Устройство для исследования донных грунтов зондированием Советский патент 1981 года по МПК G01N1/04 E21B49/02 

I

Изобретение относится к исследиванию донных грунтов морских акваторий, П1 еиму1цсственная область Использования - суда для инженерно-геологических изыскагшй.

Известны устройства для исследования донных грунтов при помощи вдавливаемого зонда,оснащенного датчиками дляполучения информации, Характеризующей свойства, состав и состояние грунтов. Устройства состоят из механизма для вдавливания зонда, который выполнен в виде гидроцилиндра с ав.томатическим зажимным механизмом , несущей рамы с балластом, электрогидравлнческого привода и дистанционной системы управления ij.

Недостатком тако1о устройства яв- . ляется значительная масса погружных агрегатов, опускаемых на дно моря, которые используются, в этом случае, только для восприятия реактивногб усилия и обеспечения неподвижного положения вдавливающего устройства(закрепленного на раме, несущей балласт. Кроме того, сложность конструкции связана с необходимостью герметизации всех элементов при сложной системе дистанционного управления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройстводля исследования донных грунтов зон10дированием, содержащее колонну буриль ных труб, закрепленную на компенсаторе вертикальных перемещений, корпус с цанговым зажимом, шта;нгу с кабелем и зондом и трубу крепления

15 скважин.

Корпус пенетрометра весом 30 т опускается на дно моря при помощи бу- . рильной колонны, корпус соединен с судном при помощи направляющих сов для попадания, в забой бурильной скважины.Пенетрационная штанга длиной цо 30 м с зондом на конце вводится через внутреннкио полость бурильной ког лоны при помощи троса при остановленном бурении. В нижней части бурильной колонны имеется специальное электрическое зажимное устройство, которое сочлен ет зонд с бурильной трубой. Вдавлива ние зонда осуществляется гидравличе ким механизмом от забоя на величину хода гидроцилиндров 2, Недостатком этого устройства явля ется наличие подводной конструкции большой массы, содержащей сложный гидравлический механизм, управляемый с поверхности, что приводит к удпинению процесса исследования донк го грунта на каждой точке акватории. Цель изобретения - упрощение конструкции и сокращение времени исследования грунта. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве длгя исследов1ания донных грунтов зондированием, содержащем колонну бурильных труб, закрепленную на компенсаторе верти- кальных перемещений, корпус с цанговым зажимом, штангу с кабелем и зондом и трубу крепления скважин, бурильная колонна выполнена из внешней трубы, соединенной с корпусом цангового зажима, и внутренней трубы, соединенной с цангой, штанга с кабелем и зоидом распбложена внутри бурильной колонны и трубы крепления скважин, корпус цангового зажима соединен со штоками,, а труба крепления скважин снабжена водяными цилиндрами с рабочими полостями и соединенньм с ними каналом, снабженным невозвратным клапаном и дросселем. На фиг.1 изображено устройство в процессе сборки, общий вид; на фиг.2 - устройство при. постановке на дно центральной наибольшего диаметр трубы; на фиг.З - узел А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2. Устройство устанавливается на суд не I для инженерных изысканий, которое имеет буровую вышку 2 и спуско-по емный агрегат 3. Спуско-подъемный агрегат 3 содержит лебедку 4, талеву систему 5, компенсатор 6 вертикальных перемещеш1й, который состоит из полиспаста 7, неподвижный блок закр лен на корпусе судна, а к подвижному блоку через клеть 8 прикреплен груз 9, соединенный с емкостью 10, плавучесть которой может изменяться подачей и вытеснением воды сжатым воз,духом, поступаюаим по рукану 11. Компенсатор 6 собран в клети 9,которая перемещается в вертика.;1ьной шахте 12. Устройство пропускается на дно моря через буровую шахту 13. Устройство состоит из бурильной колонны 14, выполненной из внешней трубы 15, соединенной с корпусом цангового зажима 16 и внутренней трубы 17, соединен гой с цангой 18. Внутри бурильной колонны 14 пропущена штанга с кабелем 19, на конце которой закреплен зонд 20. К корпусу цангового зажима 16 шарнирно прикреплень штоки 21, водяные цилиндры 22, которые также шарнирно прикреплены к трубе 23 крепления скважин. Рабочие полости водяных цилиндров 22 объединены каналом 24, на котором установлены невозвратный клапан 25 и дроссель 26. Труба 23 крепления скважин выполнена из трубы 27, имеющей по высоте две диафрагмы 28 с роликами 29, обеспечивающими направление штанги с кабелем 19. Сборка устройства проводится при выключенном компенсаторе 6 вертикальных перемещений С неподвижиый и подвижный блоки соединены). С помощью спуско-подъемного агрегата .3 талевой систег«.1 5 собирается труба 27,-в верхнюю часть которой предварительно вставлен з.онд 20 с концевым участком штанги с кабелем 19. Труба 23 крепления скважин и штанга с кабелем 19 фиксируются элеваторами. .На вертлюг подвешивает- . ся концевой участок внешней трубы 15 с внутренней трубой 17 С цанга 18 открыта под действием веса трубы 17. Сборка талевой системой 5 опускается до достижения корпусом цангового зажима 16 штоков 21 и соеда1няется с ними. Затем вертлюг закрепляют на штангу с кабелем 19 и элеватор убирают. Всю сборку опускают в шахту 13 и фиксируют элеватором за внешнею утяжеленную трубу 15. Вертлюгом наращивают последовательно штангу с кабелем 19, внешнюю трубу 15 и внутреннюю трубу 17. Сборку ведут до достижения грунта и погружения в грунт под весом бурильной колонны трубы 23 крепления скважин. После этоко включают компенсатор 6 путем опускания клери 8 под корпус судна 1. В таком положенин устройство подготоааено к работе.

Устройство работает следующим образом.

Вертдюг закрепляют за внешнюю трубу 15 (под весом внутренней трубы 17 цанга 18 о1крыта) и поднимают бурильную колонну 14 на ход вдавливания. При подъеме штоки поднимаиотся вверх и через невозвратный клапан 25 вода заполняет подпоршневую полость водяных цилиндров 22. Внешнюю утяжеленную трубу 15 фиксируют элеватором, а вертлюг закрепляют за штангу с кабелем 19. Убирают элеватор, устанавливают компенсатором 6 вертикальных перемещений усилие вдавливания зонда 20 и начинают погружение зонда путем опускания сборки под весом бурильной колонны I4. Скорость погружения устанавливается истечение воды из водяных цилиндров 22 путем соответствующей установки дросселя 26.После за.вершениЯ: хода погружения штангу с кабелем 19 фиксируют элеватором и сборку наращивают как указано вьше и повторяют цикл до достижения заданной глубины зондирования.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит

в упрощении механизма, осуществляющего вдавливание зонда, так как конструкция исключает погружение на дно сложных гидравлических, электропроводных механизмов с системами надводного управления. Также сокращается время проведения непосредственного зондирования ввиду исключения операций по установке на морское дно балласта или других средств, воспринимающих реакцию усилия вдавливания. Компенсатор вертикальных перемещеНИИ может быть любой другой конструкции и устанавливается на судне для инженерно-геологических изысканий для выполнения всех операций, связанных с бурением инженерной скважины.

Формула изобретения

I. Устройство для исследования донных грунтов зондированием, содержащее колоннубурильных труб, закрепленную на компенсаторе вертикальных перемещений, корпус с цанговым зажимом, штангу с кабелем и зондом, трубу крепления скважин и штоки, о т л ич а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения конструкции и сокращения времени исследования грунта, бурильная колонна выполнена из внешней трубы, соединенной с корпусом цангового зажима и внутренней трубы соединенной с цангой, штанга с кабелем и зондом расположена внутри бурильной колонны и трубы крепления скважин, корпус цангового зажима соединен со штоками,а труба крепления скважин снабжена водяными цилиндрами с рабочими полостями и соединенным с ними каналом, снабженным невозвратным клапаном и дросселем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Марус Дж.Мее. Методы непосредственного исследования грунтов перед строительством морских платформ. Инженер-нефтяник, май, 1976«

2.Проспект фирмы MeChelland Engineers Geotechnical Consuetants London Office, Stingray Coke Penetrometer System for Basic Geotechnical Investigations.

Фаг/

/7

19

Фиг.З

28

Фи&.