Буровая установка ракитина и.я. для подводного аппарата
Владельцы патента RU 2580121:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к техническим средствам для отбора проб. Установка для бурения с борта подводного аппарата включает консольную раму с направляющими штангами, подвижный подпружиненный вращатель с выходным валом, подвижную траверсу и колонковую трубу с буровой коронкой. Гидроцилиндр подачи усилия на ось бурения установлен параллельно оси бурения и соединен с неподвижным кронштейном с одной стороны, а с другой - с кронштейном подвижной траверсы с поджатым к ней посредством пружин вращателем, снабженным насосом для промывки буровой коронки, выполненным с возможностью всасывания воды из окружающей среды и дальнейшего нагнетания ее в скважину через колонковую трубу, установленную в люнет. Обеспечивается улучшение качества получаемых образцов. 8 ил.
Изобретение относится к техническим средствам для отбора образцов (кернов) скальных пород дна океана с борта подводного обитаемого аппарата и может быть использовано при проведении океанологических исследований, геологоразведочных и инженерных работ.
По совокупности существенных признаков прототипом предлагаемого устройства может являться пробоотборник подводного аппарата по АС SU № 1458757 А1. Он включает подводный обитаемый аппарат, к опорной лыже которого посредством шарнира крепится консольная рама, на которой с помощью шарнира установлена рама с направляющими штангами, на которых установлен подпружиненный вращатель, связанный с буровым инструментом и приводным гидроцилиндром, расположенным на одной оси с вращателем и буровым инструментом.
Однако данное устройство не позволяет отбирать образцы скальных пород (керны) более 200 мм в длину и диаметром не более 20 мм, поскольку его высота занимает все допустимое пространство в зоне визуального контроля, и не позволяет установить гидроцилиндр подачи усилия на забой большего размера, что является существенным недостатком устройства. В результате биения алмазной коронки не всегда удается получить качественные керны. Предусмотренная в данном устройстве «обратная» промывка бурового шлама не дает желаемого результата, что также негативно сказывается на качестве получаемых образцов
Целью настоящего предложения является возможность отбирать керны скальных пород длиной до 400 мм, диаметром 21, 25, 40 мм без изменения размеров и высоты буровой установки, что важно в условиях ограниченного пространства в зоне визуального обзора подводного обитаемого аппарата и улучшения качества получаемых кернов за счет изменения схемы промывки бурового шлама и применения устройства исключающего биение алмазной коронки.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве глубина бурения и длина полученного керна ограничена длиной штока гидроцилиндра 1 (фиг.1), расположенного на одной оси с буровым инструментом. Установка большего гидроцилиндра невозможна из-за пропорционального увеличения линейных размеров буровой установки. Вынос буровой мачты за пределы носовой балластной цистерны 2 (фиг.1) недопустим из-за нарушения соосности с центром тяжести балластной цистерны и потери значительной части нагрузки на ось бурения.
В предлагаемом устройстве гидроцилиндр подачи усилия 1 (фиг.1) на забой расположен параллельно оси бурения и расположения подвижной траверсы 3 (фиг.1), что позволяет установить гидроцилиндр большего размера с выходом штока до 450 мм, что соответствует глубине бурения с выходом керна до 400 мм. В верхней части буровой установки предусмотрен кронштейн 4 (фиг.3) для использования при необходимости манипулятора подводного обитаемого аппарата. Качество получаемых кернов улучшается за счет применения люнетного устройства 5 (фиг.4), позволяющего удерживать удлиненный буровой инструмент на оси бурения и исключает биение бурового инструмента, что значительно сказывается на качестве получаемых образцов.
Возможность практической реализации.
На чертеже фиг.1 - буровая установка подводного аппарата, общий вид, схема установки на обитаемом подводном аппарате.
На чертеже фиг.3 и фиг.4 показана буровая установка подводного аппарата, общий вид. На чертеже фиг.5 - подвижный вращатель с рабочим буровым инструментом, устройство бурового насоса (фиг.6) и схема промывки бурового шлама в процессе отбора керна. На чертеже фиг.7 и фиг.8 - люнетное устройство.
Устройство включает подводный обитаемый аппарат 6 (фиг.1), к раме 7 которого посредством шарнира 8 крепится консольная рама 9, на которой с помощью шарнира 10 установлена рама 11 (фиг.2). Консольная рама 9 связана с подводным аппаратом 6 гидроцилиндром 12, а с рамой 9 - гидроцилиндром 13 (фиг.2). На направляющих штангах 14 (фиг.3) установлен подвижный вращатель 15, поджатый пружинами 16 относительно подвижной траверсы 3 (фиг.4), связанной гидроцилиндром подачи 1 (фиг.3), нижняя часть которого установлена на неподвижный кронштейн 17, а верхняя - на кронштейн 18 подвижной траверсы. Подвижный подпружиненный вращатель 15 (фиг.4) включает приводной гидродвигатель 19 (фиг.4). Выходной вал 20 (фиг.5) подвижного подпружиненного вращателя 15 выполнен со шлицами и сопряжен со шлицевой муфтой 21, установленной на верхней части колонковой трубы 22, которая снабжена буровым инструментом 23 с кернорвательным кольцом 24, буровой коронкой 25, накопителем отобранных образцов внутри колонковой трубы 22, буровым насосом с лопастной втулкой 26 с всасывающим отверстием 27 и нагнетающем отверстием 28 (фиг.6). Вода из окружающей среды попадает в буровой насос через отверстие 27 и через патрубок 29 нагнетается в камеру 30, далее через отверстия 31 (фиг.5) в колонковую трубу 22, к буровой коронке 25 и через образовавшуюся скважину 32 в окружающую среду.
Подвижный подпружиненный вращатель 15 (фиг.4) снабжен возвратными шпильками 33, установленными в отверстия кронштейнов 34 подвижной траверсы 3 и в резьбовые отверстия корпуса бурового вращателя 15.
Буровая установка работает следующим образом
Выбрав объект для пробоотбора, подводный обитаемый аппарат 6 (фиг.1) опускается на грунт. Консольная рама 9 и рама 11 с помощью гидроцилиндров 12 и 13 (фиг.2) переводятся из походного положения в рабочее, при этом направляющие штанги 14 с упорами 35 (фиг.4) устанавливаются на участок дна, где будет производиться пробоотбор. Угол наклона рамы 9 (фиг.2) задается гидроцилиндром 12. После этого включается приводной гидродвигатель 19 (фиг.4), который посредством шлицевой части выходного вала 20 (фиг.6) сопряжен со шлицевой муфтой 21 на колонковой трубе 22 передает вращение на рабочий буровой инструмент 23 с буровой коронкой 25. С помощью гидроцилиндра подачи 1 (фиг.3) через подвижную траверсу 3 (фиг.4) и пружины 16 на подвижный подпружиненный вращатель 15 и колонковую трубу 22 с буровой коронкой 25 подается осевая нагрузка, под действием которой при вращении колонковой трубы 22 происходит выбуривание образца. Пружины 16 (фиг.4) служат для аккумуляции осевой нагрузки, подаваемой на коронку 25, и гасят вибрацию колонковой трубы 22.
При вращении колонковой трубы 22 лопастная втулка 26 (фиг.6) всасывает воду из окружающей среды через отверстие 27 в корпусе бурового вращателя и нагнетает ее через отверстие 28 и патрубок 29 в камеру 30 (фиг.5), откуда вода через отверстия 31 в колонковой трубе 22 попадает к буровой коронке 25 и промывает ее от микрочастиц разрушенной породы (шлам) согласно схеме на (фиг.5). Такой способ - «прямая промывка» - позволяет эффективно удалять шлам из скважины.
Отрыв выбуренного образца породы производится кернорвательным кольцом 24 (фиг.5) при подъеме колонковой трубы 22 из скважины. При этом усилие, необходимое для отрыва образца, передается на кернорвательное кольцо 24 от гидроцилиндра подачи 1 через подвижную траверсу 3 (фиг.4) и возвратные шпильки 33, смещающиеся по отверстиям кронштейнов 34 до упора, благодаря чему происходит подъем подвижного вращателя 15 по направляющим штангам 14 с отрывом полученного керна.
При отборе следующего образца скальной породы в последующих точках отбора проб выбуриваемый образец продвигает предыдущий в верхнюю часть колонковой трубы 22 (фиг.5).
При выполнении работ по отбору проб стабильную работу бурового инструмента 23 обеспечивает люнет 5 (фиг.4), установленный на кронштейне 36, который удерживает консольную часть бурового инструмента и исключает вибрацию и биение при вращении. Устройство состоит из трех вращающихся роликов 37 (фиг.7), на которых установлены резиновые кольца 38 для бесшумной работы, соединенные верхней и нижней скобами 39. При этом два противоположных ролика расположены на скобах на 2 мм ниже горизонтальной оси для надежного удержания бурового инструмента 23 (фиг.8). Конструкция позволяет рабочему инструменту легко выйти из захвата люнета при необходимости его сброса в случае заклинивания в скважине.
Установка для бурения с борта подводного аппарата, включающая консольную раму с направляющими штангами, подвижный подпружиненный вращатель с выходным валом, подвижную траверсу и колонковую трубу с буровой коронкой, отличающаяся тем, что гидроцилиндр подачи усилия на ось бурения установлен параллельно оси бурения и соединен с неподвижным кронштейном с одной стороны, а с другой - с кронштейном подвижной траверсы с поджатым к ней посредством пружин вращателем, снабженным насосом для промывки буровой коронки, выполненным с возможностью всасывания воды из окружающей среды и дальнейшего нагнетания ее в скважину через колонковую трубу, установленную в люнет.
