Понятие об опробовании жидкостей и газов

Отбор и анализ проб воды производится как из естественных источников, так и из специальных гидрогеологических скважин или различных разведочных выработок. При гидрогеологической съемке и поисках из каждого водоносного горизонта или поверхностного водоема и водотока достаточно отобрать по одной пробе воды на полный анализ. В стадии предварительной разведки опробование ведется с расчетом освещения особенностей химического состава вод как по глубине, так и по площади объекта разведки. При детальных разведках отбор проб подчинен задачам более детальных гидрогеологических исследований и наблюдений за изменением качества вод во времени.

Изменение химического состава вод с глубиной выясняется путем периодического опробования глубоких скважин, пересекающих водоносные горизонты. Для опробования нижележащего горизонта верхние водоносные горизонты изолируются обсадными трубами. Перед отбором пробы должна быть проведена прокачка скважины, чтобы удалить из нее посторонние для опробуемого интервала жидкости и механическое загрязнение воды твердыми частицами.

В процессе опытных откачек из центральной скважины отбирается по одной пробе воды на полный химический анализ в конце каждого понижения. Из источников, намечаемых для питьевого водоснабжения, берутся пробы не только для химических, но и для бактериологических анализов.

Для отбора проб в скважинах применяются желонки или специальные пробоотборники и водоносы, предназначенные для взятия пробы воды с определенного интервала скважины. Для по­слойного опробования водоносного горизонта имеются фильтры специальной конструкции («промывочный», шнековый»).

В источнике или при самоизливе воды из горной выработки или буровой скважины пробы отбирается непосредственно из струи воды. В фонтанирующей скважине проба может отбираться из струи воды через 1—2 ч после начала фонтанирования.

Для полного химического анализа должно быть взято 1, 5— 2 л воды; для сокращенного анализа достаточно 1 л. В сильно минерализованных водах объемы проб могут быть уменьшены вдвое — соответственно до 1 и 0, 5 л. Для определения агрессивности воды отбираются 0, 3—0, 4 л. Пробы воды должны транспортироваться и храниться в стеклянных бутылках с плотно притертыми пробками. В некоторых случаях практикуется заливка пробок парафином или сургучом.

Качество подземных вод определяется количествами и соотношением содержащихся в них положительных и отрицательных ионов, содержанием недиссоциированных веществ, реакцией кислотности (рН) и некоторыми другими показателями. Вода, предназначенная для питьевого водоснабжения, должна быть прозрачной, без запаха и не заражена болезнетворными микроорганизмами. Для централизованного питьевого водоснабжения сухой остаток воды не должен превышать 1000 мг/л, а общая жесткость воды — 20 нем. град.; содержания металлов не должны превышать (мг/л): свинца 0, 1; мышьяка — 0, 05; фтора 1, 5; меди 3; цинка 5. Воды, используемые для орошения полей, анализируются с целью определения общего содержания растворимых солей и их состава, а также определяется температура воды. В результате анализов вычисляется так называемый ирригационный коэффициент. Он выражается высотой столба воды (в дюймах), который при испарении дает количество щелочей, достаточное для того, чтобы почва стала вредной для большинства культурных растений до глубины 1, 2 м. При опробовании термальных вод и минеральных источников кроме определений химического состава их измеряется температура у забоя скважины и на высоте излива, определяется содержание различных газов как на месте излива (сероводород, углекислота), так и и лаборатории при производстве полных химических и радиометрических исследований. Все названные и другие испытания проб выполняются в специализированных лабораториях.

Отбор и анализ проб нефти отличаются разнообразием. В начальный период поисково-разведочного процесса при встрече горных пород, которые по внешним признакам представляются пропитанными нефтью, берутся пробы на качественный анализ для подтверждения нефтеносности этих пород. В пробирку помещают 2—3 см³ измельченной породы и заливают таким же количеством бензина. По окраске жидкости можно судить о степени насыщенности породы нефтью. Прокаливание образца нефтеносной породы в пламени паяльной трубки сопровождается выделением дыма с запахом жженой резины. В процессе разведки выявленного месторождения нефти отбор проб производится исключительно из буровых скважин.

При появлении нефти в скважине производится отбор пробы в зависимости от интенсивности нефтепроявления — вычерпыванием или наливом при фонтанировании. В скважинах ударного бурения пробы отбираются желонкой — не менее 2 л жидкости. В случае обильного выхода нефти от струи отбирается обычно 3 л.

В процессе разведочного бурения должно проводиться опробование по каждому интервалу скважины, пересекающему нефтеносный горизонт. На месте производства работ (на буровой вышке) определяется величина пластового и забойного давления, примерный состав жидкости по соотношению в ней нефти, воды, газа, плотности нефти. Все это вместе с отбором проб называется испытанием пласта или горизонта. Такие испытания могут проводиться сверху вниз и снизу вверх по скважине. В практике чаще применяется испытание горизонтов снизу вверх. Для этого в скважину опускается колонна обсадных труб до забоя с цементированием затрубного пространства выше продуктивных горизонтов. Затем против очередного горизонта, намеченного к опробованию, простреливаются дыры и производится откачивание жидкости из скважины до тех пор, пока не пойдет нефть из данного пласта. После взятия проб нефти колонну заливают цементом до дыр и по затвердении последнего переходят к опробованию вышележащего горизонта. В последнее время применяются специальные снаряды различных конструкций, называемые «испытателями пластов».

Наиболее достоверные данные о качестве нефти получаются при пробной эксплуатации как из поисковых, так и из разведочных скважин. Длительность пробной эксплуатации от 1 до 6 месяцев. За это время периодически отбираются пробы нефти (через 5—10 дней).

Испытание проб нефти заключается в ее элементарном анализе и фракционной (дробной) перегонке. Элементарный анализ выполняется общими методами органической химии; главными компонентами, подлежащими определению, являются водород, углерод, азот и сера. При элементарном анализе определяются также следующие показатели: плотность нефти при температуре 0 и 15, 5°С; вязкость нефти при температуре 15, 5 и 85°С; температура вспышки и теплотворность при помощи калориметра. Последнюю можно вычислить ориентировочно по формуле Д. И. Менделеева

Q = 81С + З00Н - 26 (О - S_л), кДж/кг,

где S_л — сера, участвующая в горении (сера летучая).

Технические свойства нефти в первом приближении устанавливаются путем дробной перегонки при двух температурных интервалах: от атмосферной в момент опыта до 150°С и вторым нагревом выше 150°С. В первой фракции возгоняются наиболее легкие продукты — нафт и газолин, во второй накапливаются керосиновые и соляровые дистилляты. В остатке от перегонки находятся смазочные масла и парафин.

Отбор и анализ проб газа из естественного его выхода или разведочной скважины требуют некоторых простейших подготовительных операций. Каптаж газа из почвы осуществляется при помощи опрокинутой воронки, присыпанной землей (рис. 112). Газирующая скважина закрывается пробкой или колпаком с отверстиями для газоотводной трубки. Существует несколько способов взятия пробы газа.

Рис. 112. Подготовка сухого Рис. 113. Наполнение бутыли

естественного выхода газа газом путем засасывания.

1 — воронка металлическая; 2 барометрическая трубка

2 — засыпка земляная

Способ вытеснения воды заключается в наполнении газом сосуда с водой, опрокинутого в резервуар также с водой (рис. 113). Если давление газа под воронкой и в каучковой трубке слишком мало, то приходится засасывать газ в бутыль путем подъема ее с таким расчетом, чтобы уровень воды в бутыли был как можно выше уровня воды в открытом сосуде, с которым бутыль сообщается горловиной.

Способ продувания газом представляет собой вытеснение воздуха из сосуда струей поступающей в него газовой пробы. Соответственно бутыль герметически закупоривается и через пробку к ней подводятся две трубки — одна для нагнетания газа, а другая для свободного выхода вытесняемого из бутыли воздуха. Первая трубка опускается до самого дна сосуда. Для надежного вытеснения воздуха следует пропустить через бутыль десятикратный объем опробуемого газа.

Способ заполнения резинового баллона подобен надуванию футбольной камеры или воздушного шара. Газ под давлением подводится к баллону и последний надувается. Следует иметь в виду, что активные газы способны разъедать резину, и поэтому данный способ применим для опробования не всякого газа. Другие способы отбора газовых проб, основанные на искусственном вакууме, требуют специальной аппаратуры.

Обычные разведочные пробы отбираются в объемах 1—2 л. При мощных газовых фонтанах для детальных исследований и производственных опытов отбираются большие пробы газа в баллоны емкостью 30—50 л.

Исследования газа ведутся в специализированных лабораториях.