Вакуумно-гидростатический пробоотборник

 

Изобретение относится к техническим средствам бурения мелких подводных скважин для геологических и инженерно-геологических исследований. Целью изобретения является повышение качества опробования за счет фиксации конечной длины пути фильтрации в начальный момент внедрения пробоотборника .Вакуумно-гидростаткческий пробоотборник включает колонковую трубу 1 и камеру 2 низкого давления, сооб

G 01 N 1/02, Е 21 В 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПРИ fHHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

N А ВТСРСЙОВВ СЮИДВТВЬСТВ У (21) 4762232/26 (22) 27.11.89 (46) 23.12.91.Бюл. М 47 (71) Донецкий политехнический институт (72) И.В.Равилов, В.А.Русаков, А.Н.Рудковский и О.А.Ерофеев (53) 543.053 (088.8) (56) Шелковииков И.Г., Лукошков А,В.

Технические средства подводного разведочного бурения и опробования.—

Л.:.Изд-во Ленинградского университета,.1979, с 104-107.

„.SU.„1700420 А 1

2 (54) ВАКууЧИО-ГИЦРОСТАТ11ЧЕСКИЙ ПРОБООТБОРИИК (5?) Изобретение относится к техническим средствам бурения мелких подводных скважин для геологических и инженерно-геологических исследований.

Целью изобретения является повышение качества опробования за счет фиксации конечной длины пути фильтрации в начальный момент внедрения пробоотборника.Вакуумно-гидростатический пробоотборник включает колонковую трубу 1 и камеру 2 низкого давления, сооб1700420,щающуюся каналом 3 с полостьк колонковой трубы l кольцевой экран, уста- новленный в нижней части колонковой трубы Г, и клапан 13, связанный с.. кольцевым экраном, и перекрывающий канал 3 камеры 2 низкого давления..

При этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки 4, установленной с опережением колонковой трубы 1, 10 спиц 5, шарнирно закрепленных по периметру контактной втулки 4 и обтянутых водонепроницаемым материалом 6, ( и тяг 7, шарнирно связанных со спица" ми 5 и устройством Фиксации кольце- 15 вого экрана относительно колонковой трубы 1. Клапан 13 камеры 2 низкого всего несколько сантиметрбв, Под действием возникшего перепада между гидростатическим давлением и давлением в полости колонковой трубы в грунтовом водонасыщениом массиве возникает фильтрационный поток жидкости, на30 правленный от свободной поверхности морского дна в полость колонковой трубы. Фильтрационный поток жидкости, фильтруясь между минеральными зернами грунта, оказывает на них фильтрационное давление Ф, которое

35 определяется следующим образом

ЬН

Ф г1и б Al где ф — удельный вес воды;

40 5H — перепад между гидро с татическим давлением и давлением в полости колонковой трубы; 1 — длина пути фильтрации.

При .малой длине пути фильтрации, И., что характерно для начального момента внедрения нробоотборника

ВГП-6 в донные осадки, значение фильтрацйонного давления Ф получается

50 черезмерно большим, В результате сКрлет грунта под лезвием башмака пробоотборника разрывается фильтрационным давлением потока жидкости и по-. лость колонковой трубы эа доли секунды оказывается заполненной водородной смесью, отобранной из самого верхнего слон дна, Изобретение относится к техническим средствам пробоотбора и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических инженерно-геологических исследований.

Известен вакуумно-гидростатический пробоотборник ВГП-6, включающий колонковую трубу, закрытую сверху крышкой, Нижний конец трубы снабжен башмаком, отверстие которого перекрыто составным поршнем. Последний удерживается стопорами, связанными со штоком, выступающим ниже лезвия башмака. Перед спуском пробоотборника из полости колонковой трубы откачивают воздух. В момент удара штока о дно стопоры освобождаются и поршень за счет действия усилия; обус ловленного разницей гидростатичес-, кого давления окружающей среды и низкого давления в полости колонковой трубы, перемещается вверх, создавая разрежение над керном. Пробоотборник

I внедряется в дно под действием кинетической энергии, накопленной во время спуска, и в результате усилия, созданного разницей гидростатического давления и низкого давления внутри колочковой трубы.

Недостатком данного пробоотборника является низкое качество опробования, Разрежение над керном создает-, ся в первые же моменты процесса пробоотбора, когда внедрение колонковой трубы в донные осадки .составляет давления связан с кольцевым экраном с возможностью открытия канала 3 камеры 2 низкого давления в рабочем положении кольцевого экрана, Устройство фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы 1 выполнено в виде втулки,.с которой шарнирно связаны тяги 7 кольцевого экрана, проточки 11, выполненной на колонковой трубе 1; и кулачков 8, размещенных в проточке 11 колонковой трубы 1 и жестко связанных с тягами 7 кольцевого экрана. Причем кулачки 8 установлены с возможностью выхода из проточки ll колонковой трубы в рабочем положении кольцевого экрана.

1 э.п.m-лы, 2 ил.

I! 7004,20

Известен вакуумно-гилростатический пробоотборник Петерсона-Еулленбер-, га, состоящий из камеры низкого давления, колонковой трубы, входное отверстие которой перекрыто плавающим поршнем, удерживаемым Фиксаторами. связанными со спусковым штоком. В момент контакта спускового штока с дном Фиксаторы освобождают поршень, который под действием гидростатичес кого давления окружающей среды перемещается по колонковой трубе вверх, создавая разрежение над керном.

Пробоотборник внедряется в грунт под действием энергии, накопленной им при .спуске, и разницы гидростатического давления и давления внутри трубы, Недостатком пробоотборника является низкое качество опробования,.обус- 20 ловленное следующим фактором. Разрежение над керном создается в первые же моменты процесса пробоотбора, когда внедрение колонковой трубы в донные осадки составляет всего несколько сантиметров. Под действием возникшего перепада между гидростатическим давлением и давлением в полости колонковой трубы в грунтовом водонасыщенном массиве возникает фильтрацион- З0 ный поток жидкости, направленный от свободной поверхности морского. дна в полость колонковой трубы, Фильтрационный поток жидкости, фильтруясь между минер +bHb зернами грунта оказывает на них фильтрационное давление Ф которое определяется по указанной Формуле, При малой длине пути фильтрации 1, что характерно для начального момента внедрения про- 40 боотборника Петерсона-Кулленберга в донные осадки, значение фильтрационного давления Ф получается настолько

I большим, что скелет грунта под торцом колонковой трубы разрывается фильтрационным давлением потока жид1 кости. оПолость колонковой трубы за одни секунды оказывается заполненной водородной смесью, отобранной из самого верхнего слоя дна.

Целью изобретения является повышение качества опробования за счет увеличения длины пути фильтрации.

Вакуумно-гидростатический пробоотборник содержащий колонковую тру1

55 бу и камеру низкого давления, сообщающуюся каналом с полостью колонковой трубы, снабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части ь колонковой трубы, и клапаном, связанным с кольцевым экраном и перекры. вающим канал камеры низкого давления, при этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки, установленной с опережением колонковой трубы, спиц, шарнирно закрепленных по периметру контактной втулки и обтянутых водонепроницаемым материалом, и тяг, шарнирно связанных с устройством фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы, причем клапан камеры низкого давления связан с кольцевым экраном с возможностью открытия канала камеры низкого давления в рабочем положении кольцевого экрана, устройство фиксации кольцевого экрана, относительно колонковой трубы выполнено в виде втулки, с которой шарнирно связаны тяги кольцевого экрана, проточки, выполненной на колонковой трубе, и кулачков, размещенных в проточке колонковой трубы и жестко связанных с тягами кольцевого эк рана, причем кулачки установлены с возможностью выхода из проточки колонковой трубы в рабочем положении кольцевого экрана.

Таким образом, по.сравнению с известным предлагаемый пробоотборник снабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части колонковой труGb>, и клапаном, связанным с кольцевым экраном и перекрывающим канал камеры низкого давления, при этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки, установленной с опережением колонковой трубы, спиц, шарнир.— но закрепленных по периметру контактной втулки и обтянутых водонепроницаемым материалом, и тяг, шарнирно связанных со спицами и устройством

Фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы, причем клапан камеры низкого давления связан с кольцевым экраном с возможностью открытия канала камеры низкого давления в рабочем положении кольцевого экрана.

Устройство фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы выполнено в виде втулки, с которой шарнирно связаны тяги кольцевого экрана, проточки, выполненной на колонковой трубе, и кулачков, размещенных в проточке колонковой трубы и жестко связанных с .тягами кольцевого экрана, причем кулачки установлены с возможностью выхода из проточки ко1700420 лонковой трубы в рабочем положении кольцевого экрана. Таким образом, поаьппается качество опробований за счет увеличения длины пути фильтрации.

На фиг.l изображен вакуумно-гидро<"„татическнй пробоотборник в процес<се спуска на дно, на фиг.2 — то же, процессе работы.

Вакуумно-гидростатический пробо-:тборник содержит колонковую трубу 1, камеру 2 низкого давления, которая ообщена с полостью.колонновой трубы каналом 3, и кольцевой экран, уста-, 1 овленный в нижней части колоновой трубы 1. - Кольцевой экран остоит иэ контактной втулки 4,усановленной с опережением колонковой рубы 1, шарнирно присоединенных по

1 ериметру контактной втулки 4 спиц 5, бтянутых водонепроницаемым матеиалом 6. Тяги 7 с кулачками 8 шарирно соединены одним кольцом со пицами 5, а другим — с втулкой 9, которой выполнена кольцевая проточка 1О. На колонковой трубе 1 выполнена в нижней части проточка 11, в верхней части размещены защелки

2 ф

В канале 3 установлен плунжерный клапан 13 с буртом 14, соединенный гибкой связью 15 со спицей 5 и поджатый пружиной 16. Плунжерный клапан

13 снабжен фиксатором 17. В верхней части вакуумно-гидростатический пробоотборник связан с грузовым тросом

18 (фиг.1) .

Вакуумно-гидростатический проботборник работает следующим образом.

Перед началом работы в камере 2

1изкого давления создается разрежение. Пробоотборник опускают на дно на грузовом тросе 18. При этом канал

3 камеры 2 низкого давления перекрыт под действием пружины 16 плунжерным . клапаном 13. В процессе спуска пробоотборника на дно кольцевой экран ис-. пытывает лобовое сопротивление воды, однако выполнение контактной втулки 4 достаточно массивной позволяет избежать преждевременного раскрытия кольцевого экрана.

При постановке пробоотборника на дно контактная втулка 4 упирается в грунт и перемещается вверх, При этом спицы 5 и тяги 7 проворачиваются в шарнирах, -кулачки 8 выходят из зацепления с проточкой 11, а втулка 9 перемещается вниз, что ускоряет про.цесс раскрытия кольцевого экрана. В момент касания колонковой трубы 1 с дном кольцевой экран полностью раскрывается и водонепроницаемый материап 6 прилегает к поверхности дна, При полном раскрытии спица 5 через гибкую связь 15 открывает, сжимая пружину 16, плунжерный клапан 13, который защелкивается за бурт 14 фиксатором 17. Камера 2 низкого давления сообщается с полостью колонковой трубы 1, в которой резко понижается

I давление. Под действием возникшего

° перепада между давлением в полосl5ти колонковой трубы 1 и гидростатическим давлением окружающей среды в грунтовом водонасыщенном массиве возникает фильтрационный поток жидкости, направленный от свободной поверхности морского дна в полость колонковой трубы.

Фильтрационный поток жидкости, фильтруясь между минеральными зер25 нами грунта, оказывает на них фильтрационное давление Ф, частично компе::— сируя вес грунта и снижая прч этом силы трения керна о стенки колонковой трубы. При этом минимальная длина путем фильтрации p i первые моменты внедрения пробоотборника в грунт определяется размерами кольцевого экрана и является конечной фиксированной величиной. Это исключает возникновение черезмерно большого фильт35 рационного давления Ф и прорыв скелета грунта фильтрационным потоком, что повышает качество опробования, Соединение плунжерного клапана 13 гибкой связью 15 со спицей 5 обеспечивает сообщение камеры 2 низкого давления с полостью колонковой трубы 1 в момент полного раскрытия кольцевого экрана, а следовательно, в момент касания колонковой трубы l дна, повышая надежность срабатывания устройства.

Вакуумно-гидростатический пробоотборник внедряется в грунт под действием кинетической энергии, накоп50 ленной им во время спуска, и за счет разности гидростатического давления окружающей среды и низкого давления в полости колонковой трубы 1. По окончании защелки l2 входят в кольцевую проточку 10 втулки 9. После этого пробоотборник извлекают из скважины совместно с кольцевым экраном, который под действием веса контактной

1700420

Фиг.

Составитель И, Равилов

Техред А.Кравчук

Редактор ;I,Булла

Корректор Н.Ревская

Заказ 4461 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изооретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 втулки 4 BHQBb принимает сложенное положение.Применение вакуумно-гидростатического пробоотборника позволит повы5 сить качество опробования за счет фиксации конечной длины пути фильтрации в начальные моменты внедрения пробоотборника.

Ф

Формулаизобретения10

1. Вакуумно-гидростатический npo= боотборник, включающий колонковую трубу и камеру низкого давления, сообщающуюся каналом с полостью колонковой трубы, отличающийся тем, что, с целью повншения качест.ва опробования, пробоотборник снабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части кол ройством Фиксации кольцевого экрана и клапаном, установленным в канале и свяэанным с кольцевым экраном, при этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки, установленной с опережением на колонковой трубе, снабжен спицами, шарнирно закрепленными по ее периметру и обтянутыми водонепроницаемым материалом и тягами, шарнирно связанными со спицами и устройством фиксации, 2. Пробоотборник по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что устройство фиксации кольцевого экрана снабжено втулкой с кулачками, сопряженными с проточкой в колонковой трубе и связанными тягами с кольцевым экраном.