Пробоотборник

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетел1255709, кл. Е 21 ВАвторское свидетель1498906, 20.11.87. 0хнический институт . А. Турянский ьство СССР5/00, 1986.тво СССР ному делу, м морского подводных инженерноь повыого регулиего фильтлонне проус 3, жестнаборс вакуумную и(54 ) П РОБООТ БОР НИ К(57) Изобретение относится к гора именно к техническим средствапробоотбора и бурения мелкихскважин для геологических игеологических исследований. Целшение надежности автоматическрования интенсивности восходящрационного потока жидкости в кобы. Г 1 робоотборник содержит корпко связанный с ним колонковыйкерноприемной полостью 7, и Яц 1634775 камеру 4. В стенке нижней части колонко. вого набора 1 размещены на разных уровнях фильтры 17 и 18, сообщенные каналами 20 с торцовыми полостями 15 и 16 плунжерного клапана (ПК) 12, подпружиненного относительно корпуса 3. Перед спуском на дно из камеры 4 откачивают воздух, а ПК 12 переводится с помощью управляющего механизма 23 в крайнее правое положение, при котором канал 6 перекрыт П К 12. После внедрения в грунт на глубину, при которой уровень грунта достигнет канала 19 верхнего фильтра 18, управляющий механизм отключают. Г 1 К 12 под действием пружины 14 смешается и сообщает камеру 4 с полостью 7. При этом давление в последней снижается, обратный клапан 10 закрывается, а в колонке керна возникает восходящий фильтрационный поток. Перепад давлений на уров. нях фильтров7 и 18 передается через каналы 20 на ПК 12, что заставляет его перемешаться, периодически перекрывая канал 6. 1 ил.55 Изобретение относится к горному делу, а именно к техническим средствам морского пробоотбора и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических исследований.Целью изобретения является повышение надежности автоматического регулирования интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колоние пробы,На чертеже показан пробоотборник, общий вид.Пробоотборник содержит колонковый наборс башмаком 2 и корпус 3, жестко связанный с колонковым набором 1. В корпусе 3 выполнена вакуумная камера 4 со штупером 5, канал 6, сообщающий керноприемную полость 7 колонкового набора 1 с вакуумной камерой 4 и каналы 8, 9, связывающие керноприемную полость 7 с внешним пространством. В канале 8 размещен обратный клапан 10. Кроме того, в корпусе 3 выполнен канал 11, в котором установлен редукционный плунжерный клапан 12, имеющий отверстие 13, пружину 14 и хвостовики 5 и 16.В башмаке 2 колонкового наборавыполнены два гравийных фильтра 7 и 8, представляющие собой полости, заполненные гравием. Фильтры сообщены с помощью каналов 19, выполненных на расстоянии друг от друга по вертикали с керноприемной по.зостью 7 колонкового набора 1, и посредством трубок 20, размещенных внутри колонкового набора 1, с участками 21 и 22 ка. нала 11, расположенных по торцовым сторопам плунжерного клапана 12. Верхний фильтр 18 соединен с участком 22 канала 11 с подпружиненной стороны плунжерного клапана 12.В корпусе 3 пробоотборника установлен также управляющий механизм 23 плунжерного клапана 12, выполненный, например, в виде электромагнита, связанного посредсгвом кабеля с судном (не показаны). При этом хвостовик 16 плунжерного клапана 12 установлен в полости 24 электромагнита 23.Для внедрения колонкового наборав донный грунт может быть использован погружатель 25 любого типа, а для контроля за процессом углубки - датчик проходки (не показан).Гробоотборник работает следующим образом.Геред началом пробоотбора на палубе судна включают электромагнит 23, который втягивает в полость 24 хвостовик 6 плунжерного клапана 12, перекрывая канал 6 вакуумной камеры 4. После этого из последней через штуцер 5 откачивается воздух.В этом положении пробоотборник опускают с борта судна на дно. В процессе спуска пробоотборника канал 11, трубки 20, фильтры 17, 18 и каналы 19 заполняются жидкостью. 1 осле стабилизации пробоотборника на дне включают погружатель 25. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Под воздействием погружателя 25 колонковый набор 1 с башмаком 2 погружается в грунт, формируя колонку пробы. При этом канал 6 камеры 4 перекрыт плунжерным клапаном 12, восходящий поток жидкости в керноприемной полости 7 колонкового набораотсутствует, а жидкость, находящаяся в керноприемной полости 7, вытесняется поступающим керном через каналы 8 и 9 корпуса 3 во внешнее пространство.После внедрения колонкового набора 1 в донный грунт на глубину, при которой уровень грунта достигнет канала 19 верхнего фильтра 18 (что можно определить по показаниям датчика проходки), отключают электромагнит 23. Плунжерный клапан 12 под действием пружины 14 смещается до упора хвостовика 15 о корпус 3. При этом отверстие 13 плунжерного клапана 12 и канал 6 вакуумной камеры 4 окажутся совмещенными,В результате давление жидкости в керноприемной полости 7 колонкового набора 1, гидравлически сообщенной каналом 6 с вакуумной камерой 4, падает, обратный клапан 10 неуравновешенным гидростатическим давлением захлопывается, а в колонке керна под действием возникшего перепада давления между поровой жидкостью окружающего массива грунта и жидкостью над пробой возникает восходящий фильтрационный поток, который, фильтруясь между зернами грунтами, оказывает на них фильтрационное давление, частично или полностью нейтрализуя их вес, Поскольку величина силы трения несвязного керна о трубу прямо пропорционально зависит от веса грунта, слагающего керн, то наличие восходящего фильт. рационного потока в колонке пробы снижает величину его напряженно-сжатого состояния и, следовательно, величину силы трения. При этом исключаются проявления свайного эффекта, увеличивается выход керна и повышается качество опробования.Однако, если в процессе пробоотбора напряженность фильтрационного потока достигнет величины, при которой фильтрационные силы превысят вес керна с учетом взвешивания его водой, то начнется гидро- транспортирование пробы, пульпообразование, что ухудшает качество пробы. Величина фильтрационных сил в поровой среде однозначно определяется значением градиента давления (градиента напора).Автоматическая стабилизация в процессе пробоотбора заданного значения градиента набора достигается следующим образом. В процессе пробоотбора с обратной промывкой значения давления жидкости на различных уровнях колонки керна будут различными из-за гидравлических сопротивлений движению жидкости в пористой среде. Значения давления поровой жидкости на соответствующих уровнях расположения ка налов 19 будут передаваться в данном устройстве через фильтры 17 и8 и трубки 20 на участки 21 и 22 канала 1 по обеим сторонам от плунжерного клапана 12. При этом гравийные фильтры 17 и8 предотвращают попадание минеральных частиц грунта в трубки 20 и канал 11 и закупоривание их.Таким образом, на плунжерном клапане 2 возникает усилие, обусловленное возникшим перепадом давления жидкости по сторонам от плунжерного клапана 12 на участках 21 и 22 канала 11. Причем давление на участке 2 канала 11 будет большим, чем на участке 22, так как первый из них соединен с фильтром 17, установленным ниже другого фильтра 8. Поэтому возникающее усилие будет стремиться сдвинуть плунжерный клапан 2, сжимая его пружину 14.Величина перепада давления ХР на плунжерном клапане 12 будет определяться существующим градиентом давления дгаОР фильтрационного потока в керне.20ХР=цгаАРХгде 1 - расстояние между фильтрами 17 и 18При напряженности восходящего фильтрационного потока с градиентом давления ниже оптимального вегас)Р возникающее усилие на плунжерном клагане 12 не преодолевает жесткости пружины 14 и канал 6 камеры 4 и отверстие 3 плунжерного клалана 12 продолжают оставаться совмещенными. Интенсивность обратной промывки возрастает и возрастает градиент давления З 0 в керновом материале. Увеличение восходящего фильтрационного потока в колонке пробы происходит до достижения оптимальной величины. Г 1 ри превышении оптимального градиента давления на плунжерном клапане 12 возникает усилие, преодолевающее жесткость пружины 14 и смец 1 ающее нлунжерный клапан 12 с отверстием 13 относительно канала 6. В результате происходит дросселирование канала 6, возрастают гидравлические сопротивления восходящему потоку жидкости и интенсивность обратной промывки падает.Если интенсивность обратной промывки стала по каким-либо причинам (например,из-за возрастания гидравлических сопротивлений по мере наполнения керноприемной полости 7 грунтом) меньше оптимальной, то плунжерный клапан 12 под действием пружины 14 сместится, в большей степени приоткрывая канал 6 вакуумной камеры 4. В этом случае интенсивность обратной промывки увеличится.Таким образом, подбором жесткости пружины 14 при определенных геометрических размерах плунжерного клапана 12 и расстояния 1 в данном устройстве можно достичь автоматической стабилизации заданного значения градиента напора фильтрационного потока в колонке керна.По окончании пробоотбора выключают погружатель и включают электромагнит 23. Канал 6 камеры 4 низкого давления пере. крывается плунжерным клапаном 12, что исключает всасывание морской воды в вакуумную камеру 4 через колонку керна при подьеме пробоотборника через водную толщу. После этого извлекают пробоотборник на поверхность и на палубе судна выгружают керн.формула изобретения Пробоотборник, содержащий корпус, жестко связанный с ним колонковый набор с керноприемной полостью, вакуумную камеру и размещенный в корпусе дросселирующий клапан, установленный с возможностью сообщения вакуумной камеры с керноприемной полостью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности автоматического регулировачия интенсивности восходящего фильтрационного потока жидкости в колонке пробы, он снабжен фильтрами, размещенными на разных уровнях в стенке нижней части колонкового набора, и управляющим механизмом, причем дросселирующий клапан выполнен в виде плунжерного клапана, подпружиненного относительно корпуса, полости в торцовых частях которого сообщены каналами через фильтры с керноприемной полостью, а управляющий механизм связан с плунжерным клана ном.(;ставитеь б (:ачгйленко Редактор М бандура Техред А Кравчук Корректор Т Колб Заки 7 Зб Тираж збв 11 олнисное ВНИИИ Гс дарств щго кч итста пи обрнин и ткрытинч нри 1 КНТ (:О:Р 113035, Москва. Ж З 5, Рау щскаи нб4 5 11 роивствни.ида.вский кчбинт атнт,Ггжород, ул. Гага,ин;,