Подводная буровая установка ударного действия Советский патент 1982 года по МПК E21B49/02 

Изобретение относится к горной технике и может найти применение в подводных буровых установках ударного действия для отбора проб грунта.

Известна подводная буровая установка ударного действия, содержащая опорную плиту, ударный механизм и колонковую трубу с поршнем 1.

Поршень размещен внутри колонковой трубы и во время внедрения последней удерживается с помощью троса на уровне дна. В момент появления свайного эффекта колонка грунта смещается относительно неподвижного поршня вниз, образуя под ним вакуум. Восходящий при этом поток поровой воды грунта, фильтруясь сквозь колонку, ослабляет ее до состояния плывуна, устраняя на некоторое время свайный эффект. В дальнейшем вакуумная полость заполняется водой и разрыхленной породой, что ведет к прекращению фильтрации, восстановлению прочности грунта и повторному появлению свайного эффекта. Периодически возникающий свайный эффект приводит к потере части пропластков исследуемой толщи. Отобранный же грунт разрыхляется и растягивается восходящим фильтрационным потоком поровой воды.

заполняя весь объем трубы, что создает ошибочное представление о полном соответствии отобранной колонки пройденному разрезу.

Таким образом, это устройство не устраняет полностью свайный эффект и поэтому не обеспечивает достаточное качество отбираемой колонки грунта.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является подводная буровая установка ударного действия, содержащая опорную плиту, ударный механизм, колонковую трубу с установленным на ней цилиндром и 15 поршень 2.

В известной установке работа порш.ня осуществляется главным образом

2Q за счет подброса в момент удара корпуса ударного механизма. При этом объем создаваемого под поринем вакуума мало зависит от проходки трубы за удар. Даже в том случае, если .труба прекратила внедряться (сопротивле 5 ние грунта превысило силу ударов), насос все равно работает, а создаваемый им избыточный вакуум отрицательно влияет на качество отбираемой колонки грунта, поскольку происходит

30 перенасыщение и разрыхление структуры грунта восходящим фильтрационным потоком поровой воды.

Цель изобретения - предотвращение попадания воды в трубу за счет исключения создания избыточного вакуума под поршнем при прекращении внедрения трубы в момент удара.

Эта цель достигается тем, что подводная буровая установка ударного действия, содержащая опорную плиту, ударный механизм, колонковую, трубу с установленным на ней цилинд ром и поршень, снабжена горизонтальньдм диском, закрепленным на поршне, причем поршень подпружинен относительно цилиндра и имеет диаметр, больший диаметра колонковой трубы.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка , в которой поршень прикреплен к трубе в исходно перед ударом положении; на фиг. 2то же, в момент забивки трубы в грунт; на фиг. 3 - то же, второй вариант, при котором цилиндр прикреплен к трубке в исходном, перед ударом положении) на фиг. 4 - то же, в момент забивки колонковой трубы в грунт..

Установка содержит ударный механизм, включающий муфту 1, установленную на оголовнике 2 колонковой трубы 3 и подпружиненную пружиной 4. в муфте сделаны вертикальные каналы

5,в которые вмонтированы электроды

6,соединенные электрической цепью

с источником электрических импульсов (не показаны). На нижнем конце колонковой трубы установлена опорная плита 7, а верхнем конце - цилиндр 8 с поршнем 9, диаметр которого больше внутреннего диаметра колонковой трубы. В цилиндре сделаны отверстия 10 для выхода воды. Один из элементов (на фиг. 1 и 2 - поршень 9, а на фиг. 3 и 4 - цилиндр 8) установлен подвижно относительно колонковой трубы, подпружинен пружиной 11, снабжен обратным клапаном 12 и прикреплен к помещенному в окружающую воду тормозному устройству, выполненному, например, в виде горизонталного диска 13. Скобой 14, закрепленной на диске, установка подсоединена к тросу 15 судовой лебедки.

Работает установка следующим образом.

На тросе 15 установку опускают на ДНО и, поддерживая ее тросом в вертикальном положении, включают ударны механизм. При подаче напряжения на электроды 6 происходит разряд, образующий парогазовую сферу, котора выталкивает воду из канешов 5 и создает импульс силы. Под воздействием последней муфта 1 сжимает пружину 4 и ударяет по оголовнику 3, забивая колонковую трубу 3 в грунт. Диск 13, -тормозясь о воду, препятствует смещению подвижного элемента - поршня 9

или цилиндра В, причем торможению диска способствует встречный поток воды, выброшенной из каналов 5. За счет разности скоростей перемещения поршня и цилиндра в последнем образуется вакуумная полость 16, объем которой превышает объем воды, вытесненной из трубы 3, поступающей в нее колонкой грунта. Находящаяся под гидростатическим давлением поровая вода грунта, стремясь заполнить вакуум, фильтруется сквозь отбираемую колонку, устраняя свайный эффект.

После удара пружина 4 поднимает муфту 1 в исходное положение, а пружина 1 опускает поршень 9 или цилиндр 8, выдавливая воду из полости 16 через обратньй клапан 12 наружу. При очередном ударе клапан 12 плотно захлопывается под действием гидростатического давления.

Подбирая диаметры тормозного диска и поршня, при любом типе ударного механизма можно создать избыточны объем вакуума, необходимый для ликвидации свайного эффекта. Образование над колонкой вакуума, устраняющего свайный эффект, не связано с неизбежной предварительной потерей части пропластков пройденного слоя отложений. Таким образом, предлагаемая установка позволяет получать более качественную колонку грунта.

Превышение диаметра поршня над диаметром трубы оправдано в этом устройстве, где один из подвижных элементов, например поршень, жестко связан с горизонтальным диском, помещенным в гидросферу. При ударе и внедрении трубы горизонтальный диск под действием гидростатического давления на поршень перемещается в том же направлении, что и труба, но на зн-ачительно меньшее расстояние (изза торможения диска в воде). Разница диаметров поршня и трубы должна компенсировать это перемещение таКИМ образом, чтобы объем вакуума, создаваегиалй йасосом, был несколько больше объема воды вытолкнутой из колонковой трубы во всасывающую полость насоса при внедрении. Вполне очевидно, что в предлагаемой установке насос работает только при внедрении трубы. Если ударный механизм работает, а внедрения нет, насос не работает и избыточный.вакуум, разрушающий колонку, не создается.

Таким образом, изобретение позволяет упростить конструкцию установки за счет того, что для насоса не требуется специальный привод, работающий синхронно с ударным механизмом, а также у лучшить качество отбираемой колонки грунта за счет более полного соответствия создаваемого насосом объема вакуума проходке трубы за удар.

Формула изобретения

Подводная буровая установка ударного действия, содержащая опорную плиту, ударный механизм, колонковую трубу с установленнЕЛм на ней цилиндром и поршень, отличающаяс я тем, что, с целью предотвращения попадания воды в трубу за счет исключения создания избыточного вакуума под поршнем при прекращении внедрения трубы в момент удара, она

..;V.;-. J-:;.-:: .: V. . о , ;. . -f л -.гл

/о:У:о-;;р..

;;b-;- v v j i:.:o-:.;- °v °- :::: о ..-в..-.о.;.в . -в.-, о. . в e..

снабжена горизонтальным диском, закрепленным на поЕЯине, причем поршень подпружинен относительно Цилиндра и имеет диаметр, больший диаметра колонковой трубы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3434551, кл.175-6, опублик. 25.03.69.

2.Авторское свидетельство СССР 542822, кл. Е 21 В 49/02,29.05.74

/прототип) .

.l