RU2645539C1 - Device for sampling water from subglacial water bodies - Google Patents

Device for sampling water from subglacial water bodies Download PDF

Info

Publication number
RU2645539C1
RU2645539C1 RU2016137236A RU2016137236A RU2645539C1 RU 2645539 C1 RU2645539 C1 RU 2645539C1 RU 2016137236 A RU2016137236 A RU 2016137236A RU 2016137236 A RU2016137236 A RU 2016137236A RU 2645539 C1 RU2645539 C1 RU 2645539C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inner vessel
water
sampling
vessel
lid
Prior art date
Application number
RU2016137236A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аркадий Анатольевич Захаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" (ФГБУ "ПИЯФ")
Priority to RU2016137236A priority Critical patent/RU2645539C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645539C1 publication Critical patent/RU2645539C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state

Landscapes

  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

FIELD: ecology.
SUBSTANCE: invention relates to devices for sampling water from subglacial water bodies to study the microbiological and geochemical composition of water. Device comprises an outer casing, located with a gap inside it, internal vessel for sampling a sample of the water being examined, a piston with electromagnet is installed inside the vessel for sampling a water sample. On the lateral surface in the upper part of the inner vessel opening is made for the entry of the analyzed sample of water into the vessel, another hole is made in the bottom of the inner vessel for draining water into the outer shell. Inner vessel is provided with a lid with a shoulder sealingly surrounding outer part of inner vessel, the lid with a collar is mounted on the inner vessel with a gap formed at the top. In the gap between the outer body and the inner vessel is a tube that is sampling, one end of which is withdrawn to the outside through a hole in the bottom of the outer casing. Upper part of lid of inner vessel has two through holes with plugs, through the entire length of the lid of the lid, a through vertical opening is made, into which the second end of the sampling tube seals. Sideways from this opening in the collar towards the inner vessel are made two holes, the first of which is aligned with the opening on the wall in the upper part of the inner vessel for receiving the analyzed water sample, and the second hole in the collar is aligned with the upper gap between the lid and the edge of the inner vessel to provide communication with the gap between the inner vessel and the outer casing. Heating elements are installed on the outer part of the sampling tube and in the gap between the outer body and the inner vessel, the electromagnet of the piston has a cable that is projected onto the ice surface of the reservoir.
EFFECT: improving the quality of the sampled sample.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отбора проб из подледных водоемов для изучения микробиологического и геохимического состава воды.The invention relates to a device for sampling from subglacial reservoirs to study the microbiological and geochemical composition of water.

Устройства такого назначения работают в особых условиях, особенно это касается работ, проводимых в Антарктиде при взятии проб из озер, покрытых толщей льда:Devices of this purpose work in special conditions, especially with regard to the work carried out in Antarctica when taking samples from lakes covered with ice:

- скважина имеет небольшой диаметр (<150 мм) и глубину в несколько километров;- the well has a small diameter (<150 mm) and a depth of several kilometers;

- скважина заполнена буровой жидкостью с температурой на несколько десятков градусов ниже температуры замерзания воды;- the well is filled with drilling fluid with a temperature several tens of degrees below the freezing temperature of water;

- давление в озере достигает нескольких сотен атмосфер;- the pressure in the lake reaches several hundred atmospheres;

- опускание устройства в скважину производится с помощью грузонесущего электрического кабеля.- lowering the device into the well is carried out using a load-bearing electric cable.

К конструкции устройства предъявляются следующие требования:The design requirements are as follows:

- процесс отбора воды должен быть стерильным;- the process of water withdrawal must be sterile;

- попадание буровой жидкости в озеро и в пробу воды должно быть исключено;- ingress of drilling fluid into the lake and into the water sample should be excluded;

- при подъеме пробы воды она не должна превращаться в лед;- when raising a water sample, it should not turn into ice;

- объем пробы воды должен быть более 1 литра.- the volume of the water sample should be more than 1 liter.

Известно устройство по авторскому свидетельству №1488717 "Устройство для отбора жидких проб из ледовых массивов". Устройство предназначено для получения проб из льда для последующих микробиологического анализа и других видов исследований, требующих стерильности процесса отбора проб. Устройство состоит из узлов: отбора пробы, размыва, нагревателей, герметизации, блока управления.A device is known according to copyright certificate No. 1488717 "Device for sampling liquid samples from ice massifs". The device is designed to obtain samples from ice for subsequent microbiological analysis and other types of studies that require sterility of the sampling process. The device consists of nodes: sampling, erosion, heaters, sealing, control unit.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и вероятность загрязнения подледных водоемов посторонней микрофлорой, а также то, что воду для анализа получают в виде проб из льда.The disadvantage of this device is the design complexity and the likelihood of contamination of the under-ice reservoirs by extraneous microflora, as well as the fact that the water for analysis is obtained in the form of samples from ice.

Известно устройство по патенту РФ №2182225 "Термобуровой пробоотборник" для взятия проб льда и воды при бурении скважин в ледниковых покровах, а также асептического вскрытия ледниковых водоемов с последующей надежной изоляцией от выше расположенного ствола скважины, заполненного заливочной жидкостью. [2]A device is known according to the patent of the Russian Federation No. 2182225 "Thermoborer sampler" for sampling ice and water when drilling wells in ice sheets, as well as aseptically opening glacial reservoirs with subsequent reliable isolation from an upstream wellbore filled with drilling fluid. [2]

Корпус пробоотборника представляет собой толстостенную трубу и связан с наземным пультом управления грузонесущим кабелем. Рабочие и контрольные жилы грузонесущего кабеля подключены к электронному блоку управления. Система датчиков и электронный блок обеспечивают необходимый режим и технологию отбора пробы, постоянный контроль за ходом процесса пробоотбора в скважине и возможность оперативного вмешательства оператора с наземного пульта в процессе пробоотбора. После проходки скважины в ледовой толще, для бурения оставшейся части до контакта с поверхностью подледникового озера, на забой скважины опускается термобуровой пробоотборник на грузонесущем кабеле. При бурении нижняя поверхность термоиглы и конусная поверхность тепловой коронки находится в постоянном контакте с ледяным забоем. Когда термоигла дойдет до поверхности озера, среагирует контактный датчик. Далее сигнал поступает на пульт управления и оттуда дается команда на выключение питания коронки и остановку процесса бурения. В тот же момент с помощью показаний специальных датчиков оценивается разность давлений между столбом заливочной жидкости в скважине и воды в озере. В случае, если давление заливочной жидкости меньше или равно давлению воды в озере, подъем воды в ствол скважины на заданную высоту происходит при подъеме пробоотборника. Если давление жидкости в скважине будет выше давления в озере, проводится ряд мероприятий по приведению имеющихся условий к требуемым, при этом процесс приведения контролируется оператором с помощью предусмотренных для этого датчиков. После создания условий превышения давления в озере над давлением в скважине пробоотборник поднимают на определенную высоту, и одновременно поднимается озерная вода в скважину. После чего работы в скважине прекращают на период замерзания поднявшейся в скважину озерной воды. Затем берут пробу льда, образовавшегося из озерной воды, электромеханическим буровым снарядом. Остаток льда не разбуривается, что обеспечивает полную изоляцию ствола скважины от поверхности озера и тем самым устраняется опасность его загрязнения.The body of the sampler is a thick-walled pipe and is connected to the ground control panel of the load-carrying cable. The working and control cores of the load-carrying cable are connected to the electronic control unit. The sensor system and the electronic unit provide the necessary mode and technology for sampling, constant monitoring of the progress of the sampling process in the well, and the possibility of prompt intervention by the operator from the ground console in the sampling process. After a well is drilled in the ice, to drill the remaining part until it contacts the surface of a subglacial lake, a thermal drill sampler on a load-carrying cable is lowered to the bottom of the well. During drilling, the lower surface of the thermal needle and the conical surface of the heat core are in constant contact with the ice face. When the thermal needle reaches the surface of the lake, the contact sensor will react. Then the signal goes to the control panel and from there a command is given to turn off the power of the crown and stop the drilling process. At the same time, using the readings of special sensors, the pressure difference between the column of drilling fluid in the well and the water in the lake is estimated. If the pressure of the filling fluid is less than or equal to the pressure of the water in the lake, the rise of water into the wellbore to a predetermined height occurs when the sampler is raised. If the pressure of the liquid in the well is higher than the pressure in the lake, a series of measures are taken to bring the existing conditions to the required ones, while the adjustment process is controlled by the operator using the sensors provided for this. After creating conditions for the excess of pressure in the lake over the pressure in the well, the sampler is raised to a certain height, and at the same time, lake water rises into the well. After that, work in the well is stopped for the period of freezing of lake water rising into the well. Then, a sample of ice formed from lake water is taken with an electromechanical drill. The remaining ice is not drilled, which ensures complete isolation of the wellbore from the surface of the lake and thereby eliminates the risk of contamination.

Недостатки устройства следующие:The disadvantages of the device are as follows:

1) сложность конструкции пробоотборника, недостаточно проработанная технология отбора пробы, требующая впоследствии применения бурового снаряда для извлечения замерзшей воды в качестве пробы, что загрязняет отбираемую пробу;1) the complexity of the design of the sampler, insufficiently developed sampling technology, which subsequently requires the use of a drill to extract frozen water as a sample, which pollutes the sample;

2) невозможность отбора жидкой пробы воды, тогда как для микробиологических исследований особый интерес представляют пробы воды, не подвергавшиеся замораживанию.2) the impossibility of taking a liquid water sample, while for microbiological studies, water samples that have not been frozen are of particular interest.

В качестве прототипа рассмотрено устройство по патенту РФ №2244913 "Устройство для отбора проб из подледных водоемов" [3].As a prototype, the device according to the patent of the Russian Federation No. 2244913 "Device for sampling from under-ice reservoirs" [3] is considered.

Устройство содержит: цилиндрический корпус, в котором смонтированы нижний и верхний нагреватели, грузонесущий кабель для выполнения спуско-подъемных операций, кабельный замок для крепления устройства на грузонесущем кабеле, блок электроразъемов, блок, содержащий набор параллельно соединенных кассет, в каждой из них находится микробиологический фильтр (например: поликарбонатный фильтр 0,23 мкм), два электромагнитных клапана для изоляции исследуемой пробы от окружающей среды и насос для прокачки исследуемой воды через блок, трубу для выливания отфильтрованной воды в озеро.The device comprises: a cylindrical housing in which the lower and upper heaters are mounted, a load-carrying cable for carrying out tripping operations, a cable lock for mounting the device on a load-carrying cable, an electrical connector block, a unit containing a set of parallel-connected cassettes, each of which has a microbiological filter (for example: a 0.23 micron polycarbonate filter), two solenoid valves for isolating the test sample from the environment and a pump for pumping the test water through the unit, the pipe Bani filtered water into the lake.

Устройство работает следующим образом. После проходки скважины через ледовую толщу и вскрытия скважиной подледного водоема буровой снаряд извлекается из скважины. При этом определенная часть воды поднимается в скважину до выравнивания давлений в водоеме и столба заливаемой жидкости в скважине. Затем через скважину в исследуемый водоем опускается устройство для отбора проб с предварительно простерилизованным блоком фильтров на заданную глубину, посредством грузонесущего кабеля. Так как за время спуско-подъемных операций вода, поднявшаяся в скважину, может намерзнуть на стенках скважины, устройство опускают с включенным нижним нагревателем. На заданной глубине, открываются электромагнитные клапаны, включают насос, обеспечивающий поступление подледниковой воды во внутренний сосуд, который прокачивает исследуемую воду через блок, содержащий набор параллельно соединенных кассет с микробиологическими фильтрами - (узел для приема пробы исследуемой воды),. При этом вода прокачивается через все кассеты этого блока фильтров параллельно, благодаря чему суммарная площадь фильтров при сравнительно небольшом диаметре пробоотборника позволяет значительно увеличить объем исследуемой пробы. Профильтрованная вода через трубу попадает обратно в озеро. По окончании процесса пробоотбора оба электромагнитных клапана закрывают, выключают насос, и устройство извлекают из скважины. При подъеме устройства включают верхний нагреватель, который калибрует скважину в случае намерзания воды, поднявшейся из подледного водоема в нижнюю часть скважины. После извлечения устройства из скважины из него вынимается блок с кассетами вместе с электромагнитными клапанами, находящимися в закрытом положении и передается для исследования специалистам.The device operates as follows. After a well has been drilled through the ice stratum and a borehole has opened a sub-ice reservoir, a drill is removed from the well. At the same time, a certain part of the water rises into the well until the pressure in the reservoir is equal to the column of liquid being poured into the well. Then, a sampling device with a pre-sterilized filter block to a predetermined depth is lowered through a well into the reservoir under investigation by means of a load-carrying cable. Since during the round-trip operations, the water that has risen into the well may freeze on the walls of the well, the device is lowered with the bottom heater turned on. At a given depth, the electromagnetic valves open, turn on the pump, which provides subglacial water to the inner vessel, which pumps the test water through a block containing a set of parallel-connected cassettes with microbiological filters - (unit for receiving a sample of the studied water). At the same time, water is pumped through all the cassettes of this filter unit in parallel, due to which the total area of the filters with a relatively small diameter of the sampler can significantly increase the volume of the test sample. Filtered water through a pipe flows back into the lake. At the end of the sampling process, both electromagnetic valves close, turn off the pump, and the device is removed from the well. When lifting the device include an upper heater, which calibrates the well in case of freezing of the water that has risen from the subglacial reservoir to the lower part of the well. After removing the device from the well, a block with cassettes is removed from it together with electromagnetic valves in the closed position and transferred to specialists for examination.

Недостатки устройства.The disadvantages of the device.

1) Устройство не обеспечивает качественный отбор пробы. Это связано с наличием открытой полости перед впускным клапаном, которая при опускании устройства через скважину будет наполняться содержащейся в скважине буровой жидкостью. При открытии клапана и включении насоса порция буровой жидкости из полости поступит на стерильные фильтры и загрязнит их.1) The device does not provide high-quality sampling. This is due to the presence of an open cavity in front of the inlet valve, which, when lowering the device through the well, will be filled with the drilling fluid contained in the well. When the valve is opened and the pump is turned on, a portion of the drilling fluid from the cavity will enter sterile filters and contaminate them.

2) Порция буровой жидкости, содержащаяся в полости перед входным клапаном проходит через устройство и через насос и выпускной клапан поступает в озеро, что приведет к загрязнению подледного водоема.2) A portion of the drilling fluid contained in the cavity in front of the inlet valve passes through the device and enters the lake through the pump and the outlet valve, which will lead to pollution of the under-ice reservoir.

3) Не предусмотрена очистка наружного корпуса устройства от следов буровой жидкости после прохождения устройством скважины, заполненной буровой жидкостью. Буровая жидкость с наружных стенок корпуса поступит в озеро, что приведет к загрязнению подледного водоема.3) It is not intended to clean the outer casing of the device from traces of drilling fluid after the device has passed a well filled with drilling fluid. Drilling fluid from the outer walls of the body will enter the lake, which will lead to pollution of the ice reservoir.

4) Наличие активных механических устройств: насоса и клапанов, снижает надежность устройства в условиях высокого давления в подледных водоемах.4) The presence of active mechanical devices: a pump and valves, reduces the reliability of the device under high pressure in subglacial water bodies.

Техническим эффектом заявляемого изобретения является обеспечение более качественного и экологически чистого отбора пробы воды из подледного водоема и доставку пробы на поверхность в жидком состоянии при отсутствии в конструкции электромеханических устройств и перепадов давлений на стенках устройства.The technical effect of the claimed invention is to provide better and environmentally friendly sampling of water from an ice body of water and to deliver a sample to the surface in a liquid state in the absence of electromechanical devices and pressure drops on the walls of the device.

Технический эффект достигается за счет того, что в устройстве для отбора проб воды из подледных водоемов, включающем наружный корпус, расположенный внутри него внутренний сосуд для отбора пробы исследуемой воды, нагреватели, отверстия в наружном корпусе и внутреннем сосуде, причем верх наружного корпуса имеет средства для закрепления подъемного механизма, а отверстие в дне наружного корпуса предназначено для забора анализируемой воды, новым является то, что наружный корпус и внутренний сосуд установлены с некоторым зазором, а внутри сосуда для отбора пробы воды установлен поршень с электромагнитом, и на боковой поверхности в верхней части внутреннего сосуда выполнено отверстие для поступления анализируемой пробы воды внутрь сосуда, в дне внутреннего сосуда выполнено другое отверстие, предназначенное для слива воды в наружный корпус, причем внутренний сосуд снабжен крышкой с буртиком, герметично охватывающим наружную часть внутреннего сосуда, и крышка с буртиком установлена на внутреннем сосуде с образованием зазора вверху, а в зазоре между наружным корпусом и внутренним сосудом расположена трубка, которая является пробоотборной, один конец которой выведен с обеспечением герметичности наружу через отверстие в дне наружного корпусе, причем верхняя часть крышки внутреннего сосуда имеет два сквозных отверстия с заглушками, а внутри буртика крышки по всей его высоте выполнено сквозное вертикальное отверстие, в которое герметично входит второй конец пробоотборной трубки, и вбок от этого отверстия в буртике по направлению к внутреннему сосуду выполнено два отверстия, первое из которых совмещено с отверстием на стенке в верхней части внутреннего сосуда для поступления анализируемой пробы воды, а второе отверстие в буртике совмещено с верхним зазором между крышкой и краем внутреннего сосуда для обеспечением сообщения с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом, и нагревательные элементы установлены на наружной части пробоотборной трубки и в зазоре между наружным корпусом и внутренним сосудом, электромагнит поршня имеет кабель, выведенный на поверхность льда водоема.The technical effect is achieved due to the fact that in the device for sampling water from under-ice reservoirs, including an outer casing, an inner vessel for sampling the test water located inside it, heaters, holes in the outer casing and the inner vessel, the top of the outer casing having means for fixing the lifting mechanism, and the hole in the bottom of the outer casing is designed to take the analyzed water, the new is that the outer casing and the inner vessel are installed with some clearance, and inside a piston with an electromagnet is installed for sampling water, and a hole is made on the side surface in the upper part of the inner vessel for the analyzed water to enter the vessel; another hole is made in the bottom of the inner vessel for draining water into the outer case, the inner vessel having a lid with a collar hermetically covering the outer part of the inner vessel, and a lid with the collar mounted on the inner vessel with the formation of a gap at the top, and in the gap between the outer case and the inside the tube contains a sampling tube, one end of which is brought out to ensure tightness through the hole in the bottom of the outer case, the upper part of the lid of the inner vessel has two through holes with plugs, and a through vertical hole is made inside the flange of the cover along its entire height, into which the second end of the sampling tube is sealed, and two holes are made laterally from this hole in the collar towards the inner vessel, the first of which is aligned with the hole a wall on the wall in the upper part of the inner vessel for the arrival of the analyzed water sample, and the second hole in the shoulder is aligned with the upper gap between the lid and the edge of the inner vessel to ensure communication with the gap between the inner vessel and the outer case, and heating elements are installed on the outer part of the sampling tube and in the gap between the outer casing and the inner vessel, the piston electromagnet has a cable brought to the ice surface of the reservoir.

В устройстве для отбора проб воды из подледных водоемов между наружным корпусом и внутренним сосудом предусмотрена теплоизоляция.Thermal insulation is provided in the device for sampling water from under-ice reservoirs between the outer casing and the inner vessel.

В устройстве для отбора проб воды из подледных водоемов одно из отверстий в верхней части крышки внутреннего сосуда обеспечивает подачу сверхчистого газа, например, аргона внутрь сосуда, а другое отверстие в верхней части крышки внутреннего сосуда обеспечивает стерильное удаление отобранной исследуемой пробы воды из внутреннего сосуда наружу.In the device for sampling water from under-ice reservoirs, one of the openings in the upper part of the lid of the inner vessel provides ultra-pure gas, for example, argon, to the inside of the vessel, and the other hole in the upper part of the lid of the internal vessel provides sterile removal of the selected test water sample from the internal vessel to the outside.

На фиг. 1 - вид устройства перед забором пробы воды из озера (поршень вверху).In FIG. 1 is a view of the device before sampling water from a lake (piston at the top).

На фиг. 2 - вид устройства после забора пробы воды из озера (поршень внизу).In FIG. 2 is a view of the device after taking a water sample from the lake (piston below).

На фиг. 3 - вид устройства в момент удаления отобранной пробы из внутреннего сосуда (поршень внизу).In FIG. 3 is a view of the device at the time of removal of the sampled sample from the inner vessel (piston below).

Устройство содержит: 1 - внутренний сосуд для отбора пробы воды; 2 - крышка на внутреннем сосуде, 2-а - буртик на крышке (крышка с буртиком герметично охватывет наружную часть внутреннего сосуда и установлена на внутреннем сосуде с обеспечением зазора вверху); 3 - отверстие с заглушкой на крышке для удаления пробы исследуемой воды из внутреннего сосуда (1); 4 - отверстие с заглушкой на крышке (2) для подачи газа во внутренний сосуд; 5 - магнит во внутреннем сосуде; 6 - поршень, установленный внутри внутреннего сосуда; 7 - отверстие в дне внутреннего сосуда; 8 - отверстие в верхней боковой части внутреннего сосуда; 9 - наружный корпус, наружный корпус и внутренний сосуд установлены с некоторым зазором; 10 - отверстие в дне наружного корпуса; 11 - пробоотборная трубка, расположенная в зазоре между наружным корпусом (9) и внутренним сосудом (1); 12 - второе боковое отверстие в буртике между крышкой (2) и краем внутреннего сосуда (1) для обеспечения связи с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом; 13 - первое боковое отверстие в буртике (2,а), совпадающее с боковым отверстием (8) на стенке внутреннего сосуде; 14 - температурный датчик; 15 - нагревательный элемент; 16 - наружный нагревательный элемент на конце пробоотборной трубки (11), проходящей через отверстие (10) в дне наружного корпуса (9); 17 - теплоизоляция.The device contains: 1 - an internal vessel for sampling water; 2 - the lid on the inner vessel, 2-a - the flange on the lid (the lid with the shoulder tightly covers the outer part of the inner vessel and is installed on the inner vessel with a clearance above); 3 - a hole with a cap on the lid to remove samples of the investigated water from the inner vessel (1); 4 - a hole with a plug on the lid (2) for supplying gas to the inner vessel; 5 - a magnet in the inner vessel; 6 - a piston mounted inside the inner vessel; 7 - hole in the bottom of the inner vessel; 8 - hole in the upper lateral part of the inner vessel; 9 - the outer casing, the outer casing and the inner vessel are installed with some clearance; 10 - hole in the bottom of the outer casing; 11 - a sampling tube located in the gap between the outer casing (9) and the inner vessel (1); 12 - the second side hole in the flange between the lid (2) and the edge of the inner vessel (1) to provide communication with the gap between the inner vessel and the outer case; 13 - the first side hole in the shoulder (2, a), coinciding with the side hole (8) on the wall of the inner vessel; 14 - temperature sensor; 15 - heating element; 16 - an external heating element at the end of a sampling tube (11) passing through an opening (10) in the bottom of the outer casing (9); 17 - thermal insulation.

Состояние устройства перед погружением в скважину представлено на фиг. 1. Предварительно все устройство (наружный корпус 9 и внутренний сосуд 1) проходит стерильную подготовку. Поршень 6 удерживается постоянным магнитом 5 в верхнем положении. Внутренний сосуд 1 и наружный корпус 9 наполняются сверхчистой водой. Вода через отверстие 4 поступает в боковое отверстие 12 в буртике (2,а) между крышкой (2) и краем внутреннего сосуда (1), необходимым для обеспечения сообщения с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом, откуда через отверстия 13 (в буртике) и 8 (внутренний сосуд) заливается во внутренний сосуд 1 и через отверстие 7 (в дне внутреннего сосуда) заполняет наружный корпус 9. При этом в процессе заполнения водой наружный конец пробоотборной трубки 11 закрыт.После заполнения водой на конце трубки 11 в месте расположения нагревателя 16 намораживается ледяная пробка для того, чтобы конец пробоотборной трубки во время погружения в скважину с буровой жидкостью был закрыт и оставался чистым. Расположение ледяной пробки на нагревателе 16 обеспечивает ее надежное удержание. Отверстие 4 в крышке закрывается пробкой. Наружный корпус 9 прикручивается к буровой трубе с несущим кабелем. Токопроводящие жилы несущего кабеля соединяются с проводами электрических нагревателей 15, 16 температурного датчика 14 и проводами магнита 5. После этого устройство готово к погружению в скважину.The state of the device before diving into the well is shown in FIG. 1. Previously, the entire device (outer case 9 and inner vessel 1) undergoes sterile preparation. The piston 6 is held by the permanent magnet 5 in the upper position. The inner vessel 1 and the outer casing 9 are filled with ultrapure water. Water through the hole 4 enters the side hole 12 in the shoulder (2, a) between the lid (2) and the edge of the inner vessel (1), which is necessary to ensure communication with the gap between the inner vessel and the outer casing, from where it goes through the holes 13 (in the shoulder) and 8 (the inner vessel) is poured into the inner vessel 1 and through the hole 7 (at the bottom of the inner vessel) it fills the outer case 9. At the same time, the outer end of the sampling tube 11 is closed during filling with water. After filling with water at the end of the tube 11 at the location of the heater 16 freezing Xia ice plug to the end of the sampling tube during the immersion was closed and remained clean the wellbore with the drilling fluid. The location of the ice plug on the heater 16 ensures its reliable retention. The hole 4 in the lid is closed with a stopper. The outer casing 9 is screwed to a drill pipe with a carrier cable. The conductive wires of the carrier cable are connected to the wires of the electric heaters 15, 16 of the temperature sensor 14 and the wires of the magnet 5. After that, the device is ready for immersion in the well.

Устройство предназначено для отбора пробы подледной воды, которая поступает из озера в нижнюю часть пробуренной скважины. Устройство не опускается в подледное озеро для отбора пробы воды, что обеспечивает сохранение экологической чистота водоема.The device is intended for sampling ice water, which comes from the lake to the lower part of the drilled well. The device does not descend into the ice lake for sampling water, which ensures the preservation of the ecological purity of the reservoir.

Для предотвращения замерзания воды в устройстве во время погружения в скважину при прохождения им холодной буровой жидкости с температурой значительно ниже температуры затвердевания воды внутри наружного сосуда 9 располагается теплоизоляция 17. Температура воды в устройстве в процессе опускания контролируется температурным датчиком 14, и по его сигналу производится включение и выключение нагревателя 15.To prevent freezing of water in the device during immersion in the well when it passes cold drilling fluid with a temperature well below the solidification temperature of the water inside the outer vessel 9, thermal insulation 17 is located. The water temperature in the device during lowering is controlled by the temperature sensor 14, and its signal is turned on and turn off the heater 15.

После доставки устройства в нижнюю часть скважины, которая заполнена водой из озера включается нагреватель 16 и производится плавление пробки на конце пробоотборной трубки 11. После расплавления пробки кратковременно подается напряжение на магнит 5, и поршень 6 собственным весом начинает опускаться внутри сосуда 1, выталкивая из него сверхчистую воду через отверстие 7 в дне сосуда 1 в наружный корпус 9 и всасывая озерную воду через пробоотборную трубку 11 через отверстия 8, 13 и 12 во внутренний сосуд 1. По достижении дна внутреннего сосуда 1 поршень 6 закрывает отверстие 7 на дне внутреннего сосуда, и процесс забора воды завершается. Пробоотборник готов к подъему. Состояние пробоотборника после забора пробы воды во внутренний сосуд представлено на фиг. 2. При нахождении устройства в скважине на элементах конструкции отсутствуют перепады давления, что снижает вес конструкции и позволяет опускать устройство на несущем кабеле на большие глубины - несколько километров.After the device is delivered to the bottom of the well, which is filled with water from the lake, the heater 16 is turned on and the plug is melted at the end of the sampling tube 11. After the plug is melted, the magnet 5 is briefly energized, and the piston 6 with its own weight begins to sink inside the vessel 1, pushing it out of it ultrapure water through the hole 7 in the bottom of the vessel 1 into the outer casing 9 and sucking lake water through the sampling tube 11 through the holes 8, 13 and 12 into the inner vessel 1. Upon reaching the bottom of the inner vessel 1 Porsche 6 closes the hole 7 at the bottom of the inner vessel, and the process of water intake is completed. The sampler is ready to rise. The state of the sampler after taking a water sample into the inner vessel is shown in FIG. 2. When the device is in the well on the structural elements there are no pressure drops, which reduces the weight of the structure and allows you to lower the device on the carrier cable to great depths - several kilometers.

Температура воды в устройстве в процессе подъема контролируется температурным датчиком 14, и по его сигналу производится включение и выключение нагревателя 15, т.е. вода не замораживается. Нагреватели 15 и 16 включены постоянно до момента извлечения пробоотборника из скважины. После извлечения пробоотборника из скважины производится отключение электрических проводов пробоотборника от жил несущего кабеля, отсоединение наружного корпуса 9 от буровой трубы с несущим кабелем. Пробоотборник переносится в чистое помещение для извлечения пробы озерной воды.The temperature of the water in the device during the ascent is controlled by the temperature sensor 14, and by its signal the heater 15 is turned on and off, i.e. water does not freeze. Heaters 15 and 16 are turned on continuously until the sampler is removed from the well. After removing the sampler from the well, the electrical wires of the sampler are disconnected from the veins of the carrier cable, and the outer casing 9 is disconnected from the drill pipe with the carrier cable. The sampler is transferred to a clean room to extract lake water samples.

Работа устройства при удалении из него пробы воды представлено на фиг. 3.The operation of the device when removing water samples from it is shown in FIG. 3.

Пробоотборная трубка 11 закрывается заглушкой 20. Из отверстия 3 удаляется заглушка и в него до поршня 6 погружается переливная трубка 18. Трубка 18 гибким шлангом соединяется со стерильной емкостью для отбираемой пробы воды. Из отверстия 4 удаляется заглушка и в него вставляется трубка подачи газа 19. Сверхчистый газ аргон подается из баллона через редуктор в трубку 19 и выдавливает воду из внутреннего сосуда 1 через переливную трубку 18 в стерильную емкость для воды. После завершения удаления озерной воды из внутреннего сосуда 1, трубки 18 и 19 удаляются, а отверстия 3 и 4 закрываются пробками.The sampling tube 11 is closed by a plug 20. A plug is removed from the hole 3 and the overflow tube 18 is immersed in it up to the piston 6. The tube 18 is connected with a flexible hose to a sterile container for the sampled water. A plug is removed from the hole 4 and a gas supply tube 19 is inserted into it. Ultrapure gas argon is supplied from the cylinder through the reducer to the tube 19 and squeezes water from the inner vessel 1 through the overflow tube 18 into a sterile water tank. After completion of the removal of lake water from the inner vessel 1, the tubes 18 and 19 are removed, and the holes 3 and 4 are closed with plugs.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает более качественный отбор воды поскольку в момент отбора пробы исключено попадание буровой жидкости с наружных стенок устройства в пробоотборный сосуд. Устройство не опускается в подледное озеро для отбора пробы воды, а отбирается из нижней части скважины, которая заполнена водой из озера, что обеспечивает сохранение экологической чистоты водоема.Thus, the inventive device provides better water sampling since at the time of sampling excluded the ingress of drilling fluid from the outer walls of the device into the sampling vessel. The device does not descend into the ice-covered lake for sampling water, but is taken from the bottom of the well, which is filled with water from the lake, which ensures the preservation of the ecological purity of the reservoir.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство №1488717 "Устройство для отбора жидких проб из ледовых массивов". МПК G01N 1/10, опубл. БИ №23, 1989.1. Copyright certificate No. 1488717 "Device for sampling liquid samples from ice massifs". IPC G01N 1/10, publ. BI No. 23, 1989.

2. Патент РФ №2182225 «Термобуровой пробоотборник». МПК G01N 1/02, опубл. 10.05.2002.2. RF patent No. 2182225 "Thermoborer sampler". IPC G01N 1/02, publ. 05/10/2002.

3. Патент РФ №2244913. «Устройство для отбора проб из подледных водоемов». МПК G01N 1/10, G01N 1/02, опубл. 20.01.2005. – прототип.3. RF patent No. 2244913. "A device for sampling from under-ice reservoirs." IPC G01N 1/10, G01N 1/02, publ. 01/20/2005. - prototype.

Claims (4)

1. Устройство для отбора проб воды из подледных водоемов, включающее наружный корпус, расположенный внутри него с обеспечением герметичности внутренний сосуд для отбора пробы исследуемой воды, нагреватели, отверстия в наружном корпусе и внутреннем сосуде, причем верх наружного корпуса имеет средства для закрепления подъемного механизма, а отверстие в дне наружного корпуса предназначено для забора анализируемой воды, отличающееся тем, что наружный корпус и внутренний сосуд для отбора пробы воды установлены с некоторым зазором, а внутри сосуда для отбора пробы воды установлен поршень с электромагнитом, и на боковой поверхности в верхней части внутреннего сосуда выполнено отверстие для поступления анализируемой пробы воды внутрь сосуда, в дне внутреннего сосуда выполнено другое отверстие, предназначенное для слива воды в наружный корпус, причем внутренний сосуд снабжен крышкой с буртиком, герметично охватывающим наружную часть внутреннего сосуда, и крышка с буртиком установлена на внутреннем корпусе с верхним зазором, а в зазоре между наружным корпусом и внутренним сосудом расположена трубка, которая является пробоотборной, один конец которой выведен с обеспечением герметичности наружу через отверстие в дне наружного корпусе, причем верхняя часть крышки внутреннего сосуда имеет два сквозных отверстия с заглушками, а внутри буртика крышки по всей его высоте выполнено сквозное вертикальное отверстие, в которое герметично входит второй конец пробоотборной трубки, и вбок от этого отверстия в буртике по направлению к внутреннему сосуду выполнены два отверстия, первое из которых совмещено с отверстием в верхней части внутреннего сосуда для поступления анализируемой пробы воды, а второе отверстие в буртике совмещено с верхним зазором между крышкой и краем внутреннего сосуда для обеспечением сообщения с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом, и нагревательные элементы установлены на 1. A device for sampling water from under-ice reservoirs, including an outer casing located inside it to ensure tightness of the inner vessel for sampling the test water, heaters, holes in the outer casing and the inner vessel, the top of the outer casing having means for securing the lifting mechanism, and the hole in the bottom of the outer casing is intended for sampling the analyzed water, characterized in that the outer casing and the inner vessel for sampling water are installed with some clearance, and inside a piston with an electromagnet is mounted on the vessel for sampling water, and a hole is made on the side surface in the upper part of the inner vessel for the analyzed water to enter the vessel, another hole is made in the bottom of the inner vessel for draining the water into the outer case, the inner vessel having a lid with a collar hermetically covering the outer part of the inner vessel, and a lid with a collar mounted on the inner casing with an upper gap, and in the gap between the outer casing and the inner a tube is located at the oud, which is a sampling tube, one end of which is brought out to ensure tightness through a hole in the bottom of the outer case, the upper part of the lid of the inner vessel has two through holes with plugs, and a through vertical hole is made inside the flange of the cover along its entire height, which tightly enters the second end of the sampling tube, and two holes are made laterally from this hole in the collar towards the inner vessel, the first of which is aligned with the hole in the upper part of the inner vessel for entering the analyzed water sample, and the second hole in the shoulder is aligned with the upper gap between the lid and the edge of the inner vessel to provide communication with the gap between the inner vessel and the outer casing, and the heating elements are mounted on наружной части пробоотборной трубки и в зазоре между наружным корпусом и внутренним сосудом, электромагнит поршня и нагревательные элементы имеют провода, выведенные на поверхность льда водоема.the outer part of the sampling tube and in the gap between the outer case and the inner vessel, the piston electromagnet and heating elements have wires brought to the ice surface of the reservoir. 2. Устройство для отбора проб воды из подледных водоемов по п. 1, отличающееся тем, что между наружным корпусом и внутренним сосудом предусмотрена теплоизоляция.2. A device for sampling water from under-ice reservoirs according to claim 1, characterized in that heat insulation is provided between the outer casing and the inner vessel. 3. Устройство для отбора проб воды из подледных водоемов по п. 1, отличающееся тем, что одно из отверстий в верхней части крышки внутреннего сосуда обеспечивает подачу сверхчистого газа, например аргона, внутрь сосуда, а другое отверстие в верхней части крышки внутреннего сосуда обеспечивает стерильное удаление отобранной исследуемой пробы воды из внутреннего сосуда наружу.3. A device for sampling water from under-ice reservoirs according to claim 1, characterized in that one of the holes in the upper part of the lid of the inner vessel provides ultra-pure gas, such as argon, to the inside of the vessel, and the other hole in the upper part of the lid of the inner vessel provides sterile removal of the selected test water sample from the inner vessel to the outside.
RU2016137236A 2016-09-16 2016-09-16 Device for sampling water from subglacial water bodies RU2645539C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137236A RU2645539C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 Device for sampling water from subglacial water bodies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137236A RU2645539C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 Device for sampling water from subglacial water bodies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645539C1 true RU2645539C1 (en) 2018-02-21

Family

ID=61258925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016137236A RU2645539C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 Device for sampling water from subglacial water bodies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645539C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111537276A (en) * 2020-04-01 2020-08-14 安徽金联地矿科技有限公司 A quality of water sampling device for environmental protection detects
RU2747235C1 (en) * 2019-07-23 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Sub-ice water sampling device
WO2021093436A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-20 吉林大学 Built-in bionic winch for sampling and detection of antarctic subglacial lakes
RU2758051C1 (en) * 2021-04-09 2021-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» Method for penetration into a subglacial reservoir with the selection of sterile samples and a device for its implementation
RU215436U1 (en) * 2022-05-30 2022-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ) Device for sampling water from under-ice reservoirs

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU838498A1 (en) * 1979-09-05 1981-06-15 Центральное Конструкторское Бюрогидрометеорологического Приборострое-Ния Госкомитета Cccp По Гидрометео-Рологии И Контролю Природной Среды Water sampling device
SU1518703A1 (en) * 1987-10-19 1989-10-30 Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР Apparatus for taking samples of water
SU1681178A1 (en) * 1989-09-13 1991-09-30 Тбилисское Отделение Всесоюзного Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им.С.Я.Жука Device for sampling ice, water and bottom sediments
US6658876B1 (en) * 2002-03-11 2003-12-09 Michael J. Richardson Method and apparatus for collecting and chilling wastewater and like fluid samples
RU2244913C1 (en) * 2003-07-16 2005-01-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Device for sampling under-ice reservoirs

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU838498A1 (en) * 1979-09-05 1981-06-15 Центральное Конструкторское Бюрогидрометеорологического Приборострое-Ния Госкомитета Cccp По Гидрометео-Рологии И Контролю Природной Среды Water sampling device
SU1518703A1 (en) * 1987-10-19 1989-10-30 Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР Apparatus for taking samples of water
SU1681178A1 (en) * 1989-09-13 1991-09-30 Тбилисское Отделение Всесоюзного Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им.С.Я.Жука Device for sampling ice, water and bottom sediments
US6658876B1 (en) * 2002-03-11 2003-12-09 Michael J. Richardson Method and apparatus for collecting and chilling wastewater and like fluid samples
RU2244913C1 (en) * 2003-07-16 2005-01-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет) Device for sampling under-ice reservoirs

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747235C1 (en) * 2019-07-23 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Sub-ice water sampling device
WO2021093436A1 (en) * 2019-11-12 2021-05-20 吉林大学 Built-in bionic winch for sampling and detection of antarctic subglacial lakes
CN111537276A (en) * 2020-04-01 2020-08-14 安徽金联地矿科技有限公司 A quality of water sampling device for environmental protection detects
RU2758051C1 (en) * 2021-04-09 2021-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» Method for penetration into a subglacial reservoir with the selection of sterile samples and a device for its implementation
RU215436U1 (en) * 2022-05-30 2022-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ) Device for sampling water from under-ice reservoirs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2645539C1 (en) Device for sampling water from subglacial water bodies
CA2476396C (en) Pressure controlled fluid sampling apparatus and method
US6840121B2 (en) Self-powered fluid sampler
US7363972B2 (en) Method and apparatus for well testing
US5901788A (en) Well fluid sampling tool and well fluid sampling method
US9284838B2 (en) Apparatus and method for obtaining formation fluid samples utilizing independently controlled devices on a common hydraulic line
CN205844014U (en) A kind of drilling fluid online quantitative collection transmitting device
JP6684426B2 (en) Water quality analyzer and water quality analysis method
WO2020034360A1 (en) Constant-temperature and constant-pressure core preservation chamber
CN108827685A (en) Sampling equipment is detected to the water conservancy lake of water sample, soil sample automation sampling
CN112285328A (en) Water rock experimental device for simulating formation process of mineral water in cold region
CN112858022A (en) Device and method for measuring fracture toughness of high-temperature rock by using hydraulic fracturing method
CN109555493B (en) Fidelity coring device
WO1996012088A1 (en) Well fluid sampling tool and well fluid sampling method
RU2282842C1 (en) Device for sample taking from water pools covered with ice
RU215436U1 (en) Device for sampling water from under-ice reservoirs
RU2244913C1 (en) Device for sampling under-ice reservoirs
CN112525797A (en) Soil body horizontal permeability coefficient testing device
JP5208606B2 (en) Tracer test method
RU2758051C1 (en) Method for penetration into a subglacial reservoir with the selection of sterile samples and a device for its implementation
CN112268920B (en) In-situ measurement of CO at reservoir temperature and pressure using MRI2Apparatus and method for convective mixing of brine
CN110501273B (en) Device and method for researching penetration rule of drilling and completion fluid along well periphery stratum
CN211785237U (en) Combined water injection huff and puff experimental device for nuclear magnetic resonance
CN204731130U (en) Rock-fluid reaction in-situ observation the device of controlled temperature and pressure
CN208013024U (en) Solute molecule diffusion coefficients experimental provision based on layering porous media

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20210812