ГЕРМЕТИЧЕСКАЯ ГРУНТОВАЯ ТРУБКА-БАТОМЕТР Российский патент 1999 года по МПК E21B49/02 E21B49/08 

Изобретение относится к области поиска месторождений углеводородов и других газосодержащих полезных ископаемых прямыми геохимическими методами, а также экологических исследований при отборе герметизированных проб донных отложений и водной толщи в условиях моря и пресноводных водоемов, в том числе питьевого водоснабжения.

Известна трубка для взятия проб грунта (1). Трубка выполнена в виде цилиндрического корпуса с хвостовым стабилизатором. Вдоль корпуса располагается керноприемная камера с вкладышем. Вкладыш удерживается в трубке с помощью наконечника, навинченного на ее нижний конец. Для врезания в грунт наконечник имеет острую кромку. Для закрытия верхнего конца трубки имеется кран, который открывается во время погружения трубки и закрывается при ее подъеме.

Недостатком известного устройства является невозможность герметизации отобранных проб, что не позволяет производить количественную оценку содержания газа в пробах.

Технический результат заявляемого устройства заключается в возможности количественной оценки природной, либо техногенной газонефтенасыщенности донных отложений и водной толщи за счет подъема отобранных проб в герметизированной приемной камере.

Сущность изобретения заключается в том, что герметическая грунтовая трубка-батометр выполнена в виде цилиндрического корпуса с хвостовым стабилизатором. В корпусе размещена керноприемная камера с вставным вкладышем-гильзой. Для врезания в грунт нижний торец трубки снабжен заостренным наконечником. Для герметизации верхней части трубки используется подпружиненный электромагнитный клапан с фиксатором. Для герметизации нижней части трубки в наконечнике установлено устройство, выполненное в виде гидропневматического резинотканевого клапана, соединенного с баллоном невысокого давления (порядка 60 атмосфер), заполненного инертной газожидкостной смесью. Компенсатор давления при подъеме трубки представляет собой подпружиненный редукционный клапан, а для увеличения глубины погружения трубки в грунт, облегчения извлечения трубки из грунта и дегазации проб керна и воды в корпусе установлен вибратор. Электропитание подается с помощью четырехжильного кабель-троса.

В случае использования трубки как батометра процесс отбора и герметизации проб воды аналогичен варианту по керну при однократном применении вибратора в качестве дегазатора.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже где 1 - кабель-трос, 2 - хвостовые стабилизаторы, 3 - внутренняя приемная гильза, 4 - отверстия, 5 - отражатель, 6 - четырехжильный электропровод, 7 - электромагнитный вибратор, 8 - электромагнитный фиксатор, 9 - подпружиненный клапан, 10 - баллон невысокого давления, 11 - поршень, 12 - отверстие, 13 - электромагнитный клапан, 14 - подпружиненный штырь-фиксатор, 15 - отверстие, 16 - трубка подачи газожидкостной смеси, 17 - резинотканевый клапан, 18 - электромагнитный клапан, 19 - подпружиненный штырь-фиксатор, 20 - отверстие, 21 - газопровод, 22 - газосборный баллон, 23 - фильтр, 24 - отверстие, 25 - редукционный клапан, 26 - клапан, 27 - полость ввода-вывода газожидкостной смеси, 28, 29 - клапаны, 30 - корпус.

Устройство работает следующим образом. Для отбора проб грунтовую трубку сбрасывают с борта судна на четырехжильном геофизическом кабеле-тросе 1.

Под действием силы тяжести и ускорения свободного падения грунтовая трубка-батометр в вертикальном положении, которое при ее движении обеспечивают четыре стабилизатора 2, своим нижним заостренным концом внедряется в донный грунт - ил на определенную глубину, зависящую от его плотности и связности. При этом грунт, в виде керна, входит во внутреннюю приемную гильзу 3, вытесняя воду в отверстия 4 посредством направляющей конической поверхности отражателя 5.

Затем через 1-ю жилу четырехжильного электропровода 6 включают электромагнитный вибратор 7, что обеспечивает увеличение глубины погружения грунтовой трубки-батометра и выноса керна. Через 2 - 3 мин. вибратор 7 отключают и через 2-ю жилу электропровода 6 отводят электромагнитный фиксатор 8, обеспечивая закрывание верхнего подпружиненного клапана 9, в результате чего герметизируется верхняя часть керноприемной камеры.

Для герметической изоляции нижней части керноприемной камеры используют газожидкостную смесь, предварительно введенную в баллон 10 при давлении 60 атмосфер и дополнительно сжатую поршнем 11, сообщающимся через отверстие 24 и 12 с внешней средой. В результате перепада гидростатического давления от атмосферного до его величины в зоне опробования давление в баллоне 10 будет выше гидростатического. Вследствие открывания, т.е. перемещения по специальному шлицу электромагнитного клапана 13 - при использовании 3-ей жилы электропровода 6 и фиксации последнего в открытом состоянии подпружиненным штырем-фиксатором 14, вошедшим в отверстие 15, - газожидкостная смесь по трубке 16 поступает в нижний, предварительно вакуумированный, гидропневматический резинотканевый клапан 17, который в результате увеличения его объема приобретает форму шара и герметизирует керн в нижней части керноприемной камеры с посадкой на собственную манжету, как показано пунктиром на чертеже, при рабочем давлении внутри клапана, превышающем гидростатическое.

Далее, используя 4-ю электрическую жилу электропровода 6, открывают электромагнитный клапан 18, фиксируя его в открытом положении аналогичным способом при помощи подпружиненного штыря-фиксатора 19, который заходит в отверстие 20.

В результате открывания клапана 18 через газопровод 21 загерметизированная полость приемной камеры сообщается с вакуумированной полостью газосборного баллона 22, емкость которого рассчитана с превышением ожидаемого объема свободного газа, содержащегося в донных грунтах. При этом на конце газопровода установлен фильтр 23 грубой и тонкой очистки для пропускания газожидкостной смеси из керноприемной камеры, с возможностью проникновения через него практически лишь газовой фазы.

Перед подъемом грунтовой трубки-батометра на короткое время дополнительно включают вибратор 7 для гарантированного высвобождения ее из донного грунта и проверяют отключение всех 3-х клапанов 9, 13, 18 и вибратора 7.

Весь состав последовательных технологических операций, при их реальном осуществлении, укладывается в 3-4 мин при использовании тумблерной системы управления аппаратом с борта судна.

По мере подъема грунтовой трубки-батометра на борт судна и падения гидростатического давления поршень 11 в баллоне 10 перемещается вниз к исходному положению, вытесняя воду через отверстия 12 и 24, а выравнивание давлений происходит через подпружиненный редукционный клапан 25, рассчитанный на остаточное давление в 60 атм.

После подъема аппарата на борт судна для увеличения глубины дегазации загерметизированного керна включают на одну - две минуты вибратор 7 и после его отключения через клапан 26 одним из известных устройств гидропоршневого действия (например, БП-112) измеряют давление в герметической приемной камере и выводят свободную газовую фазу в барботер за счет остаточного перепада давления.

После дегазации свободная и растворенная газовые фазы суммируются и при количественных расчетах относятся к объему извлеченного керна.

На борту судна или в специальной лаборатории на берегу для извлечения керна из грунтовой трубки-батометра и подготовки ее к следующему рейсу, после закрывания клапанов 13 и 18, через полость ввода-вывода газожидкостной смеси 27 сбрасывается давление и вакуумируется нижний герметизирующий резинотканевый клапан 17. Съемный баллон 10 через клапан 28 вновь заправляется газожидкостной смесью при давлении 60 атм и устанавливается обратно в корпус 30.

Предлагаемое устройство предназначено для использования в зоне морского шельфа и внутренних водоемов до глубин порядка 500 м.

Источники информации
1. Справочник по гидрометеорологическим прибором и установкам. Гидрометеорологическое изд-во. - Л.: 1971, с. 228-229.

Герметическая грунтовая трубка-батометр используется при поиске месторождений углеводородов и других газосодержащих полезных ископаемых прямыми геохимическими методами, а также при экологических исследованиях донных отложений и водной толщи. Герметическая грунтовая трубка-батометр содержит цилиндрический корпус с хвостовым стабилизатором. В корпусе размещена керноприемная камера с вкладышем. Нижний торец трубки имеет наконечник. Четырехжильный кабель-трос служит для транспортирования трубки-батометра и подачи к ней электропитания. В корпусе установлены вибратор и газосборный баллон. Для герметизации нижней части корпуса в наконечнике установлено приспособление, выполненное в виде гидропневматического резинотканевого клапана, соединенного с баллоном невысокого рабочего давления, который заполнен инертной газожидкостной смесью для обеспечения превышения в нем давления над гидростатическим. Компенсатор давления представляет собой подпружиненный редукционный клапан. Приспособление для герметизации верхней части трубки выполнено в виде подпружиненного электромагнитного клапана. Использование изобретения позволяет осуществлять количественную оценку природной либо техногенной газонасыщенности данных отложений и водной толщи за счет подъема отобранных проб в герметизированной приемной камере. 1 ил.

Герметическая грунтовая трубка-батометр, содержащая цилиндрический корпус с хвостовым стабилизатором, размещенную в корпусе керноприемную камеру с вкладышем, наконечник и приспособление для герметизации верхней части трубки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит четырехжильный кабель-трос для транспортирования трубки-батометра и подачи к ней электропитания, вибратор, газосборный баллон и приспособление для герметизации нижней части корпуса, установленное в наконечнике и выполненное в виде гидропневматического резинотканевого клапана, соединенного с баллоном невысокого рабочего давления, заполненным инертной газожидкостной смесью для обеспечения превышения в нем давления над гидростатическим, компенсатор давления, представляющий собой подпружиненный редукционный клапан, при этом приспособление для герметизации верхней части трубки выполнено в виде подпружиненного электромагнитного клапана.