RU2698552C1 - Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation - Google Patents

Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2698552C1
RU2698552C1 RU2018143918A RU2018143918A RU2698552C1 RU 2698552 C1 RU2698552 C1 RU 2698552C1 RU 2018143918 A RU2018143918 A RU 2018143918A RU 2018143918 A RU2018143918 A RU 2018143918A RU 2698552 C1 RU2698552 C1 RU 2698552C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
methane
flow
reservoir
gas
Prior art date
Application number
RU2018143918A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Исаакович Юсупов
Александр Сергеевич Саломатин
Денис Вячеславович Черных
Наталья Евгеньевна Шахова
Денис Алексеевич Космач
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2018143918A priority Critical patent/RU2698552C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2698552C1 publication Critical patent/RU2698552C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L5/00Gas handling apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to means of estimating flow of methane into atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from upper layer of sedimentary rocks at the bottom of water reservoir. Essence: sample of sedimentary rock is taken and placed on bottom of closed vertical reservoir. Reservoir is filled over the sample of the sedimentary rock with water from the analysed water body to the height of not less than ten meters. Preset flow of methane from nozzle inserted through bottom into reservoir is passed through sample of sedimentary rock. Water bubbles coming out of water are separated from water and drops splashes. Flow of gas leaving water is collected and measured. Images of the emerging bubbles near the water surface are recorded. Recording of images of emerging bubbles near water surface is synchronized with measurements of gas flow and composition. Device for method implementation contains gas cylinder (1) with methane equipped with regulator (2) connected to controller (3) of methane flow. Controller (3) of methane flow through valve (4) is connected to nozzle (5) passing through the bottom inside closed vertical tank (6). Vertical tank (6) is made with height of more than ten meters. Lower part of reservoir (6) is intended for arrangement of sample (7) of sedimentary rock, on top of which water (8) is filled. Inside the upper part of tank (6) there is a conical funnel shaped as inverted funnel (9), the tube of which is brought out from above. Outside tank (6) there is a gas flow meter (11) and a digital video camera (13), to accommodate the lens in the side wall of tank (6) below funnel (9) there is a window. Funnel tube (9) through separator (10) is connected to gas flow meter (11), which is connected to chromatograph (12), wherein control and registration unit (14) is connected to methane flow controller (3), to meter (11) flow of gas, to chromatograph (12) and to digital video camera (13).EFFECT: high accuracy of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by bubbles emerging in the water and emerging from the upper layer of sedimentary rocks.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к геофизике, а именно к средствам для оценки потока газа и могут быть использованы для оценки потока метана, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема в атмосферу, например, для моделирования поступления тепличного газа метана из океана в атмосферу.The invention relates to geophysics, and in particular, to means for estimating the gas flow and can be used to estimate the methane flow carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir into the atmosphere, for example, to simulate the flow of greenhouse methane gas from the ocean to the atmosphere .

Известен способ оценки потока метана, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками [RU 150012 U1, МПК G01S 15/02 (2006.01), опубл. 27.01.2015], который включает предварительную калибровку судового эхолота, заключающуюся в том, что из опущенного на дно водоема сопла выпускают заданный поток пузырьков газа, а с помощью эхолота определяют уровень сигнала обратного рассеяния звука от всплывающих пузырьков. Изменяя поток газа, получают калибровочную кривую, связывающую уровень сигнала эхолота с потоком газа у дна водоема. С помощью калибровочной кривой по уровню сигнала эхолота определяют поток метана у дна в естественных условиях.A known method for evaluating the flow of methane carried by bubbles emerging in water [RU 150012 U1, IPC G01S 15/02 (2006.01), publ. 01/27/2015], which includes a preliminary calibration of a marine echo sounder, consisting in the fact that a predetermined stream of gas bubbles is released from a nozzle lowered to the bottom of the reservoir, and the level of the backscattered sound signal from the pop-up bubbles is determined using the echo sounder. By changing the gas flow, a calibration curve is obtained that relates the level of the echo sounder signal to the gas flow at the bottom of the reservoir. Using a calibration curve, the methane flow at the bottom in vivo is determined from the echo sounder signal level.

Для осуществления этого способа предназначено устройство для оценки потока метана, переносимого всплывающими в водоемах пузырьками [RU 150012 U1, МПК G01S 15/02 (2006.01), опубл. 27.01.2015], содержащее эхолот, связанный с блоком согласования, к которому последовательно подключены система цифровой регистрации, блок управления и регистрации, который соединен с GPS/ГЛОНАСС, приемником и эхолотом. Генератор пузырьков состоит из последовательно соединенных баллона с газом, системы подачи газа и сопла, опускаемого в водоем. Система подачи газа соединена с блоком управления и регистрации.To implement this method, a device for evaluating the flow of methane carried by bubbles emerging in water [RU 150012 U1, IPC G01S 15/02 (2006.01), publ. 01/27/2015], containing an echo sounder associated with the matching unit, to which a digital registration system, a control and registration unit that is connected to GPS / GLONASS, a receiver and an echo sounder are connected in series. The bubble generator consists of a series-connected cylinder with gas, a gas supply system and a nozzle lowered into the reservoir. The gas supply system is connected to the control and registration unit.

С помощью известных способа и устройства, зная поток метана у дна, нельзя определить поток метана, поступающий от всплывающих пузырьков в атмосферу, что очень важно для моделирования поступления тепличного газа метана из океана в атмосферу. Это связано с тем, что при всплытии пузырька часть метана за счет диффузии переходит из пузырька в воду, а в пузырек из воды поступают азот и кислород. Поток метана в атмосферу оценивают по потоку метана у дна, используя программы, позволяющие рассчитать содержание метана в всплывающем пузырьке, например, программу для расчета газового содержания всплывающего пузырька [SiBu-GUI (Greinert J., McGinnis D.F. Single bubble dissolution model: the graphical user interface SiBu-GUI // Environ Model Software. 2009. Vol. 24. - P. 1012-1013]. Экспериментальная проверка такой возможности с искусственно созданными пузырьками, выполненная на мелководном шельфе в море Лаптевых с поверхности припайного льда, показала допустимое совпадение экспериментально определенных концентраций в пузырьках метана у поверхности воды с расчетными значениями [Черных, Д., Саломатин, А., Юсупов, В., и др. Количественная акустическая оценка потоков метана с припайного льда на мелководном Восточно-Сибирском шельфе // Вестник ДВО РАН, 2013. №6. - С. 128-133]. Однако, при переходе от искусственно созданных пузырьков к естественным возникает значительная ошибка в оценке потока метана в атмосферу. Это связано с тем, что поток метана из всплывающего пузырька в воду зависит от характеристик верхнего осадочного слоя дна, из которого пузырьки выходят в водоем. Пузырьки, проходящие через верхний осадочный слой водоемов в воду, переносят на своей поверхности частички вещества осадочного слоя, химический состав и количество которых зависит от физических и химических характеристик веществ, содержащихся в верхнем осадочном слое. Наличие таких веществ на поверхности пузырька, значительно влияет на скорость всплытия и поток метана из пузырьков в воду.Using the known method and device, knowing the methane flow at the bottom, it is impossible to determine the methane flow coming from pop-up bubbles into the atmosphere, which is very important for modeling the flow of greenhouse methane gas from the ocean to the atmosphere. This is due to the fact that, when a bubble emerges, part of the methane due to diffusion passes from the bubble into water, and nitrogen and oxygen enter the bubble from the water. The methane flow to the atmosphere is estimated from the methane flow at the bottom using programs that calculate the methane content of a pop-up bubble, for example, a program for calculating the gas content of a pop-up bubble [SiBu-GUI (Greinert J., McGinnis DF Single bubble dissolution model: the graphical user interface SiBu-GUI // Environ Model Software. 2009. Vol. 24. - P. 1012-1013]. An experimental verification of this possibility with artificially created bubbles, carried out on a shallow shelf in the Laptev Sea from the surface of fast ice, showed an acceptable coincidence of experimentally determinedof concentrations in methane bubbles near the water surface with calculated values [Chernykh, D., Salomatin, A., Yusupov, V., et al. Quantitative acoustic estimation of methane flows from landfast ice on shallow East Siberian shelf // Vestnik FEB RAS, 2013 No. 6. - P. 128-133]. However, in the transition from artificially created bubbles to natural bubbles, a significant error arises in estimating the flow of methane into the atmosphere. This is due to the fact that the flow of methane from the pop-up bubble into the water depends on the characteristics of the upper sedimentary layer of the bottom, from which the bubbles exit into the reservoir. Bubbles passing through the upper sedimentary layer of reservoirs into water transfer particles of sedimentary layer material on their surface, the chemical composition and quantity of which depends on the physical and chemical characteristics of the substances contained in the upper sedimentary layer. The presence of such substances on the surface of the bubble significantly affects the ascent rate and the flow of methane from the bubbles into the water.

Известны способ и устройство для его осуществления, выбранные в качестве прототипа, с помощью которых определяют поток метана, переносимого пузырьками, вблизи границы вода/воздух в том случае, когда газ поступает в воду через слой осадков [Yuan Q., Valsaraj К. Т., Reible D. D., Willson С.S. A laboratory study of sediment and contaminant release during gas ebullition // Journal of the Air & Waste Management Association. 2007. V. 57. N. 9. - P. 1103-1111]. Способ заключается в том, что из сопла в нижнюю часть вертикального резервуара высотой порядка одного метра выпускают заданный поток пузырьков газа через образец осадочной породы на его дне, измеряют поток метана, выходящий из воды, наполняющей остальную часть резервуара, регистрируют изображения всплывающих пузырьков, по которым судят о размерах всплывающих пузырьков вблизи поверхности воды.A known method and device for its implementation, selected as a prototype, using which determine the flow of methane carried by bubbles near the water / air boundary in the case when the gas enters the water through a layer of precipitation [Yuan Q., Valsaraj K. T. , Reible DD, Willson C.S. A laboratory study of sediment and contaminant release during gas ebullition // Journal of the Air & Waste Management Association. 2007. V. 57. N. 9. - P. 1103-1111]. The method consists in the fact that a predetermined stream of gas bubbles is released from a nozzle into the bottom of a vertical tank with a height of the order of one meter through a sample of sedimentary rock at its bottom, the flow of methane leaving the water filling the rest of the tank is measured, and images of pop-up bubbles are recorded by which judge the size of pop-up bubbles near the surface of the water.

Устройство для оценки потока метана, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из слоя осадочных пород на дне водоема содержит газовый баллон с метаном, снабженный регулятором, который соединен с контроллером потока метана, и через вентиль - с соплом, пропущенным через дно внутрь вертикального резервуара, высотой 74 см. Нижняя часть резервуара заполнена образцом осадочной породы, над которой находится вода. Внутри резервуара, в его верхней части установлен конический раструб в виде перевернутой воронки, трубка которой выведена наружу и соединена с измерителем потока газа. Ниже воронки, в боковой стенке резервуара, выполнено окно для размещения объектива цифровой видеокамеры, закрепленной снаружи.A device for evaluating the flow of methane transported by pop-up bubbles leaving the sedimentary rock layer at the bottom of the reservoir contains a methane gas cylinder equipped with a regulator that is connected to the methane flow controller, and through a valve, with a nozzle passed through the bottom into the vertical reservoir, height 74 see. The lower part of the reservoir is filled with a sample of sedimentary rock, above which there is water. Inside the tank, in its upper part, a conical bell is installed in the form of an inverted funnel, the tube of which is brought out and connected to a gas flow meter. Below the funnel, in the side wall of the tank, a window is made for placing the lens of a digital video camera mounted on the outside.

Известное устройство работает следующим образом. Предварительно нижнюю часть вертикального резервуара заполняют необходимым образцом осадочной породы. Затем, поверх образца осадочной породы вертикальный резервуар заполняют водой, которая может быть и из исследуемого водоема. После этого регулятор на газовом баллоне с метаном открывают, и поток метана задают контроллером потока метана. Метан под давлением поступает через вентиль и сопло в нижнюю часть вертикального резервуара. Пройдя через слой образов осадочной породы пузырьки метана, поступают в воду и всплывают к поверхности. Выходящий на поверхность воды газ собирают системой сбора газа и его поток определяют с помощью измерителя потока. С помощью цифровой видеокамеры получают изображения газовых пузырьков вблизи поверхности воды.The known device operates as follows. Previously, the lower part of the vertical reservoir is filled with the necessary sample of sedimentary rock. Then, on top of the sedimentary rock sample, the vertical reservoir is filled with water, which may also be from the studied reservoir. After that, the regulator on the gas cylinder with methane is opened, and the methane flow is controlled by the methane flow controller. Methane under pressure enters through the valve and nozzle into the bottom of the vertical tank. After passing through the layer of sedimentary rock images, methane bubbles enter the water and float to the surface. The gas escaping to the surface of the water is collected by a gas collection system and its flow is determined using a flow meter. Using a digital video camera, images of gas bubbles near the surface of the water are obtained.

Таким образом, оценивают поток газа в атмосферу, доставленный всплывающими пузырьками метана, прошедшими перед поступлением в воду через различную по составу осадочную породу. Однако, точность определения потока метана, поступающего в атмосферу, недостаточна. Это связано с тем, что при всплытии пузырька в него из воды поступают азот и кислород. Поэтому оценка потока метана в атмосферу является завышенной. Точность измерения понижается также из-за ручного управления всеми процессами и измерениями, что не позволяет достаточно точно синхронизовать начало регистрации величины потока газа с первым появлением в верхней части резервуара всплывающих пузырьков.Thus, the flow of gas into the atmosphere, delivered by pop-up bubbles of methane, passed before entering the water through sedimentary rock of different composition, is estimated. However, the accuracy of determining the flow of methane entering the atmosphere is insufficient. This is due to the fact that when the bubble comes up, nitrogen and oxygen enter it from the water. Therefore, the estimate of methane flow into the atmosphere is overestimated. The measurement accuracy is also reduced due to the manual control of all processes and measurements, which does not allow to accurately synchronize the beginning of the registration of the gas flow with the first appearance of pop-up bubbles in the upper part of the tank.

Предложенные изобретения позволяют повысить точность оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими в воде пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород.The proposed inventions can improve the accuracy of estimating the flow of methane into the atmosphere carried by bubbles floating up in the water leaving the upper layer of sedimentary rocks.

Способ оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, также как в прототипе, включает отбор образца осадочной породы и помещение его на дно закрытого вертикального резервуара, заполнение резервуара поверх образца осадочной породы водой из исследуемого водоема, пропускание через образец осадочной породы заданного потока метана из сопла, вставленного через дно внутрь резервуара, сбор и измерение потока газа, выходящего из воды, регистрацию изображений всплывающих пузырьков вблизи поверхности воды.A method for evaluating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir, as in the prototype, includes taking a sample of sedimentary rock and placing it on the bottom of a closed vertical reservoir, filling the reservoir on top of the sedimentary rock sample with water from the investigated reservoir passing a predetermined methane stream through a sedimentary rock sample from a nozzle inserted through the bottom into the reservoir, collecting and measuring a gas stream leaving the water, recording images in floating bubbles near the surface of the water.

Согласно изобретению вертикальный резервуар выше образца осадочной породы наполняют водой на высоту не менее десяти метров, выходящие из воды пузырьки газа отделяют от брызг воды и капель, синхронизируют регистрацию изображений всплывающих пузырьков вблизи поверхности воды с измерениями величины потока газа и его состава.According to the invention, a vertical reservoir above the sedimentary rock sample is filled with water to a height of not less than ten meters, gas bubbles leaving the water are separated from water splashes and drops, and the registration of images of pop-up bubbles near the water surface is synchronized with measurements of the gas flow and its composition.

Устройство для оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, также как в прототипе, содержит газовый баллон с метаном, снабженный регулятором, который соединен с контроллером потока метана, который через вентиль соединен с соплом, пропущенным через дно внутрь закрытого вертикального резервуара, нижняя часть которого предназначена для размещения образца осадочной породы, поверх которого налита вода, внутри верхней части резервуара установлен конический раструб в виде перевернутой воронки, трубка которой сверху выведена наружу, снаружи резервуара расположены измеритель потока газа и цифровая видеокамера, для размещения объектива которой в боковой стенке резервуара ниже воронки выполнено окно.A device for evaluating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir, as in the prototype, contains a gas cylinder with methane equipped with a regulator, which is connected to a methane flow controller, which is connected through a valve to the nozzle, passed through the bottom into a closed vertical tank, the lower part of which is designed to accommodate a sedimentary rock sample, on top of which water is poured, conically installed inside the upper part of the tank a bell in the form of an inverted funnel, the tube of which is pulled outward from above, a gas flow meter and a digital video camera are located outside the tank, a window is made to place the lens in the side wall of the tank below the funnel.

В отличие от прототипа вертикальный резервуар выполнен высотой более десяти метров. Трубка воронки через сепаратор соединена с измерителем потока газа, который соединен с хроматографом. Блок управления и регистрации подключен к контроллеру потока метана, к измерителю потока газа, к хроматографу и к цифровой видеокамере.Unlike the prototype, the vertical tank is made more than ten meters high. The funnel tube through the separator is connected to a gas flow meter, which is connected to the chromatograph. The control and registration unit is connected to a methane flow controller, to a gas flow meter, to a chromatograph, and to a digital video camera.

Повышение точности оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими в воде пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, происходит за счет измерения состава газа, выходящего из поверхности воды, существенного увеличения высоты закрытого вертикального резервуара, а также за счет автоматизации управления всеми процессами и измерениями. Измерение состава выходящего в атмосферу газа позволяет учитывать только метан и исключить из рассмотрения другие газы, например, азот и кислород, которые поступают в пузырек из воды при его всплытии. Увеличение высоты закрытого вертикального резервуара (>10 м) позволяет уменьшить ошибку оценки потока метана в атмосферу при больших глубинах, чем высота вертикального резервуара. Это связано с тем, что, максимальное изменение размера пузырька при всплытии из-за уменьшения давления происходит именно в верхнем десятиметровом слое. В этом слое давление на пузырек уменьшается в два раза, из-за чего его объем увеличивается в два раза. На фиг. 1 в качестве примера, представлена рассчитанная зависимость площади поверхности всплывающего пузырька метана от глубины его расположения в воде. Расчет выполнен для пузырька с радиусом у поверхности воды 3 мм. Видно, что максимальное изменение площади (~30%), через которую происходит обмен газами между пузырьком и окружающей водой, происходит в верхнем десятиметровом слое. Глубже 10 м вплоть до глубины 80 м дополнительное изменение площади поверхности лежит в диапазоне 14%.Improving the accuracy of estimating the flow of methane into the atmosphere carried by bubbles floating up in the water leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir occurs by measuring the composition of the gas leaving the surface of the water, significantly increasing the height of the closed vertical tank, and also by automating control of all processes and measurements. Measurement of the composition of the gas released into the atmosphere allows only methane to be taken into account and to exclude other gases, for example, nitrogen and oxygen, which enter the bubble from the water when it emerges. Increasing the height of the closed vertical tank (> 10 m) allows to reduce the error in estimating the flow of methane into the atmosphere at greater depths than the height of the vertical tank. This is due to the fact that the maximum change in the bubble size upon ascent due to a decrease in pressure occurs precisely in the upper ten-meter layer. In this layer, the pressure on the bubble decreases by half, because of which its volume doubles. In FIG. 1 as an example, the calculated dependence of the surface area of a methane pop-up bubble on the depth of its location in water is presented. The calculation was performed for a bubble with a radius at the water surface of 3 mm. It is seen that the maximum change in the area (~ 30%) through which the exchange of gases between the bubble and the surrounding water takes place occurs in the upper ten-meter layer. Deeper than 10 m down to a depth of 80 m, an additional change in surface area lies in the range of 14%.

В результате автоматизации управления, регистрация величины потока газа и его состава запускается при первой регистрации всплывающих пузырьков цифровой видеокамерой, что уменьшает ошибку измерения.As a result of control automation, the registration of the magnitude of the gas flow and its composition is started when the pop-up bubbles are first registered with a digital video camera, which reduces the measurement error.

На фиг. 1 представлена зависимость площади поверхности всплывающего пузырька метана от глубины его расположения в воде.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the surface area of a methane bubble emerging from its depth in water.

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства для оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема.In FIG. 2 is a block diagram of a device for estimating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of a reservoir.

На фиг. 3 представлены результаты измерения концентрации метана, полученные с промощью хроматографа: а) - гистограмма, где прямоугольник К показывает содержание метана в калибровочной пробе, а прямоугольник Изм - в пробе газа, прошедшей через водный столб; б) - хроматограммы проб газа с пиком метана, где штрихпунктирной линией показан результат, полученный для калибровочной пробы, а сплошной линией -для пробы газа, прошедшей через водный столб.In FIG. Figure 3 presents the results of measuring the concentration of methane obtained using a chromatograph: a) a histogram, where rectangle K shows the methane content in the calibration sample and rectangle Izm in the gas sample passing through the water column; b) - chromatograms of gas samples with a methane peak, where the dotted line shows the result obtained for the calibration sample, and the solid line for the gas sample passed through the water column.

Устройство для оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, содержит баллон с газом 1 (БГ), снабженный регулятором 2 (РЕ), к которому подсоединен контроллер 3 (КОН) потока метана, соединенный через вентиль 4 (BE) с соплом 5, пропущенным через дно внутрь закрытого вертикального резервуара 6, высотой более десяти метров. В нижнюю часть резервуара 6 помещен образец осадочной породы 7, поверх которого налита вода 8 из исследуемого водоема Остальная часть резервуара 6 заполнена водой 8. Внутри резервуара 6, в его верхней части, установлен конический раструб в виде перевернутой воронки 9, трубка которой выведена сверху наружу и соединена через сепаратор 10 (СЕП) с измерителем потока газа 11 (ИП), который соединен с хроматографом 12 (ХР). Ниже воронки 9, в боковой стенке резервуара 6, выполнено окно для размещения объектива цифровой видеокамеры 13 (В), закрепленной снаружи. Блок управления и регистрации 14 (БУР) соединен с измерителем потока газа 11 (ИП), хроматографом 12 (ХР), с цифровой видеокамерой 13 (В) и с контроллером 3 (КОН) потока метана.A device for evaluating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir contains a gas cylinder 1 (BG) equipped with a regulator 2 (PE), to which a methane flow controller 3 (KOH) is connected, connected through the valve 4 (BE) with a nozzle 5, passed through the bottom into the closed vertical tank 6, a height of more than ten meters. A sample of sedimentary rock 7 is placed in the lower part of the tank 6, over which water 8 from the studied reservoir is poured. The remaining part of the tank 6 is filled with water 8. Inside the tank 6, in its upper part, there is a conical bell in the form of an inverted funnel 9, the tube of which is brought outward from above and connected through a separator 10 (CEP) with a gas flow meter 11 (PI), which is connected to a chromatograph 12 (XP). Below the funnel 9, in the side wall of the tank 6, a window is made for accommodating the lens of the digital video camera 13 (B), mounted on the outside. The control and registration unit 14 (BUR) is connected to a gas flow meter 11 (PI), a chromatograph 12 (XP), a digital video camera 13 (B), and a methane flow controller 3 (KOH).

Блок управления и регистрации 14 (БУР) выполнен на основе персонального компьютера, например, на базе процессора Intel Core i5 под управлением операционной системой Windows. В качестве баллона с газом 1 (БГ) с регулятором 2 (РЕ) используется стандартный баллон с метаном, снабженный регулятором. Контроллер 3 (КОН) потока газа может быть выполнен на базе редуктора БКО-50-4. Вентиль 4 (BE) может быть стандартным. Сопло 5 может быть изготовлено из стальной трубки с внутренним диаметром 5 мм и внешним диаметром 10 мм. В качестве измерителя потока газа 11 (ИП) может быть использован анализатор парниковых газов LGR DTL-100. В качестве хроматографа 12 (ХР) можно применить газовый хроматограф SRI 8610C. Закрытый вертикальный резервуар 6 изготовлен из пластиковой трубы диаметром 0,12 м и высотой 25 м. Воронка для сбора газа 9 выполнена из нержавеющей, стали. В качестве сепаратора 10 (СЕП) использован стандартный сепаратор Flamcovent NW, Flamco Нидерланды.The control and registration unit 14 (BUR) is made on the basis of a personal computer, for example, on the basis of an Intel Core i5 processor running the Windows operating system. As a cylinder with gas 1 (BG) with regulator 2 (PE), a standard methane cylinder equipped with a regulator is used. The controller 3 (KOH) gas flow can be performed on the basis of the gearbox BKO-50-4. Valve 4 (BE) may be standard. The nozzle 5 can be made of a steel tube with an inner diameter of 5 mm and an outer diameter of 10 mm. As a gas flow meter 11 (IP), the LGR DTL-100 greenhouse gas analyzer can be used. As chromatograph 12 (XP), an SRI 8610C gas chromatograph can be used. The closed vertical tank 6 is made of a plastic pipe with a diameter of 0.12 m and a height of 25 m. The funnel for collecting gas 9 is made of stainless steel. As a separator 10 (CEP) used a standard separator Flamcovent NW, Flamco Netherlands.

Предварительно нижнюю часть вертикального резервуара 6 на высоту 20 см заполнили образцом из верхнего слоя осадочных пород, взятым на полигоне в море Лаптевых. Затем, поверх слоя образца 7, вертикальный резервуар 6 до высоты 20 м был заполнен морской водой. После этого регулятор 2 (РЕ) на баллоне с газом 1 (БГ) и вентиль 4 (BE) открыли. Сигнал с блока управления и регистрации 14 (БУР) включил видеокамеру 13 (В), измеритель потока газа 11 (ИП), хроматограф 12 (ХР) и задал контроллеру 3 (КОН) поток метана при пересчете на атмосферное давление 5 л/мин. Заданный поток метана под давлением поступал через вентиль 4 (BE) и сопло 5 в нижнюю часть закрытого вертикального резервуара 6. Пройдя через слой образца осадочной породы 7, метан поступал в воду 8 и в виде пузырьков всплывал к ее поверхности. Выходящий на поверхность воды газ собирался воронкой 9, с помощью сепаратора 10 (СЕП) из проб газа удалялись брызги и капли воды. С помощью цифровой видеокамеры 13 (В) получали изображения газовых пузырьков вблизи поверхности воды, измеряли поток газа с помощью измерителя потока газа 11 (ИП), определяли газовый состав с помощью хроматографа 12 (ХР). Причем, следя за всплывающими пузырьками по их появлению, определили период регистрации газа измерителем потока газа 11 (ИП) и хроматографом 12 (ХР). В конкретном случае период регистрации газа составил 23,7±0,3 с.Previously, the lower part of the vertical reservoir 6 to a height of 20 cm was filled with a sample from the upper layer of sedimentary rocks taken at a landfill in the Laptev Sea. Then, on top of the layer of sample 7, the vertical tank 6 to a height of 20 m was filled with sea water. After that, the regulator 2 (PE) on the gas cylinder 1 (BG) and valve 4 (BE) were opened. The signal from the control and registration unit 14 (BUR) turned on a video camera 13 (V), a gas flow meter 11 (PI), a chromatograph 12 (XP), and gave controller 3 (KOH) a methane flow in terms of atmospheric pressure of 5 l / min. A predetermined methane flow under pressure entered through valve 4 (BE) and nozzle 5 into the lower part of a closed vertical reservoir 6. Passing through a layer of sedimentary rock sample 7, methane entered water 8 and floated in the form of bubbles to its surface. The gas escaping to the surface of the water was collected by a funnel 9, using a separator 10 (CEP), water splashes and drops were removed from the gas samples. Using a digital video camera 13 (B), images of gas bubbles were obtained near the surface of the water, the gas flow was measured using a gas flow meter 11 (IP), and the gas composition was determined using a chromatograph 12 (XP). Moreover, following the pop-up bubbles by their appearance, we determined the period of gas registration by the gas flow meter 11 (IP) and chromatograph 12 (XP). In a specific case, the gas registration period was 23.7 ± 0.3 s.

С помощью цифровой видеокамеры 13 (В) были зарегистрированы пузырьки размером 4,0±0,1 мм, всплывающие со скоростью ~21 см/с.Using a digital video camera 13 (B), 4.0 ± 0.1 mm bubbles popping up at a speed of ~ 21 cm / s were detected.

Информация о количестве метана, доставленного в атмосферу, полученная с помощью измерителя потока газа 11 (ИП) и хроматографа 12 (ХР), позволила установить, что поток метана в атмосферу составил 3,6±0,2 л/мин, а процентное содержание метана составило 73,6% - а) на фиг. 3. Как видно из б) на фиг. 3, помимо метана в собранном газе присутствуют кислород и азот. Таким образом, при всплытии пузырьков с глубины 20 м в воду отдается около 26% метана от изначальной его величины.Information on the amount of methane delivered to the atmosphere, obtained using a gas flow meter 11 (PI) and chromatograph 12 (XP), allowed us to establish that the flow of methane to the atmosphere was 3.6 ± 0.2 l / min, and the percentage of methane amounted to 73.6% - a) in FIG. 3. As can be seen from b) in FIG. 3, in addition to methane, oxygen and nitrogen are present in the collected gas. Thus, when bubbles bubble up from a depth of 20 m, about 26% of methane from its initial value is given into the water.

Измеренный устройством - прототипом поток метана в атмосферу составил 4,5±0,2 л/мин, что на 25% выше, полученного при использовании предложенного устройства.The methane flux into the atmosphere measured by the prototype device was 4.5 ± 0.2 l / min, which is 25% higher than that obtained using the proposed device.

Кроме того, с помощью программы обработки записанного видеоряда с всплывающими пузырьками, блок управления и регистрации 14 (БУР) позволяет определить распределение всплывающих пузырьков по размерам и скорости их всплытия, что необходимо для дальнейшего построения моделей, описывающих поступление метана через воду в атмосферу, и для расчетов потока метана при проведении акустических дистанционных измерений с борта судна.In addition, using the program for processing the recorded video sequence with pop-up bubbles, the control and recording unit 14 (BUR) allows you to determine the distribution of pop-up bubbles by size and speed of their ascent, which is necessary for the further construction of models describing the flow of methane through water into the atmosphere, and for calculations of methane flow during acoustic remote measurements from the ship.

Claims (2)

1. Способ оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, включающий отбор образца осадочной породы и помещение его на дно закрытого вертикального резервуара, заполнение резервуара поверх образца осадочной породы водой из исследуемого водоема, пропускание через образец осадочной породы заданного потока метана из сопла, вставленного через дно внутрь резервуара, сбор и измерение потока газа, выходящего из воды, регистрацию изображений всплывающих пузырьков вблизи поверхности воды, отличающийся тем, что вертикальный резервуар выше образца осадочной породы наполняют водой на высоту не менее десяти метров, выходящие из воды пузырьки газа отделяют от брызг воды и капель, синхронизируют регистрацию изображений всплывающих пузырьков вблизи поверхности воды с измерениями величины потока газа и его состава.1. A method for evaluating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rock at the bottom of a reservoir, including sampling a sedimentary rock and placing it on the bottom of a closed vertical reservoir, filling the reservoir on top of a sedimentary rock sample with water from the test reservoir, passing through sedimentary rock sample of a given methane stream from a nozzle inserted through the bottom into the reservoir, collecting and measuring the gas flow coming out of the water, registering images of a pop-up bubble ov near the surface of the water, characterized in that the vertical reservoir above the sedimentary rock sample is filled with water to a height of not less than ten meters, gas bubbles leaving the water are separated from water splashes and drops, synchronization of the registration of images of pop-up bubbles near the water surface with measurements of the gas flow and its composition. 2. Устройство для оценки потока метана в атмосферу, переносимого всплывающими пузырьками, выходящими из верхнего слоя осадочных пород на дне водоема, содержащее газовый баллон с метаном, снабженный регулятором, который соединен с контроллером потока метана, который через вентиль соединен с соплом, пропущенным через дно внутрь закрытого вертикального резервуара, нижняя часть которого предназначена для размещения образца осадочной породы, поверх которого налита вода, внутри верхней части резервуара установлен конический раструб в виде перевернутой воронки, трубка которой сверху выведена наружу, снаружи резервуара расположены измеритель потока газа и цифровая видеокамера, для размещения объектива которой в боковой стенке резервуара ниже воронки выполнено окно, отличающееся тем, что вертикальный резервуар выполнен высотой более десяти метров, трубка воронки через сепаратор соединена с измерителем потока газа, который соединен с хроматографом, при этом блок управления и регистрации подключен к контроллеру потока метана, к измерителю потока газа, к хроматографу и к цифровой видеокамере.2. A device for evaluating the flow of methane into the atmosphere carried by pop-up bubbles leaving the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the reservoir, containing a gas cylinder with methane, equipped with a regulator that is connected to a methane flow controller, which is connected through a valve to a nozzle passed through the bottom inside a closed vertical tank, the lower part of which is designed to accommodate a sedimentary rock sample, on top of which water is poured, a conical bell in the form of an inverted funnel, the tube of which is pulled outward from above, a gas flow meter and a digital video camera are located outside the tank, for placing the lens of which a window is made in the side wall of the tank below the funnel, characterized in that the vertical tank is made more than ten meters high, the funnel tube is connected through a separator to a gas flow meter that is connected to the chromatograph, while the control and recording unit is connected to a methane flow controller, to a gas flow meter, to the chromatograph, and to the numbers new camcorder.
RU2018143918A 2018-12-11 2018-12-11 Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation RU2698552C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143918A RU2698552C1 (en) 2018-12-11 2018-12-11 Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143918A RU2698552C1 (en) 2018-12-11 2018-12-11 Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2698552C1 true RU2698552C1 (en) 2019-08-28

Family

ID=67851618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018143918A RU2698552C1 (en) 2018-12-11 2018-12-11 Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2698552C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116539382A (en) * 2023-05-24 2023-08-04 重庆师范大学 Collecting device and measuring method for greenhouse gas transport flux of different water layers of lake

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU143248U1 (en) * 2014-02-20 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) STAND FOR RESEARCH OF EDUCATION AND DECOMPOSITION OF HYDROGEN

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU143248U1 (en) * 2014-02-20 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) STAND FOR RESEARCH OF EDUCATION AND DECOMPOSITION OF HYDROGEN

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yuan Q. et al. A Laboratory Study of Sediment and Contaminant Releaseduring Gas Ebullition / Journal of the Air & Waste Management Association, 2007, v.57, n.9, pp.1103-1111. *
Yuan Q. et al. A Laboratory Study of Sediment and Contaminant Releaseduring Gas Ebullition / Journal of the Air & Waste Management Association, 2007, v.57, n.9, pp.1103-1111. А.О.Максимов и др. Звуки подводных сипов / Подводные исследования и робототехника, 2016, N2(22), стр.49-55. *
А.О.Максимов и др. Звуки подводных сипов / Подводные исследования и робототехника, 2016, N2(22), стр.49-55. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116539382A (en) * 2023-05-24 2023-08-04 重庆师范大学 Collecting device and measuring method for greenhouse gas transport flux of different water layers of lake

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hesslein An in situ sampler for close interval pore water studies 1
Upstill‐Goddard et al. Gas transfer velocities in lakes measured with SF6
Flohr et al. Towards improved monitoring of offshore carbon storage: a real-world field experiment detecting a controlled sub-seafloor CO2 release
CN208270246U (en) A kind of device for the default depth acquisition water sample in hole, measurement water level and water temperature
CN110286074A (en) Undisturbed soil infiltration coefficient-effecive porosity-specific yield instrument is measured simultaneously
RU2698552C1 (en) Method of estimating the flow of methane into the atmosphere, which is carried by floating bubbles emerging from the upper layer of sedimentary rocks at the bottom of the water reservoir, and a device for its implementation
CN106950353A (en) Experimental rig for rock cranny solute transport experiments
CN106353283A (en) Water body transparency detection method and detection device based on same
CN202256109U (en) Rock core self-absorption experimental apparatus for simulating formation conditions
Calleja et al. Evidence for surface organic matter modulation of air-sea CO 2 gas exchange
CN110208497A (en) A kind of portable soil specific yield tester and test method
CN205139148U (en) Aquatic organisms uses oxygen consumption detecting system with aquatic products research
CN206696278U (en) Experimental rig for rock cranny solute transport experiments
Scardina et al. Prediction and measurement of bubble formation in water treatment
Brewer et al. Deep ocean experiments with fossil fuel carbon dioxide: creation and sensing of a controlled plume at 4 km depth
CN115754248B (en) Diving-soil moisture movement tracing experimental device and method based on radon isotope under freezing condition
Jellick et al. Evaluation of a field method for determining the gas diffusion coefficient in soils
CN208399337U (en) A kind of device of core cutter method measurement saturated hydraulic conductivity in soil
CN102706694B (en) Water body sampling unit weight detection method in immersed tunnel pipeline section drift floating immersion and water sampler
CN207976370U (en) A kind of device measuring pervious surface infiltration rate
CN208459208U (en) For testing the persistent experimental provision of gas in unsaturation sand
CN107340234B (en) Device and method for measuring soil binding force
RU2647539C1 (en) Method of measuring the debit of oil well production
Gangmark et al. Plastic Standpipe for Sampling Stream-bed Environment of Salmon Spawn
CN104048716B (en) Solution-type current surveying device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201212