Вакуумный грунтонос

 

(72) Автор изобретения

Ю. Л. Гаранько (7!) заявитель (54) ВАКУУМНЬЫ ГРУНТОНОС

Изобретение относится к горному делу и может найти применение для отбора проб слабосвязного грунта с морского дна, а также из водозаполненных скважин.

Известен вакуумный грунтонос, содержащий ударный механизм, колонковую трубу, цилиндр, поршень, обратный клапан, шток и пружину Eil .

Недостатком данного грунтоноса является то, что вакуум над отбираемой колонкой грунта создается не в момент удара и внедрения колонковой трубы, а в период пауз между ударами и во время подъема грунтоноса на дневную. поверхность, В момент же внедрения давление воды, выталкиваемой из грунтоноса, больше окружающего гидростатического, т.е. грунтонос работает в прямоточном режиме. Нисходящий фильтрационный поток поровой воды, возникающей вследствие перепада давлений, уплотняет грунт в трубе и уменьшает проходку за удар. Кроме того, фильтрационный поток воды, выйдя из-под наконечника колОнковой трубы, устремляется в зону наименьшего сопротивления, т.е. вверх, вынося туда же

S частицы грунта. При опробовании в скважине это приводит к засорению межтрубного зазора и опасности заклинивания грунтоноса в обсадной трубе.

10 . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является вакуумный грунтонос, содержащий цилиндр с установленным на нем

15 ударным механизмом, размещенный в цилиндре поршень, закрепленный на верхнем конце перфорированного полого штока, нижний конец которого пропущен сквозь днище цилиндра и соединен с колонковой трубой, причем надпоршневая полость цилиндра сообщена с гидросферой и отделена от полостей штока и колонковой трубы посредством обратного клапана (2) . Разрежение

887984 5 донные отложения относятся к так

55 над колонкой грунта создается в момент внедрения пробоотборника и отсутствует при его подъеме на поверхность. Благодаря этому увеличивается длина и повышается качество отбираемых колонок грунта.

Недостаток грунтоноса заключается в больших размерах и весе цилиндра, объем которого должен быть не менее объема колонковой трубы. Это усложняет использование грунтоноса с малотонажных судов, а также в скважинах.

Целью изобретения является уменьшение веса и габаритов грунтоноса.

Укаэанная цель достигается за счет того, что вакуумный грунтонос, содержащий цилиндр с установленным на нем ударным механизмом, размещенный в цилиндре поршень, закрепленный на верхнем конце перфорированного полого штока, нижний конец которого пропущен сквозь днище цилиндра и соединен с колонковой трубой, а между поршневой полостью цилиндра и полостями штока и колонковой трубы установлен обратный клапан, грунтонос снабжен закрепленной на цилиндре крышкой и пружиной сжатия, установленной между поршнем и крышкой, а перфорированный участок штока размещен в подпоршневой полости цилиндра, причем стенки цилиндра и крышка выполнены с отверстиями

На чертеже изображен продольный разрез грунтоноса.

Вакуумный грунтонос содержит цилиндр 1 с установленным на нем ударным механизмом, включающим муфту 2 с вертикальным каналом 3, в котором вмонтированы электроды 4, соединенные электрической цепью с источником электрических импульсов (электрическая цепь и источник импульсов на чертеже не показаны). В цилиндре размещен поршень 5, закрепленньд» на верх" нем конце полого штока 6, в стенке которого сделаны сквозные отверстия (перфорация), причем перфорированный участок штока размещен в подпоршневой полости цилиндра. Нижний конец штока рропущен сквозь днище цилиндра, соединен с колонковой трубой 8, снабженной наконечником 9, лепестковым клапаном 10 и вкладышем 11, На верхнем торце цилиндра закреплена крышка 12, а между ней и поршнем 5 установлена пружина сжатия l3.

5 !

О

36

4

Надпоршневая полость цилиндра сообщена с гидросферой посредством отверстий 14 в стенке цилиндра 1 и отверстий !5 в крышке.. От полостей колонковой трубы и штока надпоршневая полость цилиндра отделена обратным клапаном 16, установленным на поршне. Петлей 17 грунтонос соединен с тросом 18 судовой лебедки. При отборе проб с поверхности дна вертикальность грунтоноса обеспечивается с помощью опорной рамы 19, соединенной стропами (на чертеже не показаны) с цилиндром 1, Работает вакуумный грунтонос следующим образом.

С помощью лебедки грунтонос опускают на дно или на забой водозаполненной скважины и включают ударный механизм. При подаче напряжения на электроды 4 происходит разряд, образующий парогазовую сферу, которая выталкивает воду из канала 3 и создает импульс силы. Под воздействием последней муфта 2 вместе с цилиндром смещаются вниз, сжимая пружину 13 и создавая под поршнем разрежение. Гидростатическое давление захлопывает обратный клапан и создает задавливающее усилие Р, равное произведению гидростатического давления на площадь поршня 5.

Остаток энергии силового импульса расходуется на удар цилиндра 1 по колонковой трубе 8.

При внедрении вода из надпоршневой полости цилиндра выдавливается в гидросферу через отверстия 14 и

15. Понижение давления в подпоршневой полости цилиндра и в сообщенной с ней полостью колонковой трубы приводит к возникновению восходящего фильтрационного потока поровой воды грунта.

Водонасыщенные слабосвязные называемым псевдоплывунам. Прочность таких грунтов определяется весом частиц, который через точки контакта между ними передается от верхних слоев нижним. Устранение веса зерен. приводит к полной потере грунтом прочности. Например, в условиях невесомости бурение рыхлых отложений не представляло бы никакого труда. Примерно такое же действие, что и невесомость, производит восходящий фильтрационный поток поровой воды грунта. Поровая

84 d у прямоточных грунтоносов, а длинав 2 раза меньше.

8879.Формула изобретения

В 1978 г в морской экспедиции Приморского территориального геологического управления при бурении двух производственных скважин на шельфе о.Сахалин был испытан эксперименталь- 56 ный образец предложенного вакуумного грунтоноса. Производительность последнего оказалась в 5 раз выше, чем

5 вода под действием перепада давлений переходит из состояния покоя в движение, обтекая зерна грунта и оказывая на них давление, направленное против силы тяжести. Частицы 5 теряют вес и контакт с соседними частицами. Толща грунта, подверженная восходящей фильтрации приобретает свойства плывуна, сопротивление внедрению резко уменьшается.

В период пауз между ударами пружина 13 возвращает цилиндр 1 в исходное положение. Вода из подпоршневой полости цилиндра через отверстия

7, приподняв клапан 16, выдавливает- . t5 ся в надпоршневую полость, а оттуда, при очередном ударе, — в гидросферу.

При работе в скважине за счет создаваемого в момент удара разрежения происходит обратная промывка 20 скважины. Иежтрубный зазор очищается от частиц грунта, уменьшается опасность заклинивания грунтоноса в обсадной трубе.

1. Вакуумный грунтонос, содержащий цилиндр с установленным на нем ударным механизмом, размещенный в цилиндре поршень, закрепленный на верхнем конце перфорированного полого штока, нижний конец которого пропущен сквозь днище цилиндра и соединен с колонковой трубой, а между поршневой полостью цилиндра и полостями штока и колонковой трубы установлен обратный клапан, о тл и ч а ю шийся тем, что, с цег лью уменьшения веса и габаритов грунтоноса, он снабжен закреппенной на цилиндре крышкой и пруящной сжатия, установленной между поршнем и крышкой,, а перфорированный участок штока размещен в подпоршневой полости цилиндра.

2. Вакуумньй грунтонос по п.1, отличающийся тем, что стенки цилиндра и крышка выполнены с отверстиями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 289333, кл. Cj 01 11 1/ОО, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

М 412372, кл. Е 21 В 49/02, 1976 °