Вакуумный грунтонос

(7) заявител 54) ВАКУУМНЫЙ ГРУНТОНОС Изобретение относится к горному делу и может найти применение для отбора проб слабосвязного грунта с морского дна, а также из водозаполненных скважин. Известен вакуумныи грунтонос, содержащий ударный механизм, колонковую трубу, цилиндр, поршень, обратный клапан, шток и пружину 11Недостатком данного грунтоноса является то, что вакуум над отбирае мой колонкой грунта создается не в момент удара и внедрения колонковой трубы, а в период пауз между ударами и во время подъема грунтоноса на дневную. поверхность, В момент же внедрения давление воды, выталкиваемой из грунтоноса, больше окружающего гидростатического, т.е. грунтонос работает в прямоточном режиме. Нисходящий фильтрационный поток поровой воды, возникающей вследствие перепада давлений, уплотняет грунт в трубе и уменьшает проходку за удар, Кроме того, фильтрационный поток воды, выйдя из-поднаконечника колОнковой трубы, устремляется в зону наименьшего сопротивления, т.е. вверх, вынося туда же 5частицы грунта. При опробованиив скважине это приводит к засорению межтрубного зазора и опасностизаклинивания грунтоноса в обсаднойтрубе.10. Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту является вакуумный грунтонос, содержащий цилиндр с установленным на нем 15ударным механизмом, размещенныйв цилиндре поршень, закрепленный наверхнем конце перфорированного пологоштока, нижний конец которого пропущен сквозь днище цилиндра и соединенс колонковой трубой, причем надпоршневая полость цилиндра сообщена сгидросферой и отделена от полостейштока и колонковой трубы посредствомобратного клапана 2 . Разрежение887984 фф донные отложения относятся к так над колонкой грунта создается в момент внедрения пробоотборника и отсутствует при его подъеме на поверхность. Благодаря этому увеличивается длина и повышается качество отбираемых колонок грунта.Недостаток грунтоноса заключается в больших размерах и весе цилиндра, объем которого должен быть не менее объема колонковой трубы. Это усложняет использование грунтоноса с малотонажных судов, а также в скважинах.Целью изобретения является уменьшение веса и габаритов грунтоноса,Укаэанная цель достигается засчет того, что вакуумный грунтонос,содержащий цилиндр с установленнымна нем ударным механизмом, размещенный в цилиндре поршень, закрепленный на верхнем конце перфорированного полого штока, нижний конецкоторого пропущен сквозь днище цилиндра и соединен с колонковой трубой, а между поршневой полостьюцилиндра и полостями штока и колонковой трубы установлен обратный клапан, грунтонос снабжен закрепленнойна цилиндре крышкой и пружиной сжатия, установленной между поршнеми крышкой, а перфорированный участок штока размещен в подпоршневойполости цилиндра, причем стенкицилиндра и крышка выполнены с отверстиямиНа чертеже изображен продольныйразрез грунтоноса,Вакуумньп грунтонос содержит цилиндр 1 с установленным на нем ударным механизмом, включающим муфту 2с вертикальным каналом 3, в которомвмонтированы электроды 4, соединен"ные электрической цепью с источникомэлектрических импульсов (электрическая цепь и источник импульсов на чертеже не показаны), В цилиндре размещен поршень 5, закрепленньд 3 на верх"нем конце пологоштока 6, в стенкекоторого сделаны сквозные отверстияперфорация), причем перфорированныйучасток штока размещен в подпоршневой полости цилиндра. Нижний конецштока рропущен сквозь днище цилиндра, соединен с колонковой трубой 8,снабженной наконечником 9, лепестковым клапаном 10 и вкладышем 1, Наверхнем торце цилиндра закрепленакрышка 12, а между ней и поршнем 5установлена пружина сжатия 3. 3 О 15 20 23 36 35 40 4Надпоршневая полость цилиндрасообщена с гидросферой посредствомотверстий 14 в стенке цилиндра 1и отверстий 15 в крышке. От полостей колонковой трубы и штока надпоршневаяполость цилиндра отделена обратнымклапаном 16, установленным на поршне. Петлей 17 грунтонос соединен стросом 18 судовой лебедки. При отборе проб с поверхности дна вертикальность грунтоноса обеспечиваетсяс помощью опорной рамы 19, соединенной стропами (на чертеже не показаны) с цилиндром 1,Работает вакуумный грунтоносследующим образом.С помощью лебедки грунтонос опускают на дно или на забой водозаполненной скважины и включают ударный механизм. При подаче напряженияна электроды 4 происходит разряд,образующий парогазовую сферу, которая выталкивает воду из канала 3и создает импульс силы. Под воздействием последней муфта 2 вместе сцилиндром 1 смещаются вниз, сжимаяпружину 13 и создавая под поршнемразрежение. Гидростатическое давление захлопывает обратный клапани создает задавливающее усилие Р,равное произведению гидростатического давления на площадь поршня 5.Остаток энергии силового импульсарасходуется на удар цилиндра 1 поколонковой трубе 8.При внедрении вода из надпоршневой полости цилиндра выдавливаетсяв гидросферу через отверстия 14 и15. Понижение давления в подпоршневой полости цилиндра и в сообщенной с ней полостью колонковой трубы приводит к возникновению восходящего фильтрационного потока поровой воды грунта.Водонасыщенные слабосвязные называемым псевдоплывунам. Прочность таких грунтов определяетсявесом частиц, который через точкиконтакта между ними передаетсяот верхних слоев нижним. Устранение веса зерен приводит к полнойпотере грунтом прочности. Например,в условиях невесомости бурение рыхлых отложений не представляло бы никакого труда. Примерно такое жедействие, что и невесомость, производит восходящий фильтрационныйпоток поровой воды грунта, Поровая.Формула изобретения 5вода под действием перепада давлений переходит из состояния покоя в движение, обтекая зерна грунта и оказывая на них давление, направленное против силы тяжести. Частицы З теряют вес и контакт с соседними частицами. Толща грунта, подверженная восходящей фильтрации приобретает свойства плывуна, сопротивление внедрению резко уменьшается.В период пауз междуударами пружина 13 возвращает цилиндр 1 в исходное положение. Вода из подпоршневой полости цилиндра через отверстия 7, приподняв клапан 16, выдавливает- . 1 й ся в надпоршневую полость, а оттуда, при очередном ударе, - в гидросферу.При работе в скважине за счет создаваемого в момент удара разрежения происходит обратная промывка ЭО скважины. Межтрубный зазор очищается от частиц грунта, уменьшается опас- ность заклинивания грунтоноса в обсадной трубе. 23В 1978 г в морской экспедиции Приморского территориального геологического управления при бурении двух производственных скважин на шельфе о.Сахалин был испытан эксперименталь- фэ . ный образец предложенного вакуумного грунтоноса. Производительность последнего оказалась в 5 раз выше, чем 1. Вакуумный грунтонос, содержащий цилиндр с установленным на немударным механизмом, размещенныйв цилиндре поршень, закрепленныйна верхнем конце перфорированногополого штока, нижний конец которогопропущен сквозь днище цилиндра исоединен с колонковой трубой, амежду поршневой полостью цилиндраи полостями штока и колонковой трубыустановлен обратный клапан, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цеглью уменьшения веса и габаритовгрунтоноса, он снабжен закреппеннойна цилиндре крышкой и пруящной сжатия, установленной между поршнем икрышкой, а перфорированный участокштока размещен в подпоршневой полости цилиндра.2. Вакуумньй грунтонос по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтостенки цилиндра и крышка выполненыс отверстиями.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 289333, кл. С 01 М 1/ОО, 1963.2. Авторское свидетельство СССРР 412372, кл. Е 21 В 49/02, 1976