Устройство для отбора проб донного грунта Советский патент 1984 года по МПК G01N1/04 E21B49/02 

СО

о ел

СО

Изобретение относится к устрсйствам для отбора проб донного грунта при бурении инженерно-геологических скважин и может быть использовано в инженерной и поисковой геологии.

Известно устройство для отбора про из скважины, содержащее пробоотборник, привод, механизм задавливания, причем механизм задавливания выполнен с цилиндрическим корпусом, охватывающим систему гидроцилиндров с шарнирно закрепленными по его наружной поверхности анкерными створками и полым штоком, верхняя часть которого соединена фиксаторами с тягой, а нижняя часть - со штоком пробоотборника

Недостаток этого устройства определяется тем, что конструкция устройства сложна и механизм задавливания предназначен для использования прямо,точного (беспоршневого.) грунтоноса, что не позволяет отбирать малонарушенный керн достаточной длины.

Известно также устройство для отбора донных грунтов с использованием энергии гидростатического давления, которое может быть использовано для работы в скважинах. Устройство состоит из керноприемной трубы с наконечНИКОМ, закрытой с одной стороны крьш1кой, а с другой - поршнем с уплотнениями, который с помощью, механизма фиксации контактного действия закреплен в трубе 2 ..

Срабатывание этого устройства происходит при соприкосновении контактной пяты механизма фиксации поршня с грунтом, в результате чего производится расфиксация керноприемной трубы относительно поршня и .сила, пропорциональная произведению гидростатического давления на поперечное сечение керноприемной трубы, внедряет последнюю в грунт. Та же сила приводит в движение поршень, который устремляется по трубе вверх в направлении, противоположном-движению трубы. Это приводит к растягиванию керна и уменьшению глубины внедрения керноприемной трубы в грунт, поскольку внедрение прекращается при достижении поршнем верхней крьппки трубы.

Наиболее близким к изобретению является устройство для отбора проб донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с механизмом фиксации относительно керноприемной трубы и трос. Поршень, установленный во внутренней полости керноприемной трубы, закреплен относительно последней механизмо фиксации контактного действия и соединен с демпферным диском штоком, проходящим через герметизированное отверстие в. крьш1ке устройства. Срабатывание устройства происходит после расфиксации поршня относительно керноприемной трубы при соприкосновении контактной пяты механизма фиксации с грунтом СЗ

К недостаткам известного устройства следует отнести ограниченную область его применения, поскольку исползование демпферного диска для торможения поршня, т.е. фиксированного его положения в процессе внедрения керноприемной трубы в грунт, не позволяет использовать устройство для отбора проб грунта в скважине с обсадными трубами, так как диаметр демпферного диска всегда больше диаметра обсадных труб, применяемых при инженерно-геологическом бурении скважин. Кроме того, известное устройство не может эффективно использоваться на грунтах повьш енной плотности из-за малой внедряющей способности, поскольку сила гидродинамического торможения демпферного диска пропорциональна квадрату скорости перемещения, и на. плотных грунтах, где скорость внедрения значительно уменьшается, гидродинамическое торможение поршня с помощью демпферного диска становится неэффективным, что снижает внедряющую способность устройства на плотных грунтах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения отбора проб в скважине и увеличение внедряющей способности.

- Указанная цель достигается тем, что устройство для отбора проб донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень, механизм фиксации поршня относительно керноприемной трубы и трос, снабжено патроном, выполненным с осевым и радиальными- отверстиями и содержащими шарики-фиксаторы, расположенные в радиальных отверстиях патрона, и хвостовик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с возможностью перемещения относительно оси патрона и закрепленный на верхнем конце .штока, при этом радиальные отверстия выполнены с наклоном вверх к оси патрона, а трос закреплен на верхнем торце патрона. При контакте устройства с грунтом жесткая фиксация штока производится автоматически с помощью заклинивающегося патрона, что позволяет исполь зовать устройство в скважине и увеличить его внедряющую способность в грунтах повьппенной плотности за счет возможности растяжения процесса внедрения во времени, а автоматическая расфиксация штока производится по натяжению троса при извлечении устройства. На фиг.1 изображено устройство для отбора проб донного грунта, продольный разрез; на фиг.2 - то же, устройство в обсадной трубе после срабатывания в скважине. Устройство для отбора проб донного грунта состоит из керноприемной трубы 1 , крышки 2, через герм е|тизированное отверстие которой проходит шток 3, жестко соединенный с поршнем 4. В поршне 4 установлен механиз фиксации поршня относительно кернопр емной трубы I, состоящий из контактной; пяты 5 со стержнем 6 и пальцев 7, расположенных в радиальных отверстиях поршня 4. В нижней части трубы Iразмещены клапан для подрезки и удержания керна 8 и буровой наконечник 9. На верхнем конце штока 3 жест ко закреплен хвостовик 10 с конусным выступом; на хвостовик надет патрон IIс шариками-фиксаторами 12, расположенными в радиальных отверстиях патрона 11, и опорным кольцом 13, навинченным на нижний торец патрона 11 .Ни верхнем торце патрона 11 установлена скоба 14 для закрепления троса 15, Штуцер 16 служит для присоединения шланга при откачке воздуха из герметизированной полости керноприемной трубы 1. Устройство для отбора проб донного грунта работает следующим образом. Устройство с откачанным из гермети зированной полости керноприемной трубы 1 воздухом за трос 15 спускают через обсадную трубу к забою скважины. При касании контактнойпятой 5 поверхности грунта происходит смещение стержня 6 вверх, которое ведет к расфиксации керноприемной трубы 1 от носительно поршня 4, и керноприемная труба 1 внедряется в грунт под действием силы, пропорциональной произведению гидростатического давления на эффективную площадь ее поперечного сечения. Та же сила, воздействуя на эффективную площадь поршня 4, стремится переместить его вместе со штоком 3 вверх. Однако смещение штока 3 с поршнем 4 вверх вызывает движение хвостовика 10 относительно патрона 11; при этом конусный выступ хвостевика 10 смещает шарики-фиксаторы 12 наружу, заклинивая патрон 11 в обсадной трубе, обеспечивая, таким образом, фиксацию поршня 4 относительно забоя скважины в процессе внедрения устройства в грунт. При подъеме устройства за трос 15 скошенные радиальные отверстия в патроне 11 способствуют отжиму шарикЬвфиксаторов 12. от стенок обсадной трубы и скатыванию их с конусного выступа хвостовика 10. Этому способствует сопротивление грунта при извлечении .керноприемной трубы I, которое при подъеме устройства передается на шток, облегчая выход конусного выступа хвостовика 10 из заклинки. Таким образом, техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является возможность отбора проб не только верхнего слоя, но и на Любой глубине залегания грунтов при бурении инженерно-геологических скважин. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность труда при отборе керна в процессе бурения инженерно-геологических скважин в море за счет замены трудоемких операций по монтажу, спуску и подъему бурильных труб с вдавливаемыми грунтоносами на спуск и подъем на тросе предлагаемого устройства для отбора проб донного грунта в скважине, так как значительно сокращает время, необходимое для отбора проб в скважине в процессе бурения, Кроме того, уменьшение количества и длительности операций с тяжелыми бурильными трубами сокращает время работы приводных механизмов судового бурового оборудования, потребление ими электроэнергии и улучшает условия техники безопасности при бурении инженерно-геологических скважин в море.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ДОННОГО ГРУНТА, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с механизмом фиксации относительно кёрирприемной трубы и трос, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения отбора проб в сква.жине и увеличения внедряющей способности, оно снабжено -патроном, выполненным с осевым и радиальным отверстиями и содержащими шарики-фиксаторы, расположенные в 1 адиапьных отверстиях патрона, и хвостЬвик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с возможностью перемещения относительно патрона и закреп-, ленный на верхнем конце штока,при этом радиальные отверстия выполнены 9 с наклоном вверх к осн патрона, а трос закреплен на верхнем торце патрона.