SU1078048A1 - Способ получени пробы газа из лед ного массива - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЕ ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, включающий бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выдел ющегос  газа с последующей герметизацией пробы газа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества пробы, перед образованием каверны производ т сорбцию газа, оставшегос  в поднакерной зоне скважины , затем образуют каверну путем плавлени  - размыва льда, а выдел ющуюс  из него газовую смесь осушают после прокачивани  через поглотитель подают обратно в расплав льда, ввод т в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем; i что, с целью повышени  точности результатов опробовани  з  счет вз ти  пробы га (Л за из более тонкого сло  льда, образование каверны осуществл ют путем циркул ции расплава льда в горизонтальной плос кости по окружности.

Description

vl

00

о

4

ЭР И:юбрстеиис относитс  к области вз ти  проб жидкости или газа и может быть использогзано лл  получени , капример, пробы СО из сухих скважин, пробуренных в ледовых отложени х, дл  определени  абсолютного возраста радиоизотопным анализом по углероду-14. Известен способ получени  пробы газа, при котором бур т скважину, затем герметизируют участок скважины, после чего плап т лед и в по вившуюс  воду с поверхностн подают азот, а образуюшуюс  газовую смесь пропускают через молекул рные фильтры, установленные в каверне (1|. Недостатками этого способа  вл ютс : присутствие в пробе атмосферного воздуха , оставшегос  в скважине после ее герметизации, что значительно снижает точность датировки; возможность загр знени  пробы атмосферным воздухом из-за сложности герметизации длинных магистралей подачи газа; неполное выделение COj из воды в св зи с тем, что часть COj находитс  в св занном состо нии; низка  производительность фильтров из-за того, что на них вместе с газом подаютс  вод ные пары; больша  стратиграфическа  ошибка определени  возраста из-за того, что высота образуюшейс  каверны больше ее диаметра при плавлении льда свободной конвекциеи воды; больша  энергоемкость плавлени  льда из-за низкого коэффициента теплоотдачи; ограничени  по глубине отбора проб из-за громоздкости оборудовани . Известен также способ получени  пробы газа из лед ного массива, включаюший бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выдел ющегос  газа с последующей герметизацией пробы газа 2. Однако известному способу присуши те же недостатки. Целью изобретени   вл етс  повышение качества пробы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  пробы газа из лед ного массива, включающему буреиие скважины, герметизацию участка скважины , плавление льда с образованием каверны и сбор выдел ющегос  газа с после .дующей герметизацией пробы газа, перед образованием каверны производ т сорбцию газа, оставп1егос  в подпакерной зоне сква ,. - ,- -жины , затем образуют каверну путем плав лени  льда, а выдел ющуюс  из него газовую смесь осушают н после прокачивани  через поглотитель подают обратно в рлсплан льда, ввод т в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель. Кроме тою, с целью повышени  точно сти p(vu:iMai()B опробовани  за счет вз ти  пробы г за из более тонкого сло  льда, образование каверны осупюствл ют путем циркул ции расплава льда в го)изонтальной плоскости по окружности. На фиг. 1 приведено устройство, реализующее способ получени  пробы газа из ледового массива, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. I; на фиг. 3 - схема работы устройства в лед ном массиве (стрелки указывают направление циркул ции воды в каверне). Устройство дл  реализации предлагаемого способа (фиг. I) содержит газоотборник I, внутри которого размешены турбокомпрессор 2, соединенный с впускными каналами 3 и 4, в цепи одного из которых между электромагнитными клапанами 5-7 расположены основной патрон 8 с адсорбентом и патрон 9 с обезвоживаюшим вешеством . В цепи второго впускного канала между электромагнитными клапанами 10 и 11 расположен вспомогательный патрон 12 с адсорбентом. Выпускной канал 13 соединен через электромагнитный клапан 14 с пакером 15, установленным снаружи на корпусе газоотборника 1. Выше пакера 15 размешены -друг над другом нагреватели 16 и 17, а внутри газоотборника I размешен электромагнитный клапан 18. Внутри гидрорасширител  19 расположен насос 20 с датчиком 21 уровн  воды, емкость 22 дл  кислоты и соленоид 23, а снаружи на корпусе гидрорасширител  19 закреплены нагреватели 24 и 25. Управление работой устройства осуществл етс  при помоши блока 26 управлени , электрически соединенного с турбокомпрессором 2, электромагнитными клапанами 5, 6, 7, 10, II, 14 и 18, насосом 20, датчиком 21 воды, соленоидом 23 и нагревател ми 16, 17, 24 и 25. Способ получени  пробы газа реализуетс  следующим образом. Устройство опускают в скважину на забой и включают блок 26 управлени , после чего включаютс  нагреватели 24 и 25, плавитс  лед и происходит дальнейший спуск устройства. Когда образующа с  вода достигает уровн  датчика 21 воды, спуск прекращаетс , нагреватели 24 и 25 выключаютс , включаютс  электромагнитные клапаны 10, II и 14 и турбокомпрессор 2. При этом воздух по впускному 4 и выпускному 13 каналам подаетс  под пакер 15, и производитс  пакеровка скважины. После пакеровки турбокомпрессор 2 и электромагнитные клапаны 10, 11 и 14 выключаютс . Включаетс  нагреватель 16 и произво.,1итс  плавление стенок скважины, а обрйзуюша с  вода скапливаетс  над пакером 15. Пагреватель 16 выключаетс . Производитс  выдержка, достаточна  дл  замерзани  воды, скопившейс  над пакером 15. После этого включаютс  турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны 10, II и 13 и производитс  прокачка воздуха, (Кт пшеюс  в скиажине:

через вспомогательный патрон 12 с адсорбентом . Затем электромагнитные клапаны 10 и 11 выключаютс , а включаютс  электромагнитные клапаны 5-7, насос 20 и нагреватели 24 и 25 - начинаетс  плавление и размыв льда принудительной циркул цией воды по окружности и прокачка газа, выдел ющегос  из воды, через патрон 9 с осушителем и основной патрон 8 с адсорбентом . Когда каверна достигнет необходимых размеров, включаетс  соленоид 23, у которого выдвигаетс  стержень, разрушающий емкость с кислотой. Введение кислоты в воду необходимо дл  полного освобождени  ее от COj.. После окончани  процесса адсорбции выключаютс  турбокомпрессор 2, электромагнитные клапаны 5-7, насос 20, нагреватели 24 и 25, включаютс  электромагнитный клапан 14 и нагреватель 17 - происходит распакеровка скважины, после чего производ т подъем устройства. На поверхности отсоедин ют и замен ют основной патрон 8 с адсорбентом, патрон 9 с обезвоживающим веществом и электромагнитными клапанами 5-7 и вспомогательный патрон .12с адсорбентом и электромагнитными клапанами 10 и 11, после чеиз устройство вновь готово к работе. Основной патрон 8 с адсорбентом, закрытый электромагнитными клапанами 5 и 6, заключает в себе герметизированную пробу СО.

От количества газа, вз того на радиоизотопный анализ, зависит точность определени  возраста исследуемого горизонта отложений. Атмосферный воздух попадает в лед при формировании фирнолед ных отложений. Среднее содержание СОг во льду очень грубо можно оценить как 150 мл на кубометр. В таком количестве СО находитс  примерно 0,2 мг углерода, что достаточно дл  определени  возраста отложений до 10 тыс ч лет с точностью ±300лет. В св зи с радиоактиг(1ым распадом углерода-14 с увеличением возраста отложений требуемое дл  анализа количество углерода возрастает и при определении возраста в 20 тыс ч лет с прежней точностью (±300 лет) необходимо примерно 0,6 мг углерода. В центральных районах Антарктиды среднее накопление льда составл ет 2 см в год. С увеличением глубины годовой слой льда уплотн етс . Следовательно, дл  увеличени  точности датировки необходимо получение возможно большего количества углерода при минимальной высоте ьыплавл емой каверны, из которой беретс  проба газа. При подаче газовой смеси, про шедщей патрон с адсорбентом, в воду образуетс  множество газовых пузырьков, что значительно увеличивает площадь поверхности воды - газ и ускор ет выход газа из воды, поскольку концентраци  COj в газовых пузырьках меньше, чем в воде, а это также способствует более интенсивному выделению СО из воды. Количество кислоты , необходимое дл  полного освобождени  воды ют COj, определ етс  предварительным химическим анализом керна, вз того с исследуемой глубины. При отсутствии возможности проведени  химического анализа считаетс  достаточным введение в воду кислоты с 10-кратным запасом, т. е. около 0,2 л Концентрированной серной кислоты на 1000л наплавленной воды.

Предлагаемый способ позвол ет получать пробу одного компонента газовой составл ющей с любых глубин ледовых отложений . Использование способа значительно улучшает качество получаемой пробы и исключает попадание з пробу атмосферного воздуха за счет того, что производитс  сорбци  газа, оставшегос  в скважине. Вз тие пробы из каверны бо.пыпого объема при малой ее высоте обеспечит более надежное датирование возраста ледовых отложений.

Claims (2)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБЫ ГАЗА ИЗ ЛЕДЯНОГО МАССИВА, включающий бурение скважины, герметизацию участка скважины, плавление льда с образованием каверны и сбор выделяющегося газа с последующей герметизацией пробы газа, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пробы, перед образованием каверны производят сорбцию газа, оставшегося в подпакерной зоне скважины, затем образуют каверну путем плавления — размыва льда, а выделяющуюся из него газовую смесь осушают после прокачивания через поглотитель подают обратно в расплав льда, вводят в него кислоту и вновь прокачивают через осушитель и поглотитель.

2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности резуль- § татов опробования за счет взятия пробы га за из более тонкого слоя льда, образование каверны осуществляют путем циркуляции расплава льда в горизонтальной плос кости по окружности.

SU .... 1078048