Пробоотборник

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам морского пробоотбора и бурения мелких подводных скважин для геологических и инженерногеологических исследований Цель - повышение надежности автоматического регулирования интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колонне пробы Пробоотборник содержит корпус 3, жестко связанный с ним колонковый набор 1 с керноприемной полостью 7, и вакуумную камеру 4 В стенке нижней части колонкового набора 1 размешены на разных уровнях фильтры 17 и 18, сообщенные каналами 20 с торцовыми полостями 15 и 16 плунжерного клапана (ПК) 12, подпружиненного относительно корпуса 3. Перед спуском на дно из камеры 4 откачивают воздух, а ПК 12 переводится с помощью управляющего механизма 23 в крайнее правое положение, при котором канал 6 перекрыт ПК 12 После внедрения в грунт на глубину, при которой уровень грунта достигнет канала 19 верхнего фильтра 18, управляющий механизм отключают ПК 12 под действием пружины 14 смещается и сообщает камеру 4 с полостью 7 При этом давление в последней снижается, обратный клапан 10 закрывается, а в колонке керна возникает восходящий фильтрационный поток. Перепад давлений на уровнях фильтров 17 и 18 передается чере ка налы 20 на ПК 12, что заставляет его перемещаться , периодически перекрывая канал 6 1 ил (О (/

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 Е 21 В 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2!) 4663694/03 (22) 17.03.89 (46) 15.03.91. Бюл. № 10 (71) Донецкий политехнический институт (72) И. В. Равилов и А. А. Турянский (53) 622.243.64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1255709, кл. Е 21 В 25/00, 1986.

Авторское свидетельство СССP № 1498906, 20.11.87, (54 ) П РОБООТ БОР НИ К (57) Изобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам морского пробоотбора и бурения мелких подводных скважин для геологических и инженерногеологических исследований. Цель повышение надежности автоматического регулирования интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колонне «робы. Пробоотборник содержит корпус 3, жестко связанный с ним колонковый набор 1 с керноприемной полостью 7, и вакуумную

„„Я!) „„1634775 камеру 4. В стенке нижней части колонкового набора 1 размещены на разных уровнях фильтры 17 и 18, сообщенные каналами 20 с торцовыми полостями 15 и 16 плунжерного клапана (ПК) 12, подпружиненного относительно корпуса 3. Перед спуском на дно из камеры 4 откачивают воздух, а ПК 12 переводится с помощью управляющего механизма 23 в крайнее правое положение, при котором канал 6 перекрыт П К 12. После внедрения в грунт на глубину, при которой уровень грунта достигнет канала 19 верхнего фильтра 18, управляющий механизм отключают. ПК 12 под действием пружины 14 смещается и сообщает камеру 4 с полостью 7.

При этом давление в последней снижается, обратный клапан 10 закрывается, а в колонке керна возникает восходящий фильтрационный поток. Перепад давлений на уровнях фильтров !7 и 18 передается через каналы 20 на ПК 12, что заставляет его перемещаться, периодически перекрывая канал 6. 1 ил.

1634775

Изобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам морского пробоотбора и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований.

Целью изобретения является повышение надежности автоматического регулирования интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колоние пробы.

На чертеже показан пробоотборник, общий вид.

Пробоотборник содержит колонковый набор с башмаком 2 и корпус 3, жестко связанный с колонковым набором l. В корпусе 3 выполнена вакуумная камера 4 со штуцером 5, канал 6, сообщающий керноприемную полость 7 колонкового набора 1 с вакуумной камерой 4 и каналы 8, 9, связывающие керноприемную полость 7 с внешним пространством. В канале 8 размещен обратный клапан 10. Кроме того, в корпусе 3 выполнен канал 11, в котором установлен редукционный плунжерный клапан 12, имеющий отверстие 13, пружину 14 и хвостовики !5 и 16.

В башмаке 2 колонкового набора выполнены два гравийных фильтра !7 и 18, представляющие собой полости, заполненные гравием. Фильтры сообщены с помощью каналов 19, выполненных на расстоянии l друг от друга по вертикали с керноприемной полостью 7 колонкового набора 1, и посредством трубок 20, размещенных внутри колонкового набора 1, с участками 21 и 22 канала 11, расположенных по торцовым сторонам плунжерного клапана 12. Верхний фильтр 18 соединен с участком 22 канала 11 с подпружиненной стороны плунжерного клапана 12.

В корпусе 3 пробоотборника установлен также управляющий механизм 23 плунжерного клапана 12, выполненный, например, в виде электромагнита, связанного посредсгвом кабеля с судном (не показаны). При этом хвостовик 16 плунжерного клапана 12 установлен в полости 24 электромагнита 23.

Для внедрения колонкового набора в донный грунт может быть использован погружатель 25 любого типа, а для контроля за процессом углубки — датчик проходки (не показан).

Пробоотборник работает следующим образом.

Перед началом пробоотбора на палубе судна включают электромагнит 23, который втягивает в полость 24 хвостовик !6 плунжерного клапана 12, перекрывая канал 6 вакуумной камеры 4. После этого из последней через штуцер 5 откачивается воздух.

В этом положении пробоотборник опускают с борта судна на дно. В процессе спуска пробоотборника канал 11, трубки 20, фильтры 17, 18 и каналы 19 заполняются кидкосTblo. !1осле стабилизации пробоотборника на дне включают погружатель 25.

Под воздействием погружателя 25 колонковый набор 1 с башмаком 2 погружается в грунт, формируя колонку пробы. При этом канал 6 камеры 4 перекрыт плунжерным клапаном 12, восходящий поток жидкости в керноприемной полости 7 колонкового набора отсутствует, а жидкость, находящаяся в керноприемной полости 7, вытесняется поступающим керном через каналы 8 и 9 корпуса 3 во внешнее пространство.

После внедрения колонкового набора 1 в донный грунт на глубину, при которой уровень грунта достигнет канала 19 верхнего фильтра 18 (что можно определить по показаниям датчика проходки), отключают электромагнит 23. Плунжерный клапан 12 под действием пружины 14 смещается до упора хвостовика 15 о корпус 3. При этом отверстие 13 плунжерного клапана 12 и канал 6 вакуумной камеры 4 окажутся совмещенными.

В результате давление жидкости в керноприемной полости 7 колонкового набора 1, гидравлически сообщенной каналом 6 с вакуумной камерой 4, падает, обратный клапан 10 неуравновешенным гидростатическим давлением захлопывается, а в колонке керна под действием возникшего перепада давления между поровой жидкостью окружающего массива грунта и жидкостью над пробой возникает восходящий фильтрационный поток, который, фильтруясь между зерна ми грунтами, оказывает на них фильтрационное давление, частично или полностью нейтрализуя их вес. Поскольку величина силы трения несвязного керна о трубу прямо пропорционально зависит от веса грунта, слагающего керн, то наличие восходящего фильтрационного потока в колонке пробы снижает величину его напряженно-сжатого состояния и, следовательно, величину силы трения.

При этом исключаются проявления <свайного эффекта», увеличивается выход керна и повышается качество опробования.

Однако, если в процессе пробоотбора напряженность фильтрационного потока достигнет величины, при которой фильтрационные силы превысят вес керна с учетом взвешивания его водой, то начнется гидротранспортирование пробы, пульпообразование, что ухудшает качество пробы. Величина фильтрационных сил в поровой среде однозначно определяется значением градиента давления (градиента напора).

Автоматическая стабилизация в процессе пробоотбора заданного значения градиента набора достигается следующим образом.

В процессе пробоотбора с обратной промывкой значения давления жидкости на различных уровнях колонки керна будут различными из-за гидравлических сопротивлений движению жидкости в пористой среде.

Значения давления поровой жидкости на соответствующих уровнях расположения каналов 19 будут передаваться в данном устройстве через фильтры 17 и 18 и трубки 20 на участки 21 и 22 канала 11 по обеим сторонам от плунжерного клапана 12. При этом гравийные фильтры 17 и 18 предотвращают попадание минеральных частиц грунта в трубки 20 и канал Il и закупоривание их.

Таким образом, на плунжерном клапане 12 возникает усилие, обусловленное возникшим перепадом давления жидкости по сторонам от плунжерного клапана 12 на участках 21 и 22 канала 11. Причем давление на участке 21 канала 11 будет большим, чем на участке 22, так как первый из них соединен с фильтром 17, установленным ниже другого фильтра 18. Поэтому возникающее усилие будет стремиться сдвинуть плунжерный клапан 12, сжимая его пружину 14.

Величина перепада давления AP на плунжерном клапане 12 будет определяться существующим градиентом давления gradP фильтрационного потока в керне.

AP=gradРХ1. где 1 — расстояние между фильтрами 17 и 18

При напряженности восходящего фильтра ционного потока с градиентом давления ниже оптимального grad/" " возникающее усилие на плунжерном клагане 12 не преодолевает жесткости пружины 14 и канал 6 камеры 4 и отверстие 3 плунжерного клалана 12 продолжают оставаться совмещенными. Интенсивность обратной промывки возрастает и возрастает градиент давления З0 в керновом материале. Увеличение восходящего фильтрационного потока в колонке пробы происходит до достижения оптимальной величины. Г1ри превышении оптимального градиента давления на плунжерном клапане 12 возникает усилие, преодолевающее жесткость пружины 14 и смещающее нлунжерный клапан 12 с отверстием 13 относительно канала 6. В результате происходит дросселирование канала 6, возрастают гидравлические сопротивления восходящему потоку жидкости и интенсивность обратной промывки падает.

Если интенсивность обратной промывки стала по каким-либо причинам (например, из-за возрастания гидравлических сопротивлений по мере наполнения керноприемной полости 7 грунтом) меньше оптимальной, то плунжерный клапан 12 под действием пружины 14 сместится, в большей степени приоткрывая канал 6 вакуумной камеры 4.

В этом случае интенсивность обратной промывки увеличится.

Таким образом, подбором жесткости пружины 14 при определенных геометрических размерах плунжерного клапана 12 и расстояния 1 в данном устройстве можно достичь автоматической стабилизации заданного значения градиента напора фильтрационного потока в колонке керна.

По окончании пробоотбора выключают погружатель и включают электромагнит 23.

Канал 6 камеры 4 низкого давления перекрывается плунжерным клапаном 12, что исключает всасывание морской воды в вакуумную камеру 4 через колонку керна при подьеме пробоотборника через водную толщу.

После этого извлекают пробоотборник на поверхность и на палубе судна выгружают керн.

Формула изобретения

Пробоотборник, содержащий корпус, жестко связанный с ним колонковый набор с керноприемной полостью, вакуумную камеру и размещенный в корпусе дросселирующий клапан, установленный с возможностью сообщения вакуумной камеры с керноприем ной полостью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности автоматического регулировачия интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колонке пробы, он снабжен фильтрами, размещенными на разных уровнях в стенке нижней части колонкового набора, и управляющим механизмом, причем дросселирующий клапан выполнен в виде плунжерного клапана, подпружиненного относительно корпуса, полости в торцовых частях которого сообщены каналами через фильтры с керноприемной полостью, а управляющий механизм связан с плунжерным клана ном. (,оставите>< ь 11 (.ачойленко

Реаакт<>р М оандура Техрел А Кравчук Корректор T Колб>

Заказ 7З6 Тираж ЗВП 11оан всвое

ВН ИИ1(И Гос1ларств<он«>го коч итста п«и <обр< > <вин>< и открытиич нри I I(ÍÒ (:((.Р

11:З035, Мо ква. Ж:3;>. Раз в<скан «;<6 . < 4 5

11рои <и< .<ств< нно-иал ««.вский кочбин <т «(!ат< нт», < >< «<род, у з. Гаг,< .>««;<, I