vázlatos rajza, a

2. ábra útvonal-átkapcsoló szelep hosszmetszete, a szelep első, zárt állapotában, a

3. ábra útvonal-átkapcsoló szelep hosszmetszete, a szelep második, nyitott állapotában.

Az 1. ábrán feltüntetett mintavevő eszköz egy 3 mélyfúrt lyukba, több száz méter mélyre van leeresztve. A min2

HU 220 019 Β tavevő eszköznek 1 határolóelemei vannak, amelyekkel egy 2 mintavevő teret határolva, alul-felül, folyadékzáró módon elzárható a 3 mélyfúrt lyuk keresztmetszete. Az 1 határolóelemek felfújható, dugószerű 16 záróelemek, amelyek vezérlő 8 nyomócsőre vannak csatlakoztatva, és a 8 nyomócsőbe felülről bevezetett túlnyomással vannak a 3 mélyfúrt lyuk falához szorítva.

Az 1 határolófalak fölött két mintavevő 5 tartály helyezkedik el egymás fölött, az 5 tartályok fölött pedig egy útvonal-átkapcsoló 7 szelep és 9 nyomáshatároló szelep van elrendezve. A 7 szelep és 9 nyomáshatároló szelep egymással párhuzamos útvonalakat képeznek az alábbi ismertetés szerint. A 2 mintavevő térből 4 vízcső van kivezetve, amely 4 vízcső a 9 nyomáshatároló szelep nagyobb nyomású alsó csonkjához, és vele párhuzamosan, egy 20 ágcsövön át, a 7 szelep alsó bemenőcsatornájához van csatlakoztatva. A 9 nyomáshatároló szelep felső csonkjára és a 7 szelep felső kimenőcsatornájára 6 mintavevő cső van csatlakoztatva, amely 6 mintavevő cső ki van vezetve a 3 mélyfúrt lyukból a föld felszínére. A 2 mintavevő térben felgyülemlő és onnan a 4 vízcsövön át elvezetett víz a 9 nyomáshatároló szelep küszöbnyomásánál nagyobb nyomáskülönbség esetén, a 7 szelep zárt állapotában, a 9 nyomáshatároló szelepen át, nyitott 7 szelep esetén az 5 tartályokon és a 7 szelepen át jut a 6 mintavevő csőbe, és azon át a földfelszínre.

Az útvonal-átkapcsoló 7 szelepnek további be- és kimenete van a mintavevő 5 tartályok csatlakoztatására. A 7 szelep kimenetéről első 21 bekötőcső vezet az alsó mintavevő 5 tartály bemenő csőcsonkjára, az alsó mintavevő 5 tartály kimenő csőcsonkja és a felső mintavevő 5 tartály bemenő csőcsonkja egy második 22 bekötőcsővel van összekötve, a felső mintavevő 5 tartály kimenő csőcsonkja egy harmadik 23 bekötőcsővel, a 7 szelep megfelelő bemenőcsatomájára van csatlakoztatva. Amikor a 7 szelep nyitva van, a 7 szelep összenyitja a harmadik 23 bekötőcsövet a 6 mintavevő csővel. A 7 szelep vezérlő csőcsonkjára egy vezérlő 8 nyomócső van csatlakoztatva, amely 8 nyomócső ki van vezetve a 3 mélyfúrt lyukból a földfelszínre, ahol túlnyomásos közeggel töltjük meg. A 16 záróelemek és a 7 szelep vezérlő csőcsonkja közös 8 nyomócsőről kapnak vezérlést.

Mindegyik mintavevő 5 tartályban 13 dugattyú van elrendezve, amely 13 dugattyú az 5 tartály belső terét - változó arányban - 14 mintatérre és 15 ellennyomástérre osztja. Az alsó 15 ellennyomástér inért gázzal, argonnal, nitrogénnel vagy héliummal van töltve, és 17 szeleppel van töltés után lezárva.

Az 1. ábra szerinti mintavevő eszköz működését az alábbiakban ismertetjük: A mintavételezéshez a mintavevő eszköz 16 záróelemeit egymástól a vizsgálandó fúrólyukszakasz (2 mintavevő tér) hosszának megfelelő távolságra állítjuk, a mintavevő eszközt leengedjük a 3 mélyfúrt lyukban olyan mélyre, amilyen mélyről mintát venni kívánunk. A vezérlő 8 nyomócsőben ezután első túlnyomásszintnek megfelelő túlnyomást, például 3 bar túlnyomást létesítünk, amely túlnyomás hatására a 16 záróelemek szétfeszülve, vízzáró módon kitöltik a 3 mélyfúrt lyuk keresztmetszetét. Ilymódon csak olyan új víz kerülhet a 2 mintavevő térbe, amely a két 16 záróelem közötti falszakaszon szivárog be a sziklarepedésekből.

A sziklarepedésekből beszivárgó víz elvezetésére szolgál a 4 vízcső. Minthogy az első vezérlő túlnyomásszinten a 7 szelep az első, zárt állapotában van, a beszivárgó víz nyomásnövekedést okoz a 9 nyomáshatároló szelep alsó csatornájában. A 9 nyomáshatároló szelep egy rá jellemző küszöbnyomásnak megfelelő, például 0,5 bar nyomáskülönbségnél kinyit, és fölfelé átengedi a 4 vízcsőből a 6 mintavevő csőbe a vizet. Az ily módon a földfelszínre kijutó víz megfigyelhető és elemezhető. A megfigyelés és elemzés célja annak megállapítása, hogy a mintavevő eszköz bevezetése után megnyugodott-e már a víz, vagy még változik-e az állaga. Amikor a viszonyok már stabilizálódtak, akkor kezdődhet el a tényleges mintavétel. A stabilizálódáshoz szükséges idő hosszú lehet, általában heteket, hónapokat vesz igénybe a stabilizálódás.

A tényleges mintavételt azzal indítjuk, hogy a vezérlő 8 nyomócsőben második vezérlő túlnyomásszintnek megfelelő túlnyomást, például 9 bar túlnyomást létesítünk. A második túlnyomásszint hatására a 16 záróelemek továbbra is záró állapotban maradnak, a 7 szelep átvált második, nyitott állapotába. A 7 szelep nyitott állapotában a 4 vízcsövet becsatlakoztató 20 ágcső összenyílik az első 21 bekötőcsővel, a harmadik 23 bekötőcső összenyílik a 6 mintavevő csővel. Ezzel a nyomás kiegyenlítődik a 9 nyomáshatároló szelep két oldalán, így a 9 nyomáshatároló szelepen átvezető út lezárul, a 4 vízcső teljes vízárama a mintavevő 5 tartályokon átfolyva a 7 szelepen át kerül a 6 mintavevő csőbe. A 7 szelep nyitásakor nyomás alá kerül a mintavevő 5 tartályok 14 mintatere, és ez eltolja a 13 dugattyúkat lefelé, a 15 ellennyomástér irányába. A 15 ellennyomásterekben lévő gáznyomásnak az a szerepe, hogy a folyadéknyomás térfogatváltozásokból adódó ingadozásait kiküszöbölje. E nélkül hirtelen változások következhetnének be a tartályba beömlő folyadék nyomásában.

A földfelszínen folytatódik a mintavevő eszközön át a felszínre érkező víz elemzése akkor is, amikor az a mintavevő 5 tartályokon áthaladva jut a felszínre. Ha ekkor sem észlelhetők változások a felszínre érkező víz állapotában, abból levonható az a következtetés, hogy az áramlási és állapotviszonyok a föld mélyén is stabilak. Ekkor lezárhatjuk a mintavevő 5 tartályokon átvezető áramlási utat azzal, hogy a vezérlő 8 nyomócsőben a nyomást az első vezérlő túlnyomásszintnek megfelelő 3 bar nyomásra csökkentjük, aminek hatására a 7 szelep nyomásállóan lezár. A 7 szelep zárt állapotában a két 5 tartály mindkét végi nyílásai lezáródnak. Ezután tovább csökkentjük vagy megszüntetjük a túlnyomást, aminek hatására aló záróelemek visszahúzódnak a fúrólyuk falától, így a mintavevő eszköz kihúzható a 3 mélyfúrt lyukból. A földfelszínen azután 18, 19 szelepek segítségével külön-külön is lezárhatók az 5 tartályok. Előnyösen a mintavevő 5 tartály bemenőnyílásában, a 19 szelep utáni szakaszban, turbulens áramlást keltő füvóka van elrendezve.

A 2. ábrán egy alkalmas útvonal-átkapcsoló 7 szelep hosszmetszete a szelep első, zárt állapotában, a 3. áb3

HU 220 019 Β rán a 7 szelep hosszmetszete a szelep második, nyitott állapotában van ábrázolva.

A 7 szelep 25 szeleptestében a csatornákat elzáró és összenyitó 12 szelepdugattyú van elrendezve, amely 12 szelepdugattyú egy O-gyűrűkkel tömített és alulról fölfelé, záróirányban nyomó, 11 rugóval megtámasztott, a 12 szelepdugattyúnál nagyobb vezérlő 26 dugattyú 27 dugattyúrúdján van kialakítva. A vezérlő 8 nyomócső a vezérlő 26 dugattyú fölötti térbe van becsatlakoztatva. A 26 dugattyú fölötti térbe torkollik továbbá egy 28 cső, amelyen át a 16 záróelemek helyezhetők nyomás alá.

A 2. ábra szerinti helyzetben legfeljebb az első vezérlő túlnyomásszintnek megfelelő túlnyomás van a 8 nyomócsőben, így a 11 rugó a 7 szelepet első, zárt állapotában tartja. A 8 nyomócső és a 28 cső ebben a helyzetben is össze van nyitva. A 12 szelepdugattyú ebben a helyzetben zárva tartja a szelep csatornáit, a víz a 4 vízcsőből csak a 9 nyomáshatároló szelepen át juthat a 6 mintavevő csőbe.

A 3. ábra szerinti helyzetben a második vezérlő túlnyomásszintnek megfelelő túlnyomás van a 8 nyomócsőben, így a túlnyomás all rugó ellenében lenyomta a 26 dugattyút és vele a 12 szelepdugattyút. Ennek következtében a 7 szelep összenyitotta a 4 vízcső csatornáját az első 5 tartályba vezető 21 bekötőcső csatornájával, és összenyitotta a második 5 tartályból kivezető, harmadik 23 bekötőcső szelepcsatomáját a 6 mintavevő cső szelepcsatomájával. Ezzel megnyílt a 4 vízcsövön folyó víz 5 tartályokon és 7 szelepen át vezető útja a 6 mintavevő cső felé. A 3. ábrán a magyarázat kedvéért 6' és 6² rajzjelekkel különböztettük meg a 6 mintavevő csövet a lehetséges két út szerint, ahol 6¹ mintavevő cső a 9 nyomáshatároló szelepen átvezető útra, 6² mintavevő cső az 5 tartályokon át vezető útra jellemző.

Claims (14)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Mintavevőeszköz, mélyfúrt lyukból vízminta vételére, szeleppel lezárható mintavevő tartállyal (5) és mintavevő csővel (6), azzal jellemezve, hogy a mintavevő eszköznek mintavevő teret (2) a mélyfúrt lyukban (3) alul-felül lezáró határolóelemei (1) vannak, továbbá vizet a mintavevő térből (2) elvezető vízcsöve (4), a vízcsövön (4) át elvezetett vizet földfelszínre vezető mintavevő csöve (6), a vízcsövön (4) át elvezetett vizet a mintavevő csőbe (6) első állásában közvetlenül vezető- és a mintavevő tartályt (5) záró második állásában a mintavevő tartályon (5) átvezető szelepe (7), és a szelepet (7) vezérlő, a határolóelemeket (1) a mélyfúrt lyuk falához záró vezérlő nyomócsöve (8) van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a vízcső (4) és mintavevő cső (6) között nyomáshatároló szelep (9) van elrendezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a határolóelemek (1) és a szelep (7) közös vezérlő nyomócsővel (8) van ellátva.
4. 4. A 3. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a szelep (7) elő van feszítve első állása irányában egy rugó (11) vagy más feszítőelem által.
5. 5. A 4. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a két túlnyomásszintű vezérlő nyomócső (8) egyik túlnyomásszintjén a szelep (7) az első, mintavevő tartályt (5) zárva tartó állásában van, a határolóelemek (1) a mélyfúrt lyuk (3) falához záró állapotban vannak, a vezérlő nyomócső (8) másik túlnyomásszintjén a szelep a második, mintavevő tartályt (5) nyitva tartó állásában van, a határolóelemek (1) a mélyfúrt lyuk (3) falához záró állapotban vannak.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő tartályban (5), annak belső terét mintatérre (14) és ellennyomástérre (15) osztó dugattyú (13) van elrendezve.
7. 7. A 6. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő tartály (5) ellennyomástere (15) inért gázzal, mint argon, nitrogén vagy hélium, van töltve.
8. 8. A 7. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő tartály (5) ellennyomásterének (15) gázbevezető-nyílása szeleppel (17) van lezárva.
9. 9. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő tartály (5) mintaterének (14) be- és kimenőnyílása szeleppel (18, 19) van lezárva.
10. 10. A 9. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő tartály (5) bemenőnyílásában, a szelep (19) utáni szakaszban, turbulens áramlást keltő fúvóka van elrendezve.
11. 11. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy legalább két mintavevő tartálya (5) van, amelyek mintaterei (14) egymással sorba vannak kötve.
12. 12. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a határolóelemek (1) a vezérlő nyomócsőre (8) csatlakoztatott, két, dugószerű, túlnyomással rugalmasan a mélyfúrt lyuk (3) falához szorításra alkalmasan kialakított záróelemként (16) vannak megvalósítva, amely két záróelem (16) egymástól a mintavevő tér (2) hosszának megfelelő távolságban vannak elrendezve.
13. 13. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő cső (6) a mintavétel mélységében, a mélyfúrt lyukban (3) elhelyezett eszköztől legalább a földfelszínig nyúlóan van kialakítva.
14. 14. Az 1. igénypont szerinti mintavevő eszköz, azzal jellemezve, hogy a mintavevő térből (2) elvezetett víz felszínre hozására alkalmas mintavevő cső (6) alul a szelep (7) felső kivezetésére van csatlakoztatva.