Вакуумно-гидростатический пробоотборник

к 01) 1/02, Е 21 В 25/1 1) С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ааааит и.аньт ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТСРСЙОМУ СЗИДВТВЬСТВ У ПРОСТАТ 1 ЧВСКИЙ ПРО 4762232/2627.18923.12,91.Бюл. М 4Донецкий политехн 6) ) ский инстит 72) .Н.53) ошков А.В.диого развания.университеТехниведо.Иа,. И.В.Равилов, В.А,Рус удковский и О.А.Вроф 543.053 (088 е 8) Яелковииков И.Г Лу ческие средства подв ного бурения и опроб зд-во Ленинградского 979, с,104-107,(54) ВАКУУЧНО-ГИБООТБОРИИК(5) Изобретение относится к техническим средствам бурения мелких подводных скважин для геологических и инженерно-геологических исследований.Целью изобретения является повышениекачества опробования за счет фиксацииконечной длины пути фильтрации в начальный момент внедрения пробоотборника.Вакуумно-гидростатический пробоотборник включает колонковую трубуи камеру 2 низкого давления, сооб,щающуюся каналом 3 с полостьк колон"ковой трубы 1, кольцевой экран, уста 4новленный в нижней части колонковойтрубы Г, и клапан 13, связанный с.кольцевым экраном, и перекрывающийканал Э камеры 2 низкого давленияПри этом кольцевой экран выполнен ввиде контактной втулки 4, установлен-.ной с опережением колонковой трубы 1, 10спиц 5, шарнирно закрепленных по периметру контактной втулки 4 и обтянутых водонепроницаемым материалом 6,и тяг 7, шарнирно связанных со спица"ми 5 и устройством Фиксации кольцевого экрана относительно колонковойтрубы 1. Клапан 13 камеры 2 низкого всего несколько сантиметров, Под дейгствием возникшего перепада между гидростатическим давлением и давлением в полости колонковой трубы в грунтовом водонасыщенном массиве возника" ет фильтрационный поток жидкости, направленный от свободной поверхности морского дна в полость колонковой трубы. фильтрационный поток жидкости, Фильтруясь между минеральными зернами грунта, оказывает на них Фильтрационное давление ф, которое 35 определяется следующим образом Нф гамбц 61где ф - удельный вес воды;40 ЙН - перепад между гидростатическим давлением и давлением в полости колонковойтрубы;1 - длина пути Фильтрации.При .малой длине пути фильтрации, И., что характерно для начальногомомента внедрения нробоотборникаВГПв донные осадки, значение Фильт.рацйонного давления ф получается,д 50 "чрезмерно большим, В результате скелет грунта под лезвием башмака пробоотборника разрывается Фильтрационнымдавлением потока жидкости и полость колонковой трубы эа доли секунды оказывается заполненной водородной смесью, отобранной из самоговерхнего слон дна,Изобретение относится к техническим средствам пробоотбора и бурения мелких подводных скважин с целью геологических и инженерно-геологических инженерно-геологических исследований.Известен вакуумно-гидростатический пробоотборник ВГП, включающий колонковую трубу, закрытую сверху крышкой, Нижний конец трубы снабжен башмаком, отверстие которого перекрыто составным поршнем. Последний удерживается стопорами, связанными со штоком, выступающим ниже лезвия башмака. Перед спуском пробоотборника из полости колонковой трубы откачивают воздух, В момент удара штока о дно стопоры освобождаются и поршень за счет действия усилия; обус ловленного разницей гидростатичес- , кого давления окружающей среды и низкого давления в полости колонковой трубы, перемещается вверх, создавая разрежение над керном. Пробоотборниквнедряется в дно под действием кинетической энергии, накопленной во время спуска, и в результате усилия,созданного разницей гидростатическогодавления и низкого давления внутриколочковой трубы.Недостатком данного пробоотборника является низкое качество опробования, Разрежение над керном создает-, ся в первые же моменты процесса пробоотбора, когда внедрение колонковойтрубы в донные осадки составляет давления связан с кольцевым экраномс возможностью открытия канала 3 камеры 2 низкого давления в рабочем положении кольцевого экрана, Устройст"во фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы 1 выполнено в виде втулки,.с которой шарнирно связаны тяги 7 кольцевого экрана, проточки 11, выполненной на колонковой трубе 1; и кулачков 8, размещенных в проточке 11 колонковой трубы 1 и жестко связанных с тягами 7кольцевого экрана. Причем кулачки 8установлены с возможностью выходаиз проточки 11 колонковой трубыврабочем положении кольцевого экрана.эопеф лы 2 илв7004,20 Известен вакуумно-гилростатический пробоотборник Петерсона-Еулленбер-, га, состоящий из камеры низкого давфления, колонковой трубы, входное отверстие которой перекрыто плавающим поршнем, удерживаемым Фиксаторами. связанными со спусковым штоком. В момент контакта спускового штока сдном Фиксаторы освобождают поршень,который под действием гидростатического давления окружающей среды перемещается по колонковой трубе вверх,создавая разрежение над керном,Пробоотборник внедряется в грунт поддействием энергии, накопленной им при.спуске, и разницы гидростатическогодавления и давления внутри трубы,Недостатком пробоотборника является низкое качество опробования,.обусловленное следующим фактором. Разрежение над керном создается в первыеже моменты процесса пробоотбора, когда внедрение колонковой трубы в донные осадки составляет всего несколько сантиметров. Под действием возникшего перепада между гидростатическимдавлением и давлением в полости колонковой трубы в грунтовом водонасыщенном массиве возникает Фильтрацион- ЗОный поток жидкости, направленный отсвободной поверхности морского. днав полость колонковой трубы, Фильтрационный поток жидкости, фильтруясьмежду минеральными зернами грунта. 35оказывает на них фильтрационное давление Ф которое определяется по указанной Формуле, При малой длинепути фильтрации1, что характернодля начального момента внедрения пробоотборника Петерсона-Кулленберга вдонные осадки, значение Фильтрационного давления Ф получается настолькобольшим, что скелет грунта под торцом колонковой трубы разрывается 45шильтрационным давлением потока жидкости. оПолость колонковой трубы заодни секунды оказывается заполненной водородной смесью, отобраннойиз самого верхнего слоя дна,Целью изобретения является повышение качества опробования за счетувеличения длины пути фильтрации,Вакуумно-гидростатический пробоотборник содержащий колонковую тру55бу и камеру низкого давления, сообщающуюся каналом с полостью колонковой трубы, снабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части ьколонковой трубы, и клапаном, связанным с кольцевым экраном и перекры. вающим канал камеры низкого давления, при этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки, установленной с опережением колонковой трубы, спиц, шарнирно закрепленных по периметру контактной втулки и обтянутых водонепроницаемым материалом, и тяг, шарнирно связанных с устройством фиксации кольцевого экрана относительноколонковой трубы, причем клапан камеры низкого давления связан с кольцевым экраном с возможностью открытияканала камеры низкого давления в рабочем положении кольцевого экрана,устройство фиксации кольцевого экрана, относительно колонковой трубывыполнено в виде втулки, с которойшарнирно связаны тяги кольцевого экрана, проточки, выполненной на колонковой трубе, и кулачков, размещенныхв проточке колонковой трубы и жестко связанных с тягами кольцевого экрана, причем кулачки установлены свозможностью выхода из проточки колон"ковой трубы в рабочем положении кольцевого экрана,Таким образом, по.сравнению с известным предлагаемый пробоотборникснабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части колонковой трубы, и клапаном, связанным с кольцевым экраном и перекрывающим канал камеры низкого давления, при этом кольцевой экран выполнен в виде контактной втулки, установленной с опережением колонковой трубы, спиц, шарнир. -но закрепленных по периметру контактной втулки и обтянутых водонепроницаемым материалом, и тяг, шарнирно связанных со спицами и устройствомФиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы, причем клапан камеры низкого давления связан скольцевым экраном с возможностью открытия канала камеры низкого давленияв рабочем положении кольцевого экрана.Устройство фиксации кольцевого экрана относительно колонковой трубы выполнено в виде втулки, с которойшарнирно связаны тяги кольцевого экрана, проточки, выполненной на колонковой трубе, и кулачков, размещенных в проточке колонковой трубы ижестко связанных с .тягами кольцевогоэкрана, причем кулачки установлены с возможностью выхода из проточки ко 1700420лонковой трубы в рабочем положениикольцевого экрана. Таким образом, повьппается качество опробований за счетувеличения длины пути фильтрации.На фиг.1 изображен вакуумно-гидроСтатический пробоотборкик в процесе спуска ка дно; на фиг.2 - то же,процессе работы.Вакуумно-гидростатический пробо-:.тборник содержит колонковую трубу 1,камеру 2 низкого давления, котораяообщена с полостью.колонковой трубыканалом 3, и кольцевой экран, уста-,овленный в нижней части колоновой трубы 1. Кольцевой экраностоит иэ контактной втулки 4,усаковленкой с опережением колонковойрубы 1, шарнирно присоединенных поериметру контактной втулки 4 спиц 5,бтянутых водонепроницаемым матеиалом 6. Тяги 7 с кулачками 8 шарирно соединены одним кольцом сопицами 5, а другим - с втулкой 9,которой выполнена кольцевая проточка 1 О. На колонковой трубе 1 выполнена в нижней части проточка 11,в верхней части размещены защелки2 фВ канале 3 установлен плунжерныйклапан 13 с буртом 14, соединенныйошибкой связью 15 со спицей 5 и поджатый пружиной 16. Плунжерный клапан13 снабжен фиксатором 17, В верхнейчасти вакуумно"гидростатический пробоотборник связан с грузовым тросом18 фиг.1) .Вакуумно-гидростатический проботборник работает следующим образом.Перед началом работы в камере 21 изкого давления создается разрежение. Пробоотборник опускают ка днона грузовом тросе 18. При этом канал3 камеры 2 низкого давления перекрытпод действием пружины 16 плунжерным .клапаном 13. В процессе спуска пробоотборника на дно кольцевой экран ис-.пытывает лобовое сопротивление воды,однако выполнение контактной втулки 4 достаточно массивной позволяетизбежать преждевременного раскрытиякольцевого экрана,При постановке пробоотборника надко контактная втулка 4 упирается вгрунт и перемещается вверх, При этомспицы 5 и тяги 7 проворачиваютсяв шарнирах,-кулачки 8 выходят из зацепления с проточкой 11, а втулка 9перемещается вниз, что ускоряет про.цесс раскрытия кольцевого экрана, Вмомент касания колонковой трубы 1 сдном кольцевой экран полностью раскрывается и водокепроницаемый материал 6 прилегает к поверхности дна,При полном раскрытии спица 5 черезгибкую связь 15 открывает, сжимаяпружину 16, плунжеркый клапан 13, который защелкивается за бурт 14 фиксатором 17. Камера 2 низкого давлениясообщается с полостью колонковойтрубы 1, в которой резко понижаетсяIдавление Под действием возникшего15перепада между давлекием в полости колонковой трубы 1 и гидростатицеским давлением окружающей средыв груктовом водонасыщенном массиве возникает фильтрационный потокжидкости, направленный от свободнойповерхности морского дка в полостьколонковой трубы,фильтрационный поток жидкости,Фильтруясь между минеральными зер 25 нами грунта, оказывает на ких фильтрационное давление ф, частично компе -сируя вес грунта и снижая прч этомсилы трения керна о стенки колонковой трубы. При этом минимальная длина путем Фильтрации1. первые моментывнедрения пробоотборника в грунтопределяется размерами кольцевогоэкрана и является конечной фиксированной величиной. Это исключает возникновекие чрезмерно большого Фильтрационного давления ф и прорыв скелета грунта фильтрационным потоком,что повышает качество опробования,Соединение плунжерного клапана 13гибкой связью 15 со спицей 5 обеспечивает сообщение камеры 2 низкого давления с полостью колонковой трубы 1 вмомент полного раскрытия кольцевогоэкрана, а следовательно, в моменткасания колонковой трубы 1 дна, повышая надежность срабатывания устройства.Вакуумно-гидростатический пробоотборник внедряется в грунт под действием кинетической энергии, какоп 50ленной им во время спуска, и за счетразности гидростатического давленияокружающей среды и низкого давленияв полости колонковой трубы 1. По окончании защелки 12 входят в кольцевую проточку 10 втулки 9. После это 55го пробоотборник извлекают из скважины совместно с кольцевым экраном, который под действием веса контактной10 1700420 Составитель Равилов Корректор Н.Ревская тор 11.Чулл Ре ехред А,Кравчук каз 4 Подписи ирах при ГКНТ СССР И Госуда а по изоо Ж, Ра тениям и открыти ская наб., д, 4/ венного комит 113035, Москв Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина, 101 втулки 4 вновь принимает сложенное положение.Применение вакуумно-гидростатического пробоотборника позволит повы 5 сить качество опробования за счет фиксации конечной длины пути фильтрации в начальные моменты внедрения пробоотборника.Ф Формула изобретения 101. Вакуумно-гидростатический йро-" боотборник, включающий колонковую трубу и камеру низкого давления, сообщающуюся каналом с полостью колонковой трубы, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повншения качества опробования, пробоотборник снабжен кольцевым экраном, установленным в нижней части кол ройством фиксации кольцевого экранаЮи клапаном, установленным в канале исвяэанным с кольцевым экраном, приэтом кольцевой экран выполнен в видеконтактной втулки, установленной сопережением на колонковой трубе,снабжен спицами, шарнирно закрепленными по ее периметру и обтянутымиводонепроницаемым материалом и тягами, шарнирно связанными со спицамий устройством фиксации,2, Пробоотборник по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что устройствофиксации кольцевого экрана снабженовтулкой с кулачками, сопряженными спроточкой в колонковой трубе и связанными тягами с кольцевым экраном.