Пробоотборник Советский патент 1992 года по МПК E21B25/18 

Изобретение относится к техническим средствам бурения мелких скважин и отбора ненарушенных проб донных отложений при геологических и инженерно-геологических исследованиях на шельфе.

Известен пробоотборник ПО-70, который включает колонковую трубу с башмаком.в полости которого упакован полиэтиленовый рукав. Соосно с колонковой трубой на ней закреплена при помощи груза дополнительная колонковая труба, соединенная шлангом с судовым водяным насосом. Рукав подсоединен к поршню, удерживаемому в процессе углубки пробоотборника на уровне поверхности дна при помощи поплавка, соединенного тросом с опорой, подвижной относительно наружной колонковой трубы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- зультату является пробоотборник, содержащий массивную опорную раму с осевым направляющим отверстием для прохода рабочего цилиндра, выполненного в виде двух концентрических труб, соединенных в верх- ней части герметичной кольцевой крышкой. При этом колонковая труба снабжена поршнем, шток которого жестко связан с корпусом лебедки, подвешенной к основному тросу. Рама также подвешивается к корпусу лебедки на четырех тросах и служит для размещения четырех вакуумных баллонов, соединенных между собой соединительным трубопроводом, а с верхним концом кольцевой полости рабочего цилиндра - гибким шлангом.

Во время спуска пробоотборника на дно рабочий цилиндр находится в крайнем верхнем положении и удерживается разрывным стопором, снабженным пиропатро- ном. В момент установки рамы на дно по сигналу датчика пиропатрон подрывается и рабочий цилиндр под действием собственного веса внедряется в грунт. При достиже- нии им плотных грунтов скорость внедрения замедляется, в результате чего начинают открываться вентили вакуумных баллонов, создающих разрежение в кольцевой полости рабочего цилиндра, который залавливается в дно гидростатическим уси- лием, действующим на его верхний торец.

Трение колонки грунта по внутренней стенке колонковой трубы компенсируется наличием строго фиксированного поршня. Трение по внешней поверхности колонке- вой трубы уменьшается за счет создания разрежения в кольцевом пространстве рабочего цилиндра. После окончания внедрения пробоотборника вакуумные баллоны заполняются водой, происходит отсоединение штока поршня от корпуса лебедки и последняя извлекает рабочий цилиндр из скважины.

Недостатком известного пробоотборника является низкое качество опробования из-за того, что керн из колонковой трубы всасывается в кольцевое пространство рабочего цилиндра, что приводит к нарушению структуры пробы, его физических свойств. Это происходит потому, что интенсивность вакуумирования при пробоотборе по различным породам нельзя регулировать в процессе одного рейса пробоотбора, что ведет к потере истинности геологической информации.

Цель изобретения - повышение качества опробования путем обеспечения возможности регулирования величин разрежения в подпоршневой полости колонковой трубы.

Поставленная цель достигается тем, что пробоотборник, содержащий опорную раму с вакуумными баллонами и лебедкой, колонковую трубу, концентрично размещенную внутри рабочего цилиндра и жестко закрепленную внутри него, поршень, размещенный в колонковой трубе и связанный с лебедкой, гибкий шланг, сообщающий полость рабочего цилиндра с вакуумными баллонами, снабжен дополнительной колонковой трубой с жестко закрепленными на ней кольцевым поршнем в верхней части и башмаком в нижней ее части, причем дополнительная колонковая труба установлена между рабочим цилиндром и колонковой трубой с возможностью осевого перемещения относительно последней, при этом над- поршневая полость рабочего цилиндра сообщена с внешним пространством, а его подпоршневая полость выполнена с возможностью сообщения с вакуумными баллонами через гибкий шланг.

На фиг.1 изображен пробоотборник в момент постановки на дно; на фиг.2 - то же, в процессе отбора пробы с максимальной интенсивностью вакуумирования.

В состав пробоотборника (фиг.1) входят опорная рама 1 с вакуумными баллонами 2, датчик 3 касания дна, пиропатрон 4, установленный на разрывном стропе 5, лебедка 6 с закрепленным на ней посредством штока 7 поршнем 8, колонковая труба 9, жестко связанная с рабочим цилиндром 10, который соединен гибким шлангом 11с вакуумными баллонами 2. В полости рабочего цилиндра 10 установлен кольцевой поршень 12, подпружиненный пружиной 13 относительно верхней части рабочего цилиндра 10. Кольцевой поршень 12 имеет верхний 14 и нижний 15 ограничители хода. Надпоршневая полость 16 рабочего цилиндра 10, где установлена пружина 13, сообщена каналом 17 с внешним пространством. Подпоршневая кольцевая полость 18 рабочего цилиндра 10 в процесса работы пробоотборника имеет возможность сообщения с вакуумными баллонами 2 через дроссельные отверстия 19 и гибкий шланг 11. Кольцевой поршень 21 жестко связан дополнительной колонковой трубой 20 с башмаком 21, в котором установлен кер- норватель 22, причем дополнительная колонковая труба 20 установлена между рабочим цилиндром 10 и колонковой трубой 9 с возможностью осевого перемещения относительно последней. Вакуумные баллоны соединены между собой соединительным трубопроводом 23.

Вакуумный баллон 2 снабжен заглушкой 24, которая открывает доступ жидкости в баллон 2 после окончания рейса. Опорная рама 1 опускается на дно на тросе 25, а лебедка 6 связана с рабочим цилиндром 10 тросом 26.

Пробоотборник работает следующим образом.

Во время спуска пробоотборника на дно рабочий цилиндр 10 находится в крайнем верхнем положении и удерживается разрывным стропом 5. В момент установки рамы 1 на дно (фиг.1) по сигналу датчика 3 пиропатрон 4 подрывается и рабочий цилиндр 10 под действием собственного веса внедряется в грунт. Кольцевой поршень 12 находится под действием пружины 13 в крайнем нижнем положении, опираясь на нижний ограничитель 15. Лебедка 6 с поршнем 8 остаются на месте, так как они жестко связаны штоком 7. По мере внедрения пробоотборника в колонковой трубе 9 возникает разрежение, так как поршень 8 неподвижен. При достижении пробоотборником крепких грунтов лобовое сопротивление на башмак 21 увеличивается и он совместно с дополнительной колонковой трубой 20 и кольцевым поршнем 12 перемещается вверх. В зависимости от крепости пород на забое поршень 12 открывает то или иное количество дроссельных отверстий 19; чем тверже порода, тем большее количество дроссельных отверстий 19 открывается. При максимальном возможном открытии дроссельных отверстий кольцевой поршень 12 упирается в верхний ограничитель 14 (фиг.2), вытесняя жидкость из над- поршневой полости 16 через канал 17 во внешнее пространство. При перемещении поршня 12 вверх кольцевая полость 18 рабочего цилиндра 10 сообщается через дроссельные отверстия 19, гибкий шланг 11 с вакуумными баллонами 2, сообщенными

между собой соединительным трубопроводом 23. Чем тверже порода на забое, тем больше интенсивность вакуумирования и разрежение в кольцевой полости 18 рабочего цилиндра 10 и тем больше гидростатическое усилие, действующее на верхний торец кольцевого поршня 12.

При данной конструкции пробоотборника полностью устраняется трение как

внутри колонковой трубы 9, так и снаружи дополнительной колонковой трубы 20, Керн в колонковой трубе 9 не нарушен, так как последняя не перемещается относительно керна.

По окончании рейса, когда пробоотборник углубляется на всю длину, вакуумные баллоны через заглушку 24 заполняются водой, что снижает усилие, приложенное к верхнему торцу кольцевого поршня 12.

Происходит отсоединение штока 7 поршня 8 от корпуса лебедки 6, и последняя извлекает рабочий цилиндр 10 из скважины посредством тросов 26. Керн удерживается в колонковой трубе кернорвателем

22. Затем пробоотборник извлекают на борт судна на тросе 25.

На поверхности разрывной строп 5 крепят к рабочему цилиндру, поршнем 8 выдавливают керн и крепят шток 7 на лебедке 6;

пробоотборник опять готов к работе.

Суммарная площадь дроссельных отверстий 19 должна быть равна площади внутреннего сечения гибкого шланга, чтобы не создавать дополнительных перепадов

давления и сопротивлений в трубопроводе. Чтобы увеличить усилие внедрения пробоотборника в грунт, можно к рабочему цилиндру 10 навесить дополнительный груз. При проходке мягких пород расстояние

от торца башмака до торца корпуса рабочего цилиндра максимальное, что предотвращает нарушение структуры керна. Чем тверже порода, тем меньше расстояние от торца башмака до торца рабочего цилиндра,

что не приводит к нарушению структуры керна из-за вакуумирования. Когда кольцевой поршень находится в самом верхнем положении, то перебуриваются самые плотные грунты, следовательно, расстояние от

торца башмака до торца рабочего цилиндра будет минимальное, что не приводит к нарушению структуры керна.

Формула изобретения Пробоотборник, содержащий опорную раму с вакуумными баллонами, трос, связанный с лебедкой, колонковую трубу, кон- центрично размещенную внутри рабочего цилиндра и жестко закрепленную относительно него, поршень, размещенный в колонковой трубе и связанный с тросом, гибкий шланг, сообщающий полость рабочего цилиндра с вакуумными баллонами, отличающийся тем, что, с целью повышения качества опробования путем обеспечения возможности регулирования величины разрежения в подпоршневой полости колонковой трубы, он снабжен дополнительной колонковой трубой с жестко прикрепленным к ней кольцевым поршнем в верхней

0

части и башмаком в нижней ее части, причем дополнительная колонковая труба установлена между рабочим цилиндром и колонковой трубой с возможностью осевого перемещения относительно последней, при этом над- поршневая полость рабочего цилиндра сообщена с внешним пространством, а его подпоршневая полость выполнена с возможностью сообщения с вакуумными баллонами через гибкий шланг.

Изобретение относится к техническим средствам бурения мелких скважин и отбора ненарушенных проб донных отложений при геологических исследованиях на шельфе и позволяет повысить качество опробования путем обеспечения возможности регулирования величины разрежения в под- поршневой полости колонковой трубы. Пробоотборник содержит опорную раму 7 с вакуумными баллонами 2. колонковую трубу 9, концентрично размещенную внутри рабочего цилиндра 10 и жестко закрепленную относительно него, поршень 8, установленный в колонковой трубе 9 и связанный с тросом 25, дополнительную колонковую трубу 20 с кольцевым поршнем 12 в верхней ее части и башмаком 21 в нижней части. Дополнительная колонковая труба 20 установлена между рабочим цилиндром 10 и колонковой трубой 9 с возможностью осевого перемещения. Надпоршневая полость рабочего цилиндра 10 сообщена с внешним пространством, а подпоршневая полость выполнена с возможностью сообщения с вакуумными баллонами 2 через гибкий шланг 11.2 ил. Ё VI 00 о ю ел