Пробоотборник

 

Изобретение относится к техническим средствам морского пробоотборника и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований. Цель изобретения - повышение качества опробования путем автоматического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна. Пробоотборник содержит корпус, наружИзобретение относится к техническим средствам морского пробоотбора и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований . Известен пробоотборник, содержащий кольцевой гидроударник, установленный непосредственно над режущим башмаком и соединенный с нагнетательной линией. Гидроударник снабжен гидромониторной насадкой , сообщенной с выхлопным каналом ную и внутреннюю трубы, кольцевое пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, и наконечник, соединенный с внутренней трубой. Кроме того, пробоотборник снабжен установленной в полости внутренней трубы керноприемной трубой с поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и подпоршневую полость наружной трубы, при этом поршень наружной трубы подпружинен относительно корпуса , внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с возможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем подпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством , надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены одна с другой, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными . 1 ил. (Л С гидроударника. Центральная полость гидроударника выполнена керноприемной, соединенной в верхней части с внешним пространством. Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату явпястся пробоотборник, взятый в качестве прототипа. Он содержит опору и буровой снаряд. Буровой снаряд выполнен в виде корпуса, а также внутренней и наружной труб, полость между котоVI VJ ND ON О О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 М 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793395/26 (22) 19,02.90 (46) 30.10.92. Бюл, ¹ 40 (71) Донецкий политехнический институт (72) И.В.Равилов, С.Ю.Преображенский, В.Ф,Андреев и О.А.Ерофеев (56) Щелковников И.Т. и Лукошков А,В. Технические средства подводного разведочного бурения и опробования. Л.: Наука, 1979, с. 132-133, Шехтер Е.IO., Теория и практика гидропробоотборника грунтов морского дна. Рига; Зипатне, 1979, с. 69, (54) ПРОБООТБОРНИК (57) Изобретение относится к техническим средствам морского пробоотборника и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований, Цель изобретения — повышение качества опробования путем автоматического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна.

Пробоотборник содержит корпус, наружИзобретение относится к техническим средствам морского пробоотбара и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований.

Известен пробоотборник, содержащий кольцевой гидроударник, установленный непосредственно над режущим башмаком и соединенный с нагнетательной линией. Гидроударник снабжен гидромониторной насадкой, сообщенной с выхлопным каналом. Ж 1772обО А1 ную и внутреннюю трубы, кольцевое пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, и наконечник, соединенный с внутренней трубой. Кроме того, пробоотборник снабжен установленной в полости внутренней трубы керноприемной трубой с поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и подпоршневую полость наружной трубы, при этом поршень наружной трубы подпружинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с воэможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем подпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним просТрВНсТВоМ, надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены одна с другой, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными, 1 ил. е. ° гидроударника. Центральная полость гидроударника выполнена керноприемной, соединенной в верхней части с внешним пространством.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является пробоотборчик, взятый в качестве прототипа: Он содержит опору и буровой снаряд, Буровой снаряд выполнен в виде корпуса, а также внутренней и наружной труб, полость между кото1772660 рыми сообщена с нагнетательной линией.

Внутренняя труба соединена с наконечником, установленным с некоторым фиксированным в течении рейса опережением наружной трубы, называемым "выносом наконечника". К опоре пробоотборника присоединен с помощью отрезка троса поплавок, а в полости внутренней трубы. установлен поршень, также связанный с поплавком с помощью троса, Основным недостаткам пробоотборника является низкое качество опробования, обусловленное независимостью интенсивности гидроразмыва грунта на забое скважины от реального напряженного состояния материала керна. Нагнетание жидкости.на забой скважины способствует повышению парового давления на торце башмака пробоотборника сверх гидростатического. то есть созданию перепада давления по сравнению с давлением жидкости над керном, В результате в колонке грунта возникает нерегулируемый восходящий фильтрационный поток жидкости, разрушающий структуру керна.

Целью изобретения является повышение качества опробования путем автоматического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна.

Указанная цель достигается тем, что в известном пробоотборнике, включающем корпус, внутреннюю трубу с поршнем и наконечником, установленную коаксиально в наружной трубе, пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, пробоотборник снабжен керноприемной трубой, установленной во внутренней полости внутренней трубы и тесно связанной с поршнем, образующим с корпусом надгоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена дополнительным поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и надпоршневую полость наружной трубы, при этом дополнительный . поршень наружной трубы подпру>кинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с возможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем надпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством, надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены друг с другом, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными.

На чертеже показан общий вид устройства, Пробоотборник состоит из корпуса 1, с которым жестко, например. резьбовым сое5

10 конечника 3 относительно нее на некоторую величину 3,соединена в верхней части с дополнительйым поршнем 10, образующим с корпусом 1 надпоршневую камеру 11 и под15 поршневую полость 12 наружной трубы 9.

Кольцевое пространство 13 между нару>кной 9 и внутренней 2 трубами сообщено

50

45 динением, связана внутренняя труба 2 с яаконечником 3. В полости внутренней трубы

2 установлена керноприемная труба 4 с поршнем 5, образующим с корпусом 1 надпоршневую камеру 6 керноприемной трубы 4, Полость 7 керноприемной трубы 4 посредством канала 9 сообщена с внешним пространством.

Наружная труба 9 устройства, длина которой обеспечивает вынос (опережение) насверху с нагнетательной линией 14, а снизу — с внешним пространством. Кроме того, поршень 10 наружной трубы 9 подпружинен относительно корпуса 1 пружиной l5, падпоршневая полость 12 сообщена отверстиями 16 в наружной трубе 9 с внешним пространством, а надпоршневые полости 6 и 12 соответственно керноприемной 4 и наружной 9 труб заполнены. жидкостью и сообщены друг с другом с помощью канала 17.

Пробоотборник работает следующим образом.

В исходном состоянии наружная труба

9 под действием усилия пружины сжатия 15 находится в крайнем верхнем положении.

Поскольку при этом из надпоршневой полости 11 наружной трубы 9 в надпоршневую полость 6 керноприемной рубы 4 через канал 17 корпуса 1 вытеснен максимальный обьем жидкости, то кернаприемная труба 4 находится в крайнем нижнем положении, После постановки устройства нэ донный грунт нагнетательной линии 14 подается напорная жидкость, которая по кольцевому пространству 13 между наружной 9 и внутренней 2 трубами поступает в забойную часть скважины, осуществляя гидроразмыв грунта по лобовой и боковой (наружной) поверхностям пробоотборника.

Благодаря устранению силы трения по наружной поверхности пробоотборника, снижени о общего сопротивления грунтового массива пробоотбарник под действием собственнаго веса внедряется в донные осадки, формируя колонку керна(если собственного веса прабоотборника для внедрения недостаточно, то на его дополнительно навешивается груз), при этом жидкость, находящаяся в полости 7 керноприемной трубы 4, вытесняется поступающим керном через канал 8 во внешнее пространство

В начале процесса пробоотборника относительное положение наружной 9, внут1772660

10

30

50 ренней 2 и керноприемной 4 труб не меняется, поэтому обеспечивается максимальное значение выноса наконечника 3.

Вследствие этого давление поровой жидкости на торце наконечника 3 возрастает минимально (по сравнению с гидростатическим давлением), что позволяет исключить размыв или гидротранспортирование керна восходящим фильтрационным потоком жидкости.

По мере внедрения пробоотборника в рыхлые осадки морского дна и, следовательно, увеличения длины керна, нарастают силы трения отбираемого образца грунта о стенки керноприемной трубы 4. Сила сопротивления со стороны керна через керноприемную трубу 4 передается на поршень 5, оказывающий давление на жидкость, находящуюся в надпоршневой камере 6 керноприемной трубы 4. Поскольку пробоотбор ведется на дне водоема, то на .поршень 5 воздействует снизу также сила, обусловленная гидростатическим давлением жидкости.

Однако это усилие компенсируется гидростатическим давлением жидкости на поршень 10 наружной трубы 9 со стороны подпоршневой полости 12, связанной с внешним пространством отверстиями 16 в наружной трубе 9. Таким образом, жидкость, находяшщаяся в надпоршневой полости 6, воспринимает только усилие, обусловленное трением керна о стенки керноприемной трубы 4, Давление, соответствугощее этому усилию. передается также через жидкость, находящуюся в надпоршневой камере 11, на поршень 10 наружной трубы 9; при этом, если сила трения колонки грунта о керноприемную трубу 9 больше жесткости пружины 15. то керноприемная труба 4 с поршнем 5 смещается вверх, выдавливая жидкость из надпоршневой камеры 6 через канал 17 в надпоршневую камеру

11. В результате пружина 15 сжимается, и наружная труба 9 смещается вниз, уменьшая величину выноса наконечника 3.

Уменьшение выноса наконечника приводит к более интенсивному гидроразмыву грунта по лобовой поверхности пробоотборника и повышению давления поровой жидкости под торцом наконечника 3. А поскольку давление жидкости над керном в полости 7 керноприемной трубы 4, благодаря ее сообщению каналом Я с внешним пространством, продолжает оставаться равным гидростатическому, перепад давления по торцам колонки грунта увеличивается, что ведет к возрастанию интенсивности восходящего фильтрационного потока в керне. В результате увеличивается также величина фильтрационного давления, приложенного со стороны филь p> ющсйся >кllä1 0 ги г1а гли неральный скелет грунта, Фильтрационное давление восходящего потока поровой жидкости, действующее против направления силы веьd, гас:очно или полностью нейтрализует вес грунта. А так как сила трения керна о трубу 4 прямо пропорционально зависит от действующего веса грунта, то наличие восходящего потока жидкости в скважине резко снижает напряженное состояние материала керна.

Если давление жидкости на забое скважины и, следовательно, мощность восходящего фильтрационного потока в колонке грунта окажутся черезмерными, то сила трения керна о трубу 4 снизится (вплоть до нуля), и наружная труба 9 под действием пружины 15 переместится вверх, выдавливая поршнем 10 жидкость из надпоршневой камеры 11 наружной трубы 9 через канал 17 в надпоршневую камеру 6. Б результате керноприемная труба 4 переместится вниз, В таком положении величина выноса наконечника 3 увеличится, а давление на забое скважины и, следовательно, мощность восходящего потока в керне уменьшится.

Если интенсивности фильтрационного потока в колонке грунта будет недостаточно для преодоления все возрастающих сил трения керна о стенки трубы, то относительное положение керноприемной и наружной 9 труб снова изменится, и величина выноса наконечника 3 уменьшится, Таким образом достигается стабилизация напряженного состояния колонки грунта путем автоматического регулирования величины выноса наконечника 3 и, следовательно, интенсивности восходящего фильтрационного потока в керне. Величина стабилизированной силы трения керна о трубу 4 полностью определяется жесткостью пружины 15,(без учета веса элементов), в которую можно подобрать в соответствии с условиями пробоотборника.

Стабилизация силы трения керна о трубу и позволяет исключить, с одной стОроны, резкое возрастание величины напряженного состояния материала керна и вознихновение в полости керноприемной трубы свайного эффекта, а с другой — нарушение структуры керна черезмерно мощным восходящим фильтрационным потоком жидкости, пульпаобразование материала керна и его гидротранопортирование. В результате повышается качество опробования рыхлых, в особенности несвязных, отложений морского дна.

Формула изобретения

Пробоотборник, содержащий корпус, внутреннюю трубу с поршнем и наконечником, установленную коаксиально в наруж17 72650

/б

fZ

Составитель И.Равилов

Техред М,Моргентал Ко р ректор С. Пекарь

Редактор Н.Коляда

Заказ 3839 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ной трубе, пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией. и наконечник, соединенный с внутренней трубой, отличающийся тем, что. с цепью повышения качества опробования путем ав- 5 томатического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна. пробоотборник снабжен керноприемной трубой, установленной во внутренней полости внутренней трубы и же- 10 стко связанной с поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена дополнительным поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и подпоршневую полость наружной трубы, при этом дополнительный поршень наружной трубы подпру>кинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с возможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы. причем подпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством. надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены одна с другой, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными,