Гравитационный пробоотборник и способ его использования Российский патент 2023 года по МПК E21B25/18 

Изобретение относится к устройствам и способам для отбора проб рыхлых донных осадков и может быть использовано для получения геологического материала с различных водных глубин в целях изучения литологического состава, физико-химических и физико-механических свойств донных отложений, микрофаунистического и других видов анализов.

Изучение океана неотрывно связано с отбором проб морских донных отложений. Отбираемый пробоотборником осадочный разрез должен представлять собой ненарушенную мощность осадков с максимально сохраненной поверхностной частью, характеризующей современные условия и особенности осадконакопления. Всестороннее изучение современных процессов, связей и следствий, формирующих облик современных осадков, позволяет на основе принципа актуализма распространять эти знания на всю мощность отбираемых осадочных разрезов. Таким образом, геологическая история Земли, сохранённая в виде записей распределения самых различных параметров, позволяет прогнозировать и моделировать реакцию природной среды на деятельность человеческого общества. В зависимости от научного направления (геология, геохимия, стратиграфия и т.д.), целей и задач, перспективными для изучения являются самые различные регионы Мирового океана: от мелководных - шельфовых, до глубоководных - океанических участков дна моря.

На сегодняшний день известны несколько видов пробоотборников, которые условно можно разделить на два типа: пробоотборники ненарушенного поверхностного слоя современных донных отложений (обычно до 1 м) и трубчатые (колонковые) пробоотборники (2 и более метров) для отбора длинномерных разрезов более древних донных отложений, выбор между которыми зависит от поставленных задач, типов грунтов и глубины водоема.

Наиболее распространенными и зарекомендовавшими себя пробоотборниками первого типа стали мультиколонковые пробоотборники OSIL Multi (Multiple) Corers (Англия) и грунтовые трубки, например, ГОИН ТГ-1, ТГ-1,5 (Россия). Первые представляют собой рамные конструкции с закрепленным в верхней части грузом и пластиковыми трубами (их количество обычно варьирует от 4 до 8 штук), расположенными по периферии рамы. Такие пробоотборники должны мягко ставиться на морское дно (с невысокой скоростью сматывания троса лебедки), что определяет невысокую скорость их погружения (20-25 м/минуту). В нижней и верхней частях трубки снабжены подпружиненными крышками-затворами, которые не дают выпасть пробе осадка из трубки. Причем верхние крышки-затворы обычно изготовлены из мягкого силикона или хорошо подогнанного под внутренний диаметр трубок пластика и плотно закупоривают канал трубок, создавая вакуум и эффект «подсасывания» пробы осадка. Грунтовые трубки представляют собой, как правило, стальную трубу, внутри которой находится вкладыш, удерживаемый в трубе наконечником, навинченным на нижний конец трубы. Наконечник имеет острую кромку для врезания в грунт. Для предотвращения выпадения пробы осадка из пробоотборника, в наконечнике размещает лепестковый кернорватель, выполненный, как правило из мягких металлов (чаще всего латуни). На верхний конец трубы навинчивается груз со стабилизатором, служащим для лучшего врезания трубки в грунт и придания ей вертикального положения при падении (п. РФ № 2668441 С1). В верхней части трубы расположен клапан, который открывается давлением воды при опускании и закрывается при подъеме трубки, также создавая вакуум и эффект «подсасывания» пробы осадка. К грузу жестко прикреплена скоба с крюком, служащим для крепления трубки к тросу. Трубка свободно опускается на тросе и погружается в грунт под действием собственного веса (https://www.xn--80aicmxhn.xn--p1ai/tech/tdocs/trybki-goina_re.pdf). Глубина внедрения пробоотборника в грунт тесно связана со свойствами отбираемых осадков, скоростью погружения и его весом.

Существенным недостатком устройств этого типа является зависимость эффективности их срабатывания от гидрометеорологических условий, глубины и рельефа дна моря, а также собственного веса. В большинстве случаев они позволяют предсказуемо отобрать пробы ненарушенного поверхностного осадка, как правило мощностью в пределах метра-двух, при волнении моря до 1- 4 балла, а на больших глубинах малый вес данных пробоотборников требует очень большого опыта технического персонала или техническую возможность для отслеживания момента касания пробоотборником поверхности дна моря.

К пробоотборникам длинномерных разрезов относят различные трубчатые пробоотборники, снабженные механизмом для увеличения глубины внедрения трубки в грунт, а именно, ударного, забивного, стреляющего, реактивного, поршневого, гидростатического, насосного и вибрирующего типов [Гуторов Ю. А. Разведка и разработка нефтегазовых месторождений на континентальном шельфе морей и океанов; РКНТЦ, г. Октябрьский, 2006 г - 358 с]. Часто глубокое внедрение трубки в грунт осуществляют за счет установки внутри трубы или в верхней ее части дополнительных механических элементов, например, зарядов в донной части трубы в поршневом пробоотборнике (п. США № 3301336), баллона в вершинной части гидростатического пробоотборника (а.с. СССР № 1111053), насосного и вибрационного узлов в насосных и вибрационных (вибротрубка гк-вт-3/4,5) (https://hyco.ru/ru/oborudovanie/vibrotrubka_gk-vt-3_4_5/).

Часто пробоотборники ненарушенного поверхностного слоя донных отложений и трубчатые (колонковые) длинномерные пробоотборники используются вместе, позволяя в некоторой мере компенсировать недостатки друг друга, поскольку пробоотборники первого типа, опускаемые со скоростями около 20-25 м/мин, отбирают только ненарушенный слой поверхностных донных отложений, а второго типа, опускаемые со скоростями как можно более близкими к скорости свободного падения, но обычно в пределах 110-135 м/мин, отбирают длинномерные колонки более древнего возраста. Однако такая методика значительно увеличивает общее время выполнения океанологической станции. Кроме того, несмотря на компенсацию дрейфа судна возвратом на станцию по географическим координатам, расстояние между точками пробоотбора различными устройствами может быть весьма существенным (в зависимости от метеорологических и гидродинамических условий - в пределах морской мили - до 1.85 км). В совокупности с особенностями рельефа морского дна все это может приводить к существенному стратиграфическому несогласию при сопоставлении геологических разрезов, полученных пробоотборниками первого и второго типа

В качестве пробоотборников длинномерных разрезов наиболее востребованными на сегодня являются поршневой пробоотборник Piston Corer (Дания, США) (https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/instruments/instruments-sensors-samplers/piston-corer/) и ПГП-15 (Техника для отбора проб донных осадков. Опыт работ и перспективы. Ю.С. Смолов, ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга, С-Петербург, ISSN 1999 7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2015 № 1, Россия).

Данные пробоотборники позволяют получить более протяженные керны (длиной до 30 м и более) морских донных отложений по сравнению с обычными гравитационными трубками, использующими только кинетическую энергию грузов для заглубления в донный грунт. Однако, при использовании поршневой системы нередко наблюдаются нарушения в мощностях отобранных кернов (их разрывы), особенно в верхних их частях. Частично этот недостаток компенсируют способом отбора пробы, при котором одновременно с пробой, отобранной при заглублении пробоотборника, одновремнно берется проба ненарушенных донных отложений из верхнего слоя (как правило 1-2 м) с помощью малой грунтовой трубки, служащей грузом-разведчиком и «спусковым крючком» для начала заглубления основной трубы. Существенным недостатком такого способа отбора проб является сложность подготовки и спуско-подьемных работ, которые позволяют безопасно работать только в условиях спокойного моря.

Габаритные размеры пробоотборников ненарушенного поверхностного слоя донных отложений, как правило, дают возможность использовать их на большинстве научно-исследовательских судов (НИС), оснащённых соответствующим выводящим и спускоподъемным оборудованием. Что касается пробоотборников второго типа (длинномерных разрезов), то в абсолютном большинстве случаев их возможные габаритные размеры зависят от размеров надводной части кормы, высоты и грузоподъемности выводящей П-рамы, наличия дополнительных спуско-подъемных устройств (стрелового крана, специального слипа или его аналога, дополнительных лебедок). Для облегчения спускоподъемной процедуры, иногда оборудуют систему направляющих полозьев по принципу рельсовой дороги (https://www.youtube.com/watch?v=pWwGj2qV1ok). В некоторых случаях такого рода системы оборудуют вдоль борта судна в виде поворотного узла на электро- или гидравлическом приводе, выступающего над морем за габариты судна.

Существенным недостатком пробоотборников при отборе длинномерных кернов является неспособность сохранения ими поверхностного слоя донных отложений. Если для грунтовых трубок ГОИН, длина которых не превышает 1.5 м, возможен их вертикальный подъем на борт судна и последующий их разбор без нарушения поверхностного слоя, то для длинномерных пробоотборников, например, ПГП-15 или Piston Corer, это невозможно. При подъеме на борт судна с придонной водой, заполняющей тело пробоотборника выше донного осадка, теряется как правило около 50 см верхней, самой разжиженной его части. Учитывая невысокие скорости осадконакопления в батиальных районах океана, теряется очень значительный слой осадка, свойства которого отражают современные (позднеголоценовые) условия природной среды. Поэтому в глубоководных районах океана, где применяются такие устройства, для предотвращения потери поверхностного слоя осадка применяются различные запорные крышки, которые, однако, не останавливают вытекание поверхностного слоя вслед за придонной водой при приведении пробоотборника в горизонтальное положение на палубе НИС или вдоль его борта.

Известены гравитационный поршневой пробоотборник, описанный в патенте США № 3301336 и рассматриваемый нами как наиболее близкий по технической сущности аналог, и способ отбора проб на научно-исследовательских судах с использованием системы спуска - подъема аналогичных пробоотборников, приведенный на сайтах (https://www.youtube.com/watch?v=c_miING-YOY) ;

https://www.youtube.com/watch?v=aD4kjNQdY8c, которые документируют процесс отбора керна c больших глубин и который рассматривается нами как наиболее близкий аналог к предлагаемому Заявителем способу отбора проб.

Известный пробоотборник представляет собой трубу, нижняя часть которой снабжена выполненным с возможностью перемещения вдоль трубы грузом и Т-образной открывающейся крышкой, оборудованной в верхней части клапанами, открывающимися при погружении и закрывающимися при подъеме. К верхней части крышки жестко присоединена транспортировочная (такелажная) скоба, предназначенная для соединения с системой погружения и подьема пробоотборника. Внутри трубы на всю длину установлен керноприемник (вкладыш), который может быть изготовлен из металла, но в качестве альтернативы, предлагается его выполнение из резины или пластмассы. Нижняя часть колонковой трубы оборудована наконечником с кольцевыми режущими поверхностями и установленной в трубе внутренней втулкой (керноуловитель), имеющей снизу прорези, образующие пружинные пальцы, которые изгибаются внутрь под весом захваченного осадка и предотвращают выпадение керна при подъеме. Для регулирования длины пробоотборник может быть выполнен составным, при этом длина одной модульной секции может быть до 3 метров. Внедрение колонковой трубы в дно осуществляется за счет перемещения груза вдоль трубы при использовании в системе спуска-подъема рычажного механизма и груза-разведчика.

Наиболее близкий способ отбора проб аналогичным пробоотборником, приведенный Заявителем, осуществляют с использованием системы спуска-подъема, включающей поддон для пробоотборника, П-образную раму с лебедкой, предназначенную для выведения пробоотборника с судна, стреловой кран для вспомогательных работ и систему для изменения положения пробоотборника, находящегося на поддоне, выполненного в виде рамы, из горизонтального в вертикальное положение, выполненную в виде поворотного узла на электро- или гидравлическом приводе , оборудованного вдоль борта судна и выступающего над морем за габариты судна. Однако существенными недостатками такого решения являются чрезвычайная техническая сложность оборудования и эксплуатации такого узла в пределах судна и возможность его безопасного использования только в условиях волнения моря не более 2-3 баллов (https://www.youtube.com/watch?v=c_miING-YOY).

Данный способ включает размещение заранее собранного из необходимого количества секций пробоотборника на расположенного на палубе на поддоне, предотвращающего его деформацию при изменения положения из горизонтального в вертикальное, и присоединяют к нему трос от лебедки, пропущенный через блок-ролик на П-образной раме. Затем с помощью системы гидроприводов или электроприводов и судового крана поддон выводят за борт судна и с помощью установленного на поддоне поворотного узла, придают вертикальное положение. Отсоединяют пробоотборник и отводят пробоотборник от борта судна. Поддон от пробоотборника возвращают в горизонтальное положение вдоль борта судна, используя П-образную раму и стреловый кран. Производят взведение курковой системы груза-разведчика. После этого пробоотборник готов к работе и его погружают на дно. После окончания отбора пробоотборник с помощью П-рамы поднимают на поддон.

У такого метода отбора проб есть ряд удобных решений: возможность сборки и разборки пробоотборника в пределах безопасного пространства кормовой палубы судна дает возможность комфортно и безопасно извлекать отобранные пробы непосредственно на борту судна. Сама по себе организация процесса выведения и заведения пробоотборника на борт судна выполняется безопасно для научного и технического персонала. Груз-разведчик зачастую выполняется в виде небольшой гравитационной трубки и позволяет отобрать небольшую пробу ненарушенного поверхностного осадка вблизи места заглубления основного пробоотборника.

Однако есть и существенные недостатки: спуско-подъемные работы занимают весьма существенное количество времени (до суток в зависимости от глубины моря), изымая его из общего времени океанологической экспедиции (во время работы пробоотборника невозможны другие виды забортного пробоотбора - воды, биоты и т.д.). Оборудование системы спуска пробоотборника курковой системой груза-разведчика, позволяет гарантированно отобрать верхний слой керн в условиях только малого (не более 1-2 баллов) волнения моря. В противном случае происходит спутывание тросов (основного и курковой системы) и пробоотборник теряет свою функциональность. Такая система спуско-подъемных работ подразумевает оснащение судна дорогостоящим специализированным оборудованием, весьма чувствительным к гидро-метеорологическим условиям (позволяет работать только в условиях хорошей погоды), что значительно сокращает функциональность океанологической экспедиции. В большинстве случаев отсутствует возможно гарантированного получения ненарушенного поверхностного слоя донных отложений.

Таким образом, обзор методов и средств, применяемых для отбора проб донных осадков в различных районах Мирового океана, а также способов отбора проб донных отложений выявил техническую проблему, заключающуюся в отсутствии эффективных устройств, позволяющих гарантированно отобрать ненарушенный, недеформированный керн морских донных отложений значительной мощности, а также высокоэффективной методики отбора проб, позволяющей обезопасить, сделать более простым, надежным и эффективным отбор длинномерных качественных колонок донных отложений с любых глубин Мирового океана вне зависимости от гидрометеорологических условий.

Решением данной проблемы является предлагаемая конструкция гравитационного трубчатого пробоотборника для отбора кернов донных отложений актуальной мощности, позволяющего сохранить верхний разжиженный слой донных осадков, и методика, оптимизирующая процедуры пробоотбора с его использованием, спускоподъемных работ и подготовку оборудования к дальнейшему оперативному применению.

Технический результат представленного решения состоит в сохранении структуры накопления осадочного вещества от современных дней до технически возможного предела мощности при отборе проб рыхлых донных осадков с различных глубин моря в виде трубчатых колонок и оптимизации самого процесса подготовки и отбора технически достижимых длинномерных образцов вертикального среза морских осадочных пород.

Предлагаемый пробоотборник представляет собой трубу, состоящую по крайней мере из двух пробовмещающих, разъемно соединенных между собой, модулей: грузового и рабочего, при этом грузовой модуль снабжен грузом в виде стальных дисков, образующих «веретенообразное тело», которые снизу упираются в кольцевой ограничитель, а верхняя часть трубы модуля оборудована жестко соединенным с трубой, кольцом, к которому присоединена такелажная скоба, выполненная с возможностью вращения относительно тела трубы, а рабочий модуль представляет собой секцию, нижняя часть которой содержит лепестковый кернорватель и наконечник с фаской, при этом внутренняя часть пробоотборника на всю длину содержит пластиковый трубчатый вкладыш.

Проблема отбора проб рыхлых донных осадков решается также предлагаемым способом отбора проб трубчатым пробоотборником с открытой верхней частью с использованием системы спуска - подъема, состоящим из поддона для пробоотборника, П-образной рамы с лебедкой, предназначенной для выведения пробоотборника за борт судна, стреловой кран для вспомогательных работ и систему для изменения положения пробоотборника из горизонтального в вертикальное положение, включающим размещение пробоотборника на расположенное на палубе поддон, например, в виде желоба на шарнирном механизме, установленном на борту судна, вывод пробоотборника за борт путем присоединения к поддону троса от лебедки, пропущенный через блок-ролик на П-образной раме, погружение с поддона пробоотборника и последующее его поднятие после срабатывания пробоотборника на дне так, чтобы верхняя часть пробоотборника была выше уровня палубы, после этого через верхнюю открытую часть трубы внутрь до касания поверхности осадка опускают камеру из эластичного материала, например, полутвердой резины, снабженную патрубком и соединённую с насосом-компрессором, нагнетают в полость камеры воздух, обеспечивая тем самым отделение поверхности осадка от наддонного слоя воды, и затем начинают процедуру заведения пробоотборника на борт судна

Заявляемое решение иллюстрируется приведенными схемами, где на Фиг. 1 приведена общая схема одного из возможных вариантов пробоотборника, включающего грузовой (1) модуль, рабочий (2) модуль, разъемную муфту (3), (4) и (5) - секции рабочего модуля, неразъемную муфту (6); (7) - грузовые диски, (8) - кольцо, (9) - такелажную скобу, (10) - поперечную перемычку; (11) - трос-удавку, (12) – кольцевой ограничитель; (13) - вставку; (14) - вкладыш, 15- кернорватель, 16- наконечник

Фиг. 2. Общая схема спуско-подъемных работ

Фиг.3. схема герметизации отобранного слоя донных осадков

«Веретенообразная» форма груза (7) в виде тяжелых дисков из различных сплавов железа и углерода обеспечивает снижение сопротивления при обтекании пробоотборника встречным потоком воды, что особенно важно при глубоководном погружении. При необходимости возможно дополнительное закрепление грузов на грузовом модуле (1) с использованием для этого, например, стального троса-удавки (11), стягивающего и притягивающего груз. Первоначальная весовая нагрузка на пробоотборник может регулироваться, как по весу груза, изменяя количество дисков, так и по месту его расположения на модуле (1), например, при необходимости увеличения входящей в грунт (полезной) части трубы при работе на небольших глубинах путем установки между кольцевым ограничителем (12) и грузом (7) цилиндрической вставки (13) в виде, например, стальной катушки.

Для увеличения жёсткости такелажной скобы (9) при большом размере пробоотборника целесообразно оснастить ее поперечной перемычкой (10).

Разъемное соединение между модулями может быть выполнено, например, с использованием для этого разъемной муфты (3) в виде двух половинок стального толстостенного цилиндра, которые скрепляются друг с другом за счет бортиков с помощью болтов. Возможные смещения грузового и рабочего модуля друг относительно друга внутри разъемной соединительной муфты предотвращаются за счет стальных упоров (стопоров) в виде колец на трубах модулей и ответных стопорных канавок во внутренних стенках половинок муфты.

Рабочий модуль (2) может быть составным и при работе на больших глубинах состоять из необходимого числа секций, например, как секции 4 и 5, соединенные между собой неразъемной муфтой (6), которая выполнена, например, в виде стального цилиндра с отверстиями в стенках, отцентрованными относительно ответных резьбовых отверстий в стенках секций рабочего модуля, в которые вкручивают болты крепления. Отверстия в неразъемных муфтах заглублены под высоту шляпки болтов крепления. Количество секций, определяющих общую длину рабочего модуля и, соответственно, максимально возможная длина отбираемого керна, лимитируется техническими характеристиками НИС, характером грунтов и глубиной моря в точке отбора.

Внутри грузового (1) и рабочего (2) модулей пробоотборника на всю их длину помещен трубчатый вкладыш (14) из химически инертного пластика, который служит хранилищем донных отложений при подъеме. Движения вкладыша в продольном направлении внутри пробоотборника ограничиваются стенками пробоотборника, стальным шплинтом со стопором в верхней части пробоотборника, стальным лепестковым кернорвателем (15) и наконечником (16) в нижней его части. Трубчатый вкладыш (14) может состоять из сегментов, соединяемых между собой, например, с помощью армированного скотча. При этом места соединений сегментов вкладыша целесообразно разместить под серединами неразъемной (6) и разъемной (3) муфт, что в дальнейшем облегчит процедуру извлечения проб.

Лепестковый кернорватель (15) расположен внутри наконечника (16) представляющего собой стальной толстостенный цилиндр, нижняя часть которого, первой встречающая сопротивление набегающего потока воды и сопротивление донных отложений при контакте, имеет конусообразную фаску.

Таким образом, конструктивные особенности заявляемого пробоотборника, такие как выполнение грузового и рабочего модуля разъемным, а спускоподъёмного узла пробоотборника с возможностью вращения вокруг тела трубы, отсутствие запорной крышки, возможность оптимально быстрого изменения веса и длины пробоотборника, создание максимально возможной аэродинамической формы и сохранности структуры пробы верхних рыхлых слоев грунта, позволяют достичь заявленного технического результата.

Реализация заявляемых решений на примере использовании длинномерного пробоотборника включает следующие этапы.

На первом этапе перед погружением, как правило, осуществляют сборку пробоотборника. Для этого в грузовой модуль (1) и рабочий модуль (2) необходимой длины, которую регулируют добавлением или отсоединением дополнительных секций (4-5), закладывают трубчатый пластиковый вкладыш (14). На нижний конец рабочего модуля (2) устанавливают наконечник (16) с фаской, внутри которого расположен стальной лепестковый кернорватель (15), затем собранный рабочий модуль (2) укладывают в стальной желоб (17), оставляя часть вкладыша для грузового модуля.

Сборку грузового модуля (1) начинают с демонтажа поворотной скобы (9). Затем грузовые диски (7), начиная с нижнего конусообразного, нанизывают на трубу грузового модуля (1) до упора в кольцевой ограничитель (12), вставляя при необходимости между кольцевым ограничителем (12) и нижним конусообразным грузовым диском вставку в виде цилиндра (13). Грузовые диски (7) при необходимости фиксируются на теле грузового модуля (1) с помощью, например, троса-удавки (11), тросовых зажимов и силовых скоб, наваренных ниже кольцевого ограничителя (12). Затем грузовой модуль (1) с помощью разъемной муфты (3) присоединяют к рабочему модулю (2), к такелажной скобе (9) крепится трос основной лебедки (18), а к ее поперечной перемычке (10) прикрепляется трос от вспомогательной лебедки (19).

Отбор пробы с помощью заявляемого пробоотборника проводят с борта судна с использованием системы спускоподъема, которая включает набор стандартных грузоподъемных устройств судна, в состав которых входят основная лебедка (18), палубный стреловый кран (20) (для перемещения пробоотборника в пределах судна), А- или П-образная рама (21) на гидравлическом или электроприводе для выведения пробоотборника за пределы судна. Дополнительно при большом весе грузовых дисков (т.е. при проведении глубоководного погружения) для грузового модуля с грузовыми дисками возможно оборудование специального постамента (22) для предотвращения его неконтролируемого перемещения в пределах палубы. При значительной длине пробоотборника, чтобы избежать изгиба и переламывания пробоотборника в местах соединения его секций, на крайней точке палубы судна на шарнирном механизме (23) устанавливают стальной желоб (17), в который помещают рабочий модуль (2) для увеличения площади его контакта с палубой судна при выводе пробоотборника за пределы судна.

Процедура вывода собранного пробоотборника за борт судна начинается с присоединения к такелажной скобе с помощью системы вертлюгов троса от основной лебедки (18), пропущенного через блок-ролик на А- или П-образной раме (21), а при необходимости и наличии к силовой поперечной перемычке (10) такелажной скобы (9) дополнительно прикрепляется трос от вспомогательной лебедки (19), что позволяет избежать сильных динамических нагрузок на оборудование при последующем вертикальном поднятии пробоотборника. Пробоотборник поднимают и с помощью основной и вспомогательной лебедок выводят его в сторону моря за борт. При этом стальной желоб (17) на шарнирном механизме (23) позволяет увеличить пятно контакта пробоотборника с палубой и снимает нагрузку на изгиб с его трубчатого тела. Выведя таким образом пробоотборник за борт, опускают его до уровня чуть выше палубы, отсоединяют трос вспомогательной лебедки и осуществляют погружение пробоотборника.

После срабатывания пробоотборника на дне, его поднимают так, чтобы такелажная скоба (9) и верхняя часть грузового модуля были выше уровня палубы. После этого через верхнюю открытую часть грузового модуля внутрь опускают утяжеленную эластичную шарообразную камеру (например, в виде футбольного мяча) (24), снабженную патрубком и герметично соединённую с насосом-компрессором (25). После касания камерой (24) поверхности осадка от насоса компрессора (25) в полость камеры (24) нагнетается воздух под давлением, предусмотренным характеристиками камеры. Расширяясь, камера (24) плотно прижимается к стенкам пластикового вкладыша (14), отделяя поверхностный слой осадка от наддонного слоя воды и препятствуя его удалению из пробоотборника при приведении его в горизонтальное положение на палубе. После этого к силовой поперечной перемычке (10) такелажной скобы (9) подсоединяется трос вспомогательной лебедки (19) и начинается процедуру заведения пробоотборника на борт судна.

В зависимости от длины рабочего модуля (2), целей и задач пробоотбора разбор пробоотборника может быть выполнен двумя способами. В случае, если не требуется оперативного извлечения пробы из пробоотборника и его длина в соответствии с размерами свободной палубы позволяет эргономично разместить рабочий модуль (2) в ее пределах, после размыкания разъемной муфты (3) и прорезания армированного скотча вкладыша (14), с помощью палубного крана (20) рабочий модуль (2) убирают в место, где производится его непосредственный разбор. Та часть пластикового трубчатого вкладыша (14), которая остается в грузовом модуле, выталкивается, маркируется и убирается на хранение.

В случае если необходимо оперативное извлечение пробы из пробоотборника (например, для изучения газовой составляющей) после размыкания разъемной муфты (3) и прорезания армированного скотча положение рабочего модуля (2) стабилизируется в горизонтальном направлении (например, с помощью металлических козлов-подставок и грузов-противовесов), производится раскручивание болтового соединения первой неразъемной муфты (3) и ее сдвиг по телу трубы, затем в месте стыковки секции грузового и рабочего модулей (2) прорезается армированный скотч, герметизируются места срезов, пластиковый трубчатый вкладыш (14) выталкивается из трубы и переносится в лабораторные помещения судна. При этом с помощью дополнительной лебедки (19) и стального желоба (17) часть рабочего модуля над морем удерживается в горизонтальном положении, с помощью нее же эта часть модуля подтаскивается взамен разобранной. Процедура повторяется до полного разбора пробоотборника.

Таким образом, за счет применения поворотного спускоподъёмного узла пробоотбрника, значительно облегчающего и упрощающего впоследствии герметизацию поверхностного слоя донных отложений, включая субколлоидную фракцию, и снижение механических нагрузок во время спускоподъемных работ, разъемного соединения грузового и рабочего модулей для мобильности, простоты и эффективности обслуживания пробоотборника в условиях выполнения океанологической станции, применения технических решений, узлов и деталей, значительно снижающих сопротивление при обтекании трубы встречным потоком воды, стабилизирующих ее движение в водной толще и способствующих максимально эффективному погружению в донные отложения, включая отсутствие запорной крышки, что обеспечивает движение свободной гравитационной воды, конусообразные крайние грузы, наконечник, а также выполнение заподлицо резьбовых крепежных элементов соединительных муфт, обеспечивают максимально эффективное погружение пробоотборника в донные отложения, обеспечение оптимизации размещения пробоотборника в судовых условиях, позволяющая подобрать максимально возможные габариты пробоотборника для эффективной работы.

Изобретение относится к гравитационному пробоотборнику и способу его использования. Пробоотборник состоит из двух разъемных модулей: грузового и рабочего. Грузовой содержит набор металлических дисков, позволяя при необходимости изменять весовую нагрузку, а рабочий может быть составным, изменяя длину пробоотборника. Верхняя часть пробоотборника открыта и снабжена такелажной скобой, выполненной с возможностью вращения вокруг тела трубы, что обеспечивает при изменении ориентации трубы во время подъема условия получения сохранности структуры накопления осадочного вещества верхнего слоя рыхлых отложений. Технический результат заключается в сохранении структуры накопления осадочного вещества при отборе проб рыхлых донных осадков с различных глубин моря в виде трубчатых колонок и оптимизации процесса подготовки и отбора длинномерных образцов вертикального среза морских осадочных пород. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубчатый пробоотборник, включающий трубу, состоящую по крайней мере из двух пробовмещающих разъемно соединенных между собой модулей: грузового и рабочего, при этом грузовой модуль снабжен грузом в виде веретенообразного тела, состоящего из набора стальных дисков, опирающихся на кольцевой ограничитель, верхняя часть трубы грузового модуля открыта и оборудована жестко соединенным с трубой кольцом, к которому присоединена поворотная такелажная скоба, выполненная с возможностью вращения относительно тела трубы, а рабочий модуль представляет собой секцию, нижняя часть которой снабжена лепестковым кернорвателем и наконечником с фаской, при этом внутренняя часть пробоотборника на всю длину содержит трубчатый вкладыш из химически инертного пластика.

2. Трубчатый пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что грузовой и рабочий модули соединены разъемной муфтой.

3. Трубчатый пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что секция рабочего модуля состоит из звеньев, соединенных неразъемными муфтами.

4. Трубчатый пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что между нижним диском груза и кольцевым ограничителем расположена цилиндрическая вставка.

5. Трубчатый пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен стальным тросом-удавкой, фиксирующим груз в виде веретенообразного тела.

6. Трубчатый пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что такелажная скоба имеет поперечную перемычку.

7. Трубчатый пробоотборник по п. 2, отличающийся тем, что трубчатый вкладыш выполнен из сегментов, размер которых соответствует размеру пробовмещающих модулей.

8. Трубчатый пробоотборник по п. 7, отличающийся тем, что соединение сегментов вкладыша расположено под серединой разъемной муфты.

9. Трубчатый пробоотборник по п. 3, отличающийся тем, что вкладыш секции рабочего модуля состоит из сегментов, размер которых соответствует размеру звеньев секции рабочего модуля.

10. Трубчатый пробоотборник по пп. 3 и 9, отличающийся тем, что соединение сегментов вкладыша рабочего модуля расположено под срединой неразъемных муфт.

11. Способ отбора проб с плавсредства трубчатым пробоотборником по п. 1, включающий размещение пробоотборника на поддоне, вывод его за борт, изменение положения поддона с горизонтального в вертикальное, опускание пробоотборника в море и его последующий подъем, отличающийся тем, что изменение положения поддона осуществляют путем использования шарнирного механизма, установленного на крайней точке палубы судна, а последующее поднятие пробоотборника после его срабатывания на дне осуществляют так, чтобы верхняя часть пробоотборника была выше уровня палубы, после чего через верхнюю открытую часть трубы внутрь до касания поверхности осадка погружают камеру из эластичного материала, снабженную патрубком и соединённую с насосом-компрессором, нагнетают в полость камеры воздух, обеспечивая отделение поверхности осадка от наддонного слоя воды, и далее заводят пробоотборник на борт судна.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что поддон выполнен в виде желоба.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве эластичного материала камеры используют полутвердую резину.