устройство для отбора проб из подледных водоемов

Формула изобретения

Устройство для отбора проб из подледных водоемов, включающее цилиндрический корпус, нагреватель, кабельный замок для крепления его на грузонесущем кабеле, насос для прокачки исследуемой воды, клапан для изоляции отбираемой пробы от окружающей среды, отличающееся тем, что оно снабжено блоком, содержащим набор параллельно соединенных кассет с микробиологическими фильтрами, причем диаметры кассет различны и увеличиваются к низу блока, дополнительным нагревателем, расположенным в верхней части корпуса, и дополнительным клапаном, причем блок кассет размещен между двумя клапанами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и исследованию скважин во льду для микробиологических, геохимических и других видов исследований скважин во льду и подледных водоемов.

Известно устройство по авторскому свидетельству №1488717, G 01 N 1/10, публ. БИ №23, 1989, "Устройство для отбора жидких проб из ледовых массивов", 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. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и вероятность загрязнения подледных водоемов посторонней микрофлорой.

Известно также устройство, принятое за прототип по патенту РФ №2182225, G 01 N 1/02, публ. 2002 г., "Термобуровой пробоотборник", для взятия проб льда и воды при бурении скважин в ледниковых покровах, а также для асептического вскрытия ледниковых водоемов с последующей надежной изоляцией от вышерасположенного ствола скважины, заполненного заливочной жидкостью.

Термобуровой пробоотборник, корпус которого представляет собой толстостенную трубу, 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.

Недостатком устройства является сложность конструкции пробоотборника, недостаточно надежная технология пробоотбора, а также низкое качество отбираемой пробы, так как проба отбирается из воды, предварительно заполняющей нижние горизонты скважины, где она замораживается.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, то есть повышение надежности работы устройства и повышение качества отбираемой пробы непосредственно из подледного озера.

Технический результат достигается тем, что устройство для отбора проб, включающее цилиндрический корпус, нагреватель, кабельный замок для крепления его на грузонесущем кабеле, насос для прокачки воды, клапан для изоляции отбираемой пробы от окружающей среды, согласно изобретению снабжено блоком, содержащим набор параллельно соединенных кассет с микробиологическими фильтрами, причем диаметры кассет различны и увеличиваются к низу блока, дополнительным нагревателем, расположенным в верхней части корпуса и дополнительным клапаном, причем блок кассет размещен между двумя клапанами.

Благодаря этому повышается качество отбираемой пробы и увеличивается объем исследуемой подледной воды.

Устройство для отбора проб из подледных водоемов поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства.

Устройство содержит: цилиндрический корпус 1, в котором смонтированы нижний 2 и верхний 3 нагреватели, грузонесущий кабель 4 для выполнения спуско-подъемных операций, кабельный замок 5 для крепления устройства на грузонесущем кабеле 4, блок электроразъемов 6, блок 7, содержащий набор параллельно соединенных кассет 8, в каждой из них находится микробиологический фильтр 9 (например:поликарбонатный фильтр 0,23 мкм), два электромагнитных клапана 10 для изоляции исследуемой пробы от окружающей среды и насос 11 для прокачки исследуемой воды через блок 7. Труба 12 служит для выливания отфильтрованной воды в озеро.

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 4. Так как за время спуско-подъемных операций вода, поднявшаяся в скважину, может намерзнуть на стенках скважины, устройство опускают с включенным нижним нагревателем 2. На заданной глубине открываются электромагнитные клапаны 10, и включают насос 11, который прокачивает исследуемую воду через блок 7. При этом вода прокачивается через все кассеты блока фильтров параллельно, благодаря чему суммарная площадь фильтров при сравнительно небольшом диаметре пробоотборника позволяет значительно увеличить объем исследуемой пробы. Профильтрованная вода через трубу 12 попадает обратно в озеро. По окончании процесса пробоотбора электромагнитные клапаны 10 закрывают, выключают насос 11, и устройство извлекают из скважины. При подъеме устройства включают верхний нагреватель 3, который калибрует скважину в случае намерзания воды, поднявшейся из подледного водоема в нижнюю часть скважины. После извлечения устройства из скважины из него вынимается блок 7 (вместе с электромагнитными клапанами 10, находящимися в закрытом положении) и передается для исследования специалистам.

В результате при работе устройства соблюдаются все условия для обеспечения стерильного пробоотбора и сохранения уникальной реликтовой системы подледного озера в первозданном виде.