Устройство для получения пробы газа

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБЫ ГАЗА по авт. св. № 1019267, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества пробы и повышения надежности его работы, устройство снабжено дополнительным датчиком уровня воды в каверне, закрепленным непосредствоенно над водозаборными отверстиями на корпусе насоса , датчиками температуры воды на входе и выходе гидрорасширителя, датчиком расхода газа, установленным на выходе турбокомпрессора, и. датчиками .контроля процесса формирования ледяного пакера, расположенными на разной высоте корпуса вьшхе эластичного пакера, при этом указанные датчики подключены к соответствукицим входам электронной схемы управления. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4<51) G 01 N 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1019267 (21) 3610832/23-26 (22) 27.06.83 ,(46) 28.02.85. Бюл. Р 8 (72) С.В. Иитин, О.А. Цыганков, В.К. Чистяков и А.А. Земцов (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт нм. Г.В. Плеханова (53) 622.243.68.002.54(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 1019267, кл. G О1 N 1/22, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ПРОБЫ ГАЗА по авт. св. У 1019267, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества пробы и повышения надежности его работы, устройство снабжено дополнительным датчиком уровня воды в каверне, закрепленным непосредствоенно над водозаборными отверстиями на корпусе насоса, датчиками температуры воды на входе и выходе гидрорасширителя, датчиком расхода газа, установленным на выходе турбокомпрессора, и датчиками .контроля процесса формирования ледяного пакера, расположенными на разной высоте корпуса выше эластичного пакера, при этом указанные датчики подключены к соответствующим входам электронной схемы управления.

2754 2! 114

Изобретение относится к технике взятия проб жидкости или газа, в частности к устройствам для получения пробы одного компонента газовой смеси,.например СО, из ледовых отложений, и может быть использовано при исследовании процессов образования ледниковых массивов.

По основному авт. св. У 1019267 известно устройство для получения про- !О бы газа, содержащее корпус, кабельтрос, пакер, турбокомпрессор, патрон с адсорбентом, патрон с обезвоживающим веществом, электромагнитные клапаны, схему управления, впускной и выпускной каналы, гидрорасширитель с установленным внутри него насосом, снабженным датчиком воды, расположенным на его корпусе, емкостью с кислотой и соленоидом, нагревателями, раз- 2р

"мещенными на корпусе выше пакера и на корпусе гидрорасширителя, вспомогательным патроном с адсорбентом, с обеих сторон которого установлены электромагнитные клапаны, причем один: gg из них подсоединен к турбокомпрессору, а другой — к впускному каналу, при этом выпускной канал соединен с турбокомпрессором и гидрорасширителем, а патрон с обезвоживающим веществом снабжен дополнительным электромагнитным клапаном со стороны впускного канала (1) .

Недостатками известного устройства являются низкая надежность и качест35 во пробы.

Отсутствие контроля за формированием ледяного пакера, т.е. уровня и состояния воды над эластичным пакером, приводит к загрязнению пробы

40 атмосферным газом, когда пакеровка производится в зоне трещиноватости или значительных каверн.

Отсутствие контроля уровня воды в каверне может привести к прекращению плавления — размыва льда, когда уровень воды опустится ниже заборных отверстий насоса из-за наличия трещин вэ льду или из-за естественного снижения уровня воды, поскольку ее плотность больше, чем у льда. Отсутствие контроля прокачки газовой смеси приводит к ненадежной герметизации эластичного пакера (т.е. наблюдается слабый прижим эластичного элемента к стенкам скважины) и поглощению недостаточного количества СО, в процессе сорбции, что затрудняет, а иногда и делает невозможным изотопный анализ по С " для определения возраста пробы (при циркуляции газовой смеси примерно 907. всего газа, находящегося в каверне, проходит через поглотители, если через них пропущено не менее семи расчетных объемов газа).

Кроме того, известное устройство характеризуется низкой точностью при датировке пробы, так как отсутствие контроля объема наплавленной воды делает неопределенным количество полученной пробы.

Цель изобретения — улучшение качества пробы и повьппение надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для получения пробы газа снабжено дополнительным датчиком уровня воды в каверне, закрепленным непосредственно над водозаборными отверстиями на корпусе насоса, датчиками температуры воды на входе и выходе гидрорасширителя, датчиком расхода газа, установленным на выходе турбокомпрессора, и датчиками контроля процесса формирования ледяного пакера, расположенными на разной высоте корпуса вьппе эластичного пакера, при этом все указанные дат-. чики подключены к соответствующим входам электронной схемы управления.

На фиг. 1 представлено устройство для получения пробы газа, блок-схема; на фиг. 2 — блок-схема подключения датчиков к средствам обработки инфор мации.

Устройство состоит из адсорбционного отсека и гидрорасширителя, представляющих собой единый ступенчатый корпус 1, На корпусе 1 адсорбционно го отсека закреплены эластичный пакер 2 и выше него — один над другим нагреватели 3 и 4, датчики 5 и 6 контроля процесса формирования ледяного пакера. Внутри корпуса расположен воздушный насос, например турбокомпрессор 7, который своим входом соединен с двумя параллельными (для повьппения надежности) рядами соединенных между собой элементов. Первый ряд элементов — основной канал прокачки газовой смеси: патрон 8 с адсорбентом, ограйиченный с двух сторон электромагнитными клапанами 9 и 10, один из которых — 9 установлен на входе турбокомпрессора, а другой — 10

754 4

Датчики 32 и 33 изолированы от корпуса гидрорасширителя 24 тепловыми экранами 34, электронная схема управления может быть выполнена в 45 виде микропроцессора 35, расположенного в корпусе 1, электрически соединенного с грузонесущим кабелем 36.

Работа насоса 27 контролируется дат-. чиком 37 воды в насосе, а работа 50 турбокомпрессора — датчиком 38. Датчики 5, 6, 21, 28, 29, 33 и датчики

37 и 38 электрически соединены через согласующие блоки (не показано) с микропроцессором 35, а коммутацион- 55 ный блок 39 электрически соединен с исполнительными элементами конструктивных блоков: турбокомпрессо3 1142 на выходе патрона 1 1 с обезвоживающим веществом, на корпусе которого закреплен нагревательный элемент 12.

На входе патрона 11 установлен электромагнитный клапан 13, соединенный с газозаборной трубой 14, выведенной наружу из корпуса 1 адсорбционного отсека ниже эластичного пакера 2.

Второй ряд элементов — дополнительный канал прокачки — представляет 1О собой последовательно соединенные электромагнитный клапан 15 на входе турбокомпрессора 7, дополнительный патрон 16 с адсорбентом, электромагнитный клапан 17, дополнительный пат- 1 рон 18 с обезвоживающим веществом и с нагревателем 19 на его корпусе, электромагнитный клапан 20, подсоединенный к газозаборной трубке 14. На выходе турбокомпрессора 7 установлен датчик расхода газа 21 в линии, соединенной через электромагнитный клапан 22 с полостью эластичного пакера 2 и через электромагнитный клапан 23 — с полостью гидрорасширителя 24. Снаружи на корпусе 1 гидрорасширителя 24, закреплены нагреватели

25 и 26, а внутри расположены насос

27, на корпусе которого выше водозаборных отверстий на разной высоте установлены датчики 28 и 29 уровня воды, и устройство доставки кислоты, содержащее, например, емкость 30 с ,кислотой и соленоид 31 с сердечником.

Полость гидрорасширителя соединена с наружным пространстром водозаборны35 ми каналами, в одном из которых расположен датчик 32 температуры. На выходе гидрорасширителя в водовыводя-, щем канале установлен датчик 33 тем40 пературы. ром 7, насосом 27; соленоидом 31, нагревателями 3, 4, 12, 19, 25 и 26, электромагнитными клапанами 9, 10, 13, 15, 17 и 20.

В качестве датчиков 5 и 6 может быть использована катушка индуктивности, намотанная на ферритовом кольце с зазором. Величина индуктивности такой катушки зависит как от температуры окружающей среды, так и от магнитной. проницаемости вещества в зазоре (в данном случае вода или воздух). Внешняя среда обозначена: А — среда над эластичным элементом пакера, Б — расплав льдя, В— газовая смесь над расплавом.льда.

Устройство работает следующим образом.

Микропроцессор 35 преобразует информацию от датчиков, определяет последовательность выборки команд из памяти и вырабатывает управляющие сигналы для коммутационного блока, который управляет работой исполнительных элементов, вызывая изменения состояния внешней среды. Таким образом, внешняя среда является цепью обратной связи между исполнительными элементами и датчиками.

После постановки устройства на забой по команде оператора Начало или при срабатывании датчика забоя (не показано) включаются нагреватели

25 и 26, происходит плавление льда в призабойной зоне и углубка устройства до тех пор, пока уровень воды не достигает датчика 28. Производится остановка устройства, подаются сигналы на включение турбокомпрессора 7, открытие клапанов 15, 17, 20 и 22 — производится постановка эластичного пакера 2. При этом контролируется температура турбокомпрессора датчиком 38, и объем воздуха, поданный под эластичный элемент пакера, датчиком 21 расхода газа. Если температура турбокомпрессора превысит эаданную критическую величину, то микропроцессором вырабатываются команды отключения турбокомпрессора 7, закрытие электроклапанов 15, 17, 20, 22 и производится выдержка. Когда температура турбокомпрессора снизится до нормальной, заранее заданной, то вырабатывается сигнал, который срав. нивается с информацией, хранящейся в ячейке памяти микропроцессора. Если к моменту перегрева турбокомпресВ 1142 сора объем воздуха, поданный под эластичный пакер, не достиг заданного значения, происходит повторное включение турбокомпрессора и клапанов 17, 20 и 22. Когда объем воздуха, поданный под эластичный элемент пакера 2, достигает заданной величины (записанной в памяти), происходит выключение турбокомпрессора 7, закрытие клапанов 15, 17, 20 и 22. Процесс 10 установки эластичного пакера закончен.

Если датчик 29 показывает наличие воды, вырабатываются команды на выключение нагревателей 25, 26,и включение нагревателей 3 и 4 — производится

f наплавление воды для ледяного пакера.

Когда вода при плавлении стенок скважины, скапливаясь над эластичным элементом пакера, достигает датчика контроля 6, вырабатывается команда, 20 ."на выключение нагревателей 3, 4 и включение нагревателей 25 и 26. Производится выдержка — происходит намораживание ледяного пакера. Сигнал датчика 5 (отсутствие. воды) сравнива- 25 ется с информацией в ячейке памяти микропроцессора и если в ячейке хранится лог. "0" (начальная установка), вырабатываются команды на выключение нагревателей 25 и 26,включение нагревателей 3, 4 и вторично наплавляется

ijopa над эластичным пакером. Если после вторичного наплавления датчик 5 через некоторое время покажет отсутствие воды, вырабатываются команды на выключение нагревателей 25 и 26, 35 включение нагревателя 3, и если температура среды над эластичным паке ром положительная (датчик контроля 5), вырабатываются команды на открытие клапанов 22 и 23, выпускается воздух из-под эластичного пакера, который занимает исходное положение, и когда датчик контроля 5 информирует об отсутствии воды, передает .управление 45 оператору "Конец". Когда пакеровка производится в зоне трещиноватости и наплавляемая вода не скапливается над пневматическим пакером, т.е. невозможно образование ледяного пакера,M микропроцессор приводит устройство в начальное состояние. Устройство необходимо переместить на другой горизонт. Если вода остается над эластичным пакером (датчик контро- 55 ля 5) и замерзает, происходит формирование ледяного пакера. Вырабатываются команды на включение турбоком754 6 прессора 7 и открытие клапанов 15, 17, 20 и 23 — производится сорбция газа, оставшегося в скважине в подпакерной зоне. Если температура турбокомпрессора 7 при этом остается в заданном пределе, то, когда датчик

21 покажет, что через цепь предварительной прокачки прошел необходимый объем газа, вырабатываются команды на закрытие клапанов 15, 17 и 20, открытие клапанов 9, 10, 13 и включе» . ние насоса 27. Производится плавлениеразмыв льда (образование каверны) и сорбция .газа, выделившегося из расплава. С помощью датчика температуры 37, закрепленного на корпусе насоса 27, контролируется его температура в процессе работы. Если температура насоса 27 превышает заданное значение, то вырабатываются команды на выключение нагревателей 25, 26 и насоса 27. Когда температура насоса опустится ниже заданной, включаются нагреватели 25, 26 и насос 27.

Если вода в каверне находится на уровне датчика 29 или выше его, то вырабатывается команда на срабатывание соленоида 31, происходит разрушение емкости 30 с кислотой. По сигналам датчиков 32 и 33 температуры определяется окончание плавления каверны. Объем выплавленной каверны является функцией температуры ледника, мощности нагревателей и производительности насоса. При известности значений названных параметров объем каверны определяется по разности температур выходящей (датчик температуры 33) и входящей вод (датчик температуры 32). Температура вы- ходящей воды не меняется во времени, а температура входящей воды зависит от объема каверны и определяется аналитически. Значение разности температур, соответствующее необходимому объему каверны, вводят в память микропроцессора. Производительность насоса практически влияет только на время плавления и форму каверны.

Однако при определении объема каверны производительность насоса необходимо учитывать, поскольку от интенсивности циркуляции воды в гидрорасширителе зависит ее температура. По этой причине контролируется не температура входящей воды, а разность температур. Когда значение разности температур выходящей и входящей

1142 воды равно, величине, записанной в память, производится сравнение значения необходимого объема газа, записанного в память, с объемом газа, прошедшего через основной канал про5 качки (контролируется датчиком расхо- . да 21), и, если они равны, то по команде "Конец сорбции" выключаются турбокомпрессор 7 и электромагнитные клапаны 9, 10 и 13. Следующий шаг 1О программы — вырабатываются команды на выключение нагревателей 25, 26, насоса 27 и включение нагревателя 3— образование каверны закончено, производится плавление ледяного пакера.

По сигналу датчика 5 (лед над эластичным элементом 2 расплавился) открываются электромагнитные клапаны

22 и 23 — эластичный элемент пакера

2 занимает исходное состояние. Когда наплавленная вода стечет, о чем информирует датчик контроля 5,.вырабатывается команда "Конец" — устройство готово к подъему. В процессе сорбции возможно, что обезвоживающее вещест- 2

754 8 во насыщается влагой, каналы забиты конденсатом, о чем свидетельствует снижение скорости движения газовой смеси, регистрируемое с помощью датчика 21 расхода газа. При этом производится регенерация осушителя — выключается турбокомпрессор 7, закрываются клапаны 9 и 10 или 15 и 17 (в. зависимости от того, какая цепь работает) и включается нагреватель

12 или 19. Образующиеся пары воды вытесняют из патрона с обезвоживающим веществом через открытый клапан

13 или 20. Затем работа продолжается по заданному алгоритму.

Применение изобретения позволяет получать пробу газа с глубоких горизонтов ледовых отложений (где применение многожильного грузонесущего кабеля невозможно). Предлагаемая конструкция устройства значительно повышает надежность его работы и гарантирует высокое качество отбираемой пробы.

1142754