Пробоотборник

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9)01 1) ЕТЕНИ АН ЛЬ й институтбраженский,шков А,В. Техо разведочно- : Наука, 1979,практика гидроорского дна. Рипробо га; Зи хническим ника и буин с целью логических- повыше- автоматиответствии нки керна. ус, наружзобрет ость гид мной, со- внешним еск И средс мелк гичес дован ния твамих подких и ий.звест оло- слемому усти достигаотборчиксодержит й снарядвнутрен кду котоколь непо соед роуд садк редст ненн рник и, со ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А 8 ТОРСКОУУ С 8 И(56) Щелковников И,Т. и Луконические средства подводногго бурения и опробования. Лс. 132-133,Шехтер Е.Ю., Теория иотборника грунтов мпатне, 1979, с. 69,(54) ПРОБООТБОРНИК(57) Изобретение относится к те средствам морского пробоотбор рения мелких подводных скваж геологических и инженерно-гео исследований, Цель изобретения ние качества опробования путем ческого выноса наконечника в со с напряженным состоянием коло Пробоотборник содержит корп ие относится к техни ского пробоотбора и б ных скважин с целью енерно-геологических ен пробоотборник, содержащий гидроударник, установленный венно над режущим башмаком и й с нагнетательной линией, Гидснабжен гидромониторной набщенной с выхлопным каналом ную и внутреннюю трубы, кольцевое пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, и наконечник, соединенный с внутренней трубой, Кроме того, пробоотборник снабжен установленной в полости внутренней трубы керноприемной трубой с поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и подпоршневую полость наружной трубы, при этом поршень наружной трубы подпружинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с воэможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем подпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством, надпорш невы е камеры наружной и керноприемной труб сообщены одна с другой, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными, 1 ил. гидроударника, Центральная пол роударника выполнена керноприе единенной в верхней части с пространством.Наиболее близким к эаявляе ройству по технической сущности емому результату является пробо взятый в качестве прототипа: Он опору и буровой снаряд, Бурово выполнен в виде корпуса, а также ней и наружной труб, полость ме.рыми сообщена с нагнетательной линией. Внутренняя труба соединена с наконечником, установленным с некоторым фиксированным в течении рейса опережением наружной трубы, называемым "выносом наконечника", К опоре пробоотборника присоединен с помощью отрезка троса поплавок, а в полости внутренней трубы установлен поршень, также связанный с поплавком с помощью троса,Основным недостаткам пробоотборника является низкое качество опробования, обусловленное независимостью интенсивности гидроразмыва грунта на забое скважины от реального напряженного состояния материала керна, Нагнетание жидкости.на забой скважины способствует повышению порового давления на торце башмака пробоотборника сверх гидростатического, то есть созданию перепада давления по сравнению с давлением жидкости над керном, В результате в колонке грунта возникает нерегулируемый восходящий фильтрационный поток жидкости, разрушающий структуру керна.Целью изобретения является повышение качества опробования путем автоматического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна.Указанная цель достигается тем, что в известном пробоотборнике, включающем корпус, внутреннюю трубу с поршнем и наконечником, установленную коаксиально в наружной трубе, пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, пробоотборник снабжен керноприемной трубой, установленной во внутренней полости внутренней трубы и тесно связанной с поршнем, образующим с корпусом надгоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена дополнительным поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и надпоршневую полость наружной трубы, при этом дополнительный . поршень наружной трубы подпрукинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с возможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем надпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством, надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены друг с другом, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными,На чертеже показан общий вид устройства,Пробоотборник состоит из корпуса 1, с которым жестко, например, резьбовым сое 5 10 конечника 3 относительно нее на некоторую величину ,соединена в верхней части с дополнительйым поршнем 10, образующим с корпусом 1 надпоршневую камеру 11 и под поршневую полость 12 наружной трубы 9.Кольцевое пространство 13 между нарукной 9 и внутренней 2 трубами сообщено 20 25 30 50 55 35 40 45 динением, связана внутренняя труба 2 с наконечником 3. В полости внутренней трубы 2 установлена керноприемная труба 4 с поршнем 5, образующим с корпусом 1 надпоршневую камеру 6 керноприемной трубы 4, Полость 7 керноприемной трубы 4 посредством канала 9 сообщена с внешним пространством,Наружная труба 9 устройства, длина которой обеспечивает вынос опережение) насверху с нагнетательной линией 14, а снизу - с внешним пространством. Кроме того, поршень 10 наружной трубы 9 подпружинен относительно корпуса 1 пружиной 5, подпоршневая полость 12 сообщена отверстиями 16 в наружной трубе 9 с внешним пространством, а надпоршневые полости 6 и 12 соответственно керноприемной 4 и наружной 9 труб заполнены. жидкостью и сообщены друг с другом с помощью канала 17.Пробоотборник работает следующим о бра.зом,В исходном состоянии наружная труба 9 под действием усилия пружины сжатия 15 находится в крайнем верхнем положении. Поскольку при этом из надпоршневой полости 11 наружной трубы 9 в надпоршневую полость 6 керноприемной рубы 4 через канал 17 корпуса 1 вытеснен максимальный обьем жидкости, то керноприемная труба 4 находится в крайнем нижнем положении,После постановки устройства нэ донный грунт нагнетательной линии 14 подается напорная жидкость, которая по кольцевому пространству 13 между наружной 9 и внутренней 2 трубами поступает в забойную часть скважины, осуществляя гидроразмыв грунта по лобовой и боковой (наружной) поверхностям пробоотборника. Благодаря устранению силы трения по наружной поверхности пробоотборника, снижению общего сопротивления грунтового массива пробоотборник под действием собственного веса внедряется в донные осадки, формируя колонку керна(если собственного веса пробоотборника для внедрения недостаточно, то на его дополнительно навешивается груз), при этом жидкость, находящаяся в полости 7 керноприемной трубы 4, вытесняется поступающим керном через канал 8 во внешнее пространство В начале процесса пробоотборника относительное положение наружной 9, внут 17726605 10 15 20 25 30 35 40 45 ренней 2 и керноприемной 4 труб не меняется, поэтому обеспечивается максимальное значение выноса наконечника 3, Вследствие этого давление поровой жидкости на торце наконечника 3 возрастает минимально (по сравнению с гидростатическим давлением), что позволяет исключить размыв или гидротранспортирование керна восходящим фильтрационным потоком жидкости.По мере внедрения пробоотборника в рыхлые осадки морского дна и, следовательно, увеличения длины керна, нарастают силы трения отбираемого образца грунта о стенки керноприемной трубы 4. Сила сопротивления со стороны керна через керноприемную трубу 4 передается на поршень 5, оказывающий давление на жидкость, находящуюся в надпоршневой камере 6 керноприемной трубы 4, Поскольку пробоотбор ведется на дне родоема, то на.поршень 5 воздействует снизу также сила, обусловленная гидростатическим давлением жидкости. Однако это усилие компенсируется гидро- статическим давлением жидкости на поршень 10 наружной трубы 9 со стороны подпоршневой полости 12, связанной с внешним пространством отверстиями 16 в наружной трубе 9, Таким образом, жидкость, находяшщаяся в надпоршневой полости 6, воспринимает только усилие, обусловленное трением керна о стенки керноприемной трубы 4, Давление, соответствугощее этому усилию, передается также через жидкость, находящуюся в надпоршневой камере 11, на поршень 10 наружной трубы 9; при этом, если сила трения колонки грунта о керноприемную трубу 9 больше жесткости пружины 15. то керноприемная труба 4 с поршнем 5 смещается вверх, выдавливая жидкость из надпоршневой камеры 6 через канал 17 в надпоршневую камеру 11. В результате пружина 15 сжимается, и наружная труба 9 смещается вниз., уменьшая величину выноса наконечника 3.Уменьшение выноса наконечника приводит к более интенсивному гидроразмыву грунта пб лобовой поверхности пробоотборника и повышению давления поровой жидкости под торцом наконечника 3. А поскольку давление жидкости над керном в полости 7 керноприемной трубы 4, благодаря ее сообщению каналом Я с внешним пространством, продолжает оставаться равным гидростатическому, перепад давления по торцам колонки грунта увеличивается, что ведет к возрастанию интенсивности восходящего.фильтрационного потока в керне. В результате увеличивается также величина фильтрационного давления, приложенного со стороны фильтрующейся жидко ги на минеральный скелет грунта,Фильтрационное давление восходящего потока поровой жидкости, действующее против направления силы веса, гас:очно или полностью нейтрализует вес грунта, А так как сила трения керна о трубу 4 прямо пропорционально зависит от действующего веса грунта, то наличие восходящего потока жидкости в скважине резко снижает напряженное состояние материала керна.Если давление жидкости на забое скважины и, следовательно, мощность восходящего фильтрационного потока в колонке грунта окажутся чрезмерными, то сила трения керна о трубу 4 снизится (вплоть до нуля), и наружная труба 9 под действием пружины 15 переместится вверх, выдавливая поршнем 10 жидкость из надпоршневой камеры 11 наружной трубы 9 через канал 17 в надпоршневую камеру 6, Б результате керноприемная труба 4 переместится вниз, В таком положении величина выноса наконечника 3 увеличится, а давление на забое скважины и, следовательно, мощность восходящего потока в керне уменьшится,Если интенсивности фильтрационного потока в колонке грунта будет недостаточно для преодоления все возрастающих сил трения керна о стенки трубы, то относительное положение керноприемной и наружной 9 труб снова изменится, и величина выноса наконечника 3 уменьшится,Таким образом достигается стабилизация напряженного состояния колонки грунта путем автоматического регулирования величины выноса наконечника 3 и, следовательно, интенсивности восходящего фильтрационного потока в керне. Величина стабилизированной силы трения керна о трубу 4 полностью определяется жесткостью пружины 15,(без учета веса элементов), в которую можно подобрать в соответствии с условиями пробоотборника.Стабилизация силы трения керна о трубу и позволяет исключить, с одной стороны, резкое возрастание величины напряженного состояния материала керна и вознихновение в полости керноприемной трубы свайного эффекта, а с другой - нарушение структуры керна чрезмернО мощным восходящим фильтрационным потоком жидкости, пульпаобраэование материала керна и его гидротранопортирование, В результате повышается качество опробования рыхлых, в особенности несвязных, отложений морскогодна.Формула изобретения Пробоотборник, содержащий корпус, внутреннюю трубу с поршнем и наконечником, установленную коаксиально в наружПодписноеениям и открытиям при ГКНТ С кая наб., 4/5 каз 3839 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобр 113035, Москва. Ж, Рауенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Произв ной трубе, пространство между которыми сообщено с нагнетательной линией, и наконечник, соединенный с внутренней трубой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью повышения качества опробования путем ав томатического выноса наконечника в соответствии с напряженным состоянием колонки керна, пробоотборник снабжен керноприемной трубой, установленной во внутренней полости внутренней трубы и же стко связанной с поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру керноприемной трубы, а наружная труба снабжена дополнительным поршнем, образующим с корпусом надпоршневую камеру и подпоршневую полость наружной. трубы, при этом дополнительный поршень наружной трубы подпружинен относительно корпуса, внутренняя труба жестко связана с корпусом, а керноприемная и наружная трубы установлены с возможностью осевого перемещения относительно внутренней трубы, причем подпоршневая полость наружной трубы соединена с внешним пространством. надпоршневые камеры наружной и керноприемной труб сообщены одна с другой, а площади поршней наружной и керноприемной труб выполнены равными,