NL9100549A - Onafhankelijk apparaat en dito werkwijze voor het bepalen van de statische en dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag. - Google Patents

Description

UITTREKSEL

De uitvinding omvat een verbeterd, onafhankelijk, van de omgeving gescheiden meerparametermeetapparaat en dito werkwijze voor het nemen van monsters van en bepalen van de dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag. Het apparaat is speciaal ingericht om weerstand te bieden tegen de extreme drukken van diepwatertoepassingen. In bedrijf drukt een boorkolom het apparaat van de uitvinding in een grondlaag in een ongestuurde mate die resulteert in een variabele binnendringingsmate. Het apparaat heeft een onafhankelijk gegevensverzamelingssysteem dat als een functie van de tijd de kracht meet en registreert, die op het monsternemings-apparaat wordt uitgeoefend, alsmede de binnendringingsdiepte terwijl de boorkolom het monsternemingsapparaat in de grondlaag drukt.

Er wordt voorzien in gegevens die het de gebruiker mogelijk maken de statische grondkarakteristieken (b.v. schuifsterkte en spanning-rekkarakteristieken) en de dynamische belastingskarakteristieken van de grondlaag te bepalen. Het apparaat neemt een monster van de grond voor laboratoriumanalyse. De verzamelde gegevens voorzien in informatie met betrekking tot de kwaliteit van het monster en plaats van defecten in het monster die Laboratoriumtestresultaten zouden beïnvloeden. Het apparaat is onafhankelijk met name van oppervlakstelemetrie. De werkwijze van de uitvinding kan in minder tijd worden bewerkstelligd dan bekende systemen en kan voordeligerwijze vanaf een drijvend platform worden bewerkstelligd, omdat het apparaat van de uitvinding onafhankelijk is en niet nadelig wordt beïnvloed door variabele zeetoestanden.

Korte aanduiding: Onafhankelijk apparaat en dito werkwijze voor het bepalen van de statische en dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag.

Deze uitvinding heeft in het aLgemeen betrekking op nieuwe gegevensverzameling en monsterneming in verband met grondmechanica. Meer in het bijzonder heeft deze uitvinding betrekking op een werkwijze en apparaat voor het nemen van monsters en bepalen van de dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag,/en meer in het bijzonder op een werkwijze voor het als een functie van de tijd meten van de kracht en verplaatsing met betrekking tot een grondmonster terwijl het apparaat in een grondlaag drukt in een ongestuurde mate hetgeen resulteert in een variabele binnendrin-gingsmate. Het apparaat kan worden gebruikt in verband met een onderzese grondlaag of een grondlaag op Land.

In het verleden is het algemene praktijk geweest om grondmonsters te nemen en laboratoriummetingen uit te voeren van gegevens met betrekking tot de karakteristieken van een grondlaag met betrekking tot de gewonnen monsters. HoeweL sommige inrichtingen ten minste een mate van nut hebben vertoond bij het verzamelen van gegevens in verband met grondmecha-nica-analyse, blijft er ruimte voor aanzienlijke verbetering.

De constructieve belasting van grond is voor vele jaren een probleem geweest, maar deze problemen werden niet op een geordende manier benaderd tot de komst van de grondmechanicatheorie in de twintiger jaren. De toepassing van grondmechanicatheorie vereist de verzameling van nauwkeurige gegevens om zekere grondparameters te evalueren. De taak van het verzamelen van betrouwbare gegevens is van uitermate groot beLang bij de bevredigende toepassing van de grondmechanicatheorie. Deze taak wordt aanzienlijk moei-Lijker wanneer een grondlaag wordt geanalyseerd die ligt onder een water-lichaam.

Naarmate de olievoorraad van de wereld afneemt en beschikbare hoorplaatsen op land zijn uitgeput, neemt de noodzaak om buitengaatse olieboorplatforms te bouwen toe. De toegenomen grootte en benutting van deze buitengaatse platforms vergroot de noodzaak aan betrouwbare gegevens om de stabiliteit van onderzese grondlagen te evalueren. Buitengaatse platforms die op paalwerken zijn gebouwd, die in de grondlaag onder waterlichamen zijn gedreven, verspreiden zich snel in de Golf van Mexico en langs het continentale plat dat grenst aan de oost- en westkusten van de Verenigde Staten.

Gegevens die worden genomen terwijl monsters van een grondlaag worden genomen, helpen de mogelijkheden van de grondlaag om de fundering van een structuur te dragen, te bepalen. Een fundering is alleen stabiel wanneer de grondlaag haar ondersteunt. Nauwkeurige gegevensverzameling met betrekking tot de grondlaag is de eerste stap bij het correct evalueren van de mogelijkheden van een grondlaag om een constructieve fundering te dragen. Een stabiele fundering is fundamenteel voor de stabiliteit van een structuur. De noodzaak van nauwkeurige ontwerpgegevens is allerbelangrijkst. Een berekening op basis van onjuiste gegevens is een misrekening die desastreuze resultaten kan voortbrengen. Een structuur die op een paal-werkfundering is gebouwd en is onderworpen aan plotselingen belasting van een vloedgolf of aardbeving, kan instorten, hetgeen resulteert in verlies aan Levens en van eigendommen.

De mogelijkheden van een grondlaag om een fundering van een structuur te dragen, houdt verband met de mate waarin een belasting op de fundering wordt uitgeoefend. Terwijl een grondlaag adequaat een fundering gedurende normale golfactiviteit, of normale belasting op land kan dragen, hoeft de grondlaag niet adequaat de fundering te dragen gedurende een plotselinge stoot in responsie op ernstige golfactie of een aardbeving. Een onverwachte belasting die plotseling op de fundering wordt uitgeoefend, kan de structuur doen omvallen. Daarom bestaat er een belangrijke noodzaak aan het nauwkeurig vóórspellen van de mogelijkheden van een grondlaag om een structuur te dragen, in het bijzonder gedurende de variabele belastings-condities die op land en op zee worden ervaren. Variabele belastingskarak-teristieken worden de dynamische belastingskarakteristieken van de grondlaag genoemd.

Huidige werkwijzen en apparaten voor het meten van de mogelijkheden van een grondlaag om een structuur te dragen zijn op verschillende wijzen beperkt. Ten eerste zijn er geen bekende werkwijzen of apparaten die de dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag als een functie van de tijd meten. Bovendien benutten huidige werkwijzen en apparaten korte verplaatsings-, cyclische, lineaire binnendringingstechnieken die een grondlaag in een constante mate binnendringen en niet de dynamische belastingskarakteristieken van de grond meten.

Bekende meetsystemen zijn intolerant voor een vijandige zeetoe-stand en vereisen een vriendelijke zeetoestand om nauwkeurige gegevens te verkrijgen. Tenzij deze werkwijzen en apparaten in gladde watercondities worden gebruikt, moeten bewegingscompensatie-inrichtingen worden gebruikt om nauwkeurige metingen te verkrijgen.

Fysische interfaceleidingen vanaf het oppervlak zijn moei Lijk toe te passen en bieden een enorme, zo niet onmogelijke ontwerpuitdaging in diepzeetoepassingen. Bovendien biedt de enorme druk die wordt uitgeoefend op apparatuur en instrumentatie die is ondergedompeld in meer dan vijfhonderd vadems van water een enorm ontwerpprobleem.

Het scheiden van een bewakingssysteem van extreme waterdruk en van de corroderende werking van de onderzee-omgeving is uitermate moeilijk. Deze problemen worden verergerd door het gebruik van fysische voedingslei-dingen.

De in het voorafgaande toegelichte problemen zijn niet uitputtend maar zijn enige van vele die tenderen de effectiviteit van voorafgaand bekende grondmonsternemings- en gegevensverzamelingssystemen te verslechteren. Andere problemen die het waard zijn te worden genoemd, kunnen eveneens bestaan; die welke hierboven zijn geboden, dienen echter voldoende te zijn om aan te tonen dat grondmonsternemings- en gegevensverzamelingssystemen die in de techniek optreden in het geheel niet bevredigend zijn geweest.

De noodzaak inziend van een verbeterd grondmonsternemings- en gegevensverzamelingssysteem is het daarom een algemeen doel om te voorzien in een nieuwe werkwijze en dito apparaat voor het bepalen van de dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag die eenvoudig zijn te construeren en bedrijven en die de noodzaak opheffen van een voedingskabel tussen het apparaat en de oppervlakte.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een onafhankelijke werkwijze en dito apparaat voor het bepalen van de dynamische belastingskarakteristieken van een grondlaag door het meten van een aantal daarbij behorende parameters.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een werkwijze en apparaat voor het bepalen van de dynamische belas-tingskarakteristieken van een grondlaag, die de extreme druk van diepwater-bedrijf kunnen weerstaan zonder Lekkage en gescheiden blijven om noch de oceaanomgeving te verontreinigen, noch daardoor te worden verontreinigd.

Een verder doel van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een onafhankelijke werkwijze en dito apparaat voor het bepalen van de dynamische belastingskarakteristieken van een onderwatergrondlaag die kunnen worden bedreven vanaf een drijvend platform.

Om deze en andere doelen te bereiken, is er voorzien in een apparaat voor het nemen van monsters van een grondlaag vanaf het oppervlak van de aarde of het oppervlak van een waterlichaam. Het apparaat is voorzien van een huis dat is ingericht om aan de bodem van een boorkolom te worden bevestigd. Op land kan het huis direkt aan de boorkolom worden bevestigd door de boorkolom uit de putboring te verwijderen en het huis aan de bodem van de boorkolom in de plaats van de boorbeitel te bevestigen. Op zee kan het huis langs de boorkolom vallen of vanaf een kabel omlaag worden gelaten binnen de boorkolom voor het transporteren van het apparaat vanaf het oppervlak van een waterlichaam naar een plaats naburig aan de grondlaag onder het waterlichaam. Aanvullend is het apparaat voorzien van een in de boorkoLom gepositioneerd overgangsstuk dat is ingericht om het apparaathuis op te nemen gedurende bedrijf op zee, een monsternemingsbuis die zich onder het huis uitstrekt voor het binnendringen van de grondlaag, een inrichting voor het bevestigen van het huis aan de bodem van de boorkolom, een selectief vergrendelbare inrichting voor gebruik gedurende bedrijf op zee om selectief het huis in het overgangsstuk te vergrendelen om het mogelijk te maken dat het huis belasting tussen de boorkolom en de monsternemingsbuis overdraagt, een belastingsdetector binnen het huis die is ingericht om een eerste signaal op te wekken, dat overeenkomt met de belasting als een functie van de tijd op de monsternemingsbuis, een bewegingsdetector binnen het huis die is ingericht om een tweede signaal op te wekken, dat overeenkomt met de bovenwaartse verpLaatsing van een grondmonster binnen de monsternemingsbuis en een registratie-inrichting binnen het huis die is ingericht om de eerste en tweede signalen gelijktijdig te registreren.

Voorbeelden van de belangrijkste kenmerken van deze uitvinding zijn aldus tamelijk ruim samengevat opdat de gedetailleerde beschrijving daarvan die volgt, beter kan worden begrepen, en opdat de bijdrage aan de techniek beter kan worden ingezien. Er zijn natuurlijk aanvullende kenmerken van de uitvinding die hierna zullen worden beschreven en die eveneens het onderwerp van de hieraan aangehechte conclusies vormen.

Aanvullende doelen, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen blijken uit raadpleging van de volgende gedetailleerde beschrijving van een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm daarvan in verband met de begeleidende tekening, waarin dezelfde verwijzingsgetallen op dezelfde elementen zijn toegepast.

De onderhavige uitvinding pakt de problemen aan, die hierboven zijn beschreven, door te voorzien in een systeem voor het nemen van monsters van een grondlaag, dat vanaf een drijvend platform of een platform op land kan werken. Het systeem kan verder in een ongestuurde mate op een grondlaag drukken, hetgeen resulteert in een variabele binnendringingsmate, en eveneens een grondmonster nemen. De variabele binnendringingsmate is voordelig bij het voorzien in inzicht in de dynamische belastingskarakte-ristieken van de grondlaag.

Het apparaat van de uitvinding is onafhankelijk. Het kan direkt aan de bodem van een boorkolom worden bevestigd of kan langs de putboring vallen of worden neergelaten aan een kabel zonder verwijdering van boorapparaat. Dientengevolge kunnen monsters worden verkregen en gewonnen van Laten we zeggen een putboring zonder het verwijderen van het boorapparaat uit de boring. Een instumentbehuizing kan worden uitgezet en teruggehaald uit een putboring zonder het boorapparaat uit de boring te verwijderen. Het apparaat bevat een gegevensverzamelingssysteem dat verscheidene parameters registreert, met name de grondbinnendringingsmate en de belasting die is vereist om binnendringing te bewerkstelligen. Grondmonsters die door het apparaat zijn verzameld kunnen worden teruggewonnen door het omhoog brengen van de boorkolom of het ophalen van het huis door de kabel, waarbij het de operateur aldus mogelijk wordt gemaakt het boorapparaat in het putboorgat te houden gedurende het nemen van monsters.

Het systeem van de uitvinding is geschikt voor gebruik met conventionele boorsystemen. Het apparaat van de uitvinding kan in een conventionele boorkolom boven een conventionele schraapbeitel of kernbeitel, d.w.z. een beitel die een centrale doortocht of opening heeft, worden ingestoken. Het apparaat van de uitvinding kan eveneens direkt aan de bodem van een boorkolom worden bevestigd.

Het apparaat van de uitvinding omvat eveneens een langwerpig huis, dat is ingericht om aan het bovenste einde daarvan losmaakbaar in ingrijping te worden gebracht met een schuifklok of dergelijke voor bevestiging aan het benedenste einde van een kabel. Een aantal klauwen of derge-

Lijke is gepositioneerd nabij het bovenste einde van het huis. De klauwen grijpen in uitsparingen die in de binnenwand van het huis zijn gevormd en zijn ontworpen om terugtrekbaar te zijn.

Een monsternemingsbuis, die bij voorkeur een cilindrische vorm heeft, omvat of is bevestigd aan het benedenste einde van het huis. De monsternemingsbui s schuift door de opening in de boorbeitel wanneer het huis in de boorkolom wordt vergrendeld gedurende bedrijf op zee. Wanneer het apparaat van de uitvinding in positie in het overgangsstuk vergrendelt voor bedrijf op zee, steekt de monsternemingsbuis met een geselecteerde hoeveelheid onder de beitel uit, weLke hoeveelheid in de praktijk ongeveer twee feet of ongeveer zestig centimeter kan meten. Aldus treedt terwijl de monsternemingsbuis in een grondlaag drukt, een monster van de grond de monsternemingsbuis binnen.

Het huisgedeelte van het apparaat zal in het algemeen een samen-stel van verscheidene onderdelen zijn. Een eerste dergelijk onderdeel, een belastingscel, die in het huis is gepositioneerd, koppelt met de bovenkant van de monsternemingsbuis. De belastingscel meet de axiale belasting die op de monsternemingsbuis wordt uitgeoefend. Er zijn vele manieren om zo een belasting te meten.

Een tweede onderdeel van het huis is een instrumentenkamer of -compartiment. Dit onderdeel zal normaal een voedingseenheid bevatten, een gegevensverzamelingssysteem en een eLektronica-eenheid. Het instrumentencompartiment kan eveneens een LVDT-eenheid of andere positiemeetinrichting omvatten voor het aangeven van de mate waarin een kernmonster de monsternemingsbuis binnentreedt. Om de LVDT-eenheid te activeren, is er bij voorkeur voorzien in een monster- of kernvolger binnen de monsterkamer. De kernvolger is voorzien van een zuiger onmiddellijk boven een monster in de monsternemingsbuis en een zuigerstang die aan de zuiger is bevestigd. Wanneer een grondmonster de monsternemingsbuis binnentreedt, loopt de zuiger bovenwaarts. De LVDT-kernstang is bevestigd aan de zuiger om te voorzien in een meting van de monsterlengte.

Uit deze kenmerken van de uitvinding wordt het duidelijk dat gebruik van de uitvinding voorziet in een ononderbroken registratie van de belasting die inwerkt om een grondlaag binnen te dringen en zich daaruit terug te trekken, alsmede de mate van binnendringing. De uitvinding voorziet eveneens in een grondmonster dat kan worden teruggehaald naar het oppervlak van een waterlichaam of naar het oppervlak van de aarde.

Een bijzonder aantrekkelijk kenmerk van de uitvinding is de mogelijkheid ervan om zonder bewegingscompensatie te werken. Aldus kan beweging van een drijvend vaartuig of platform waarvanaf de uitvinding werkt de belasting op de monsternemingsbuis alsmede de mate van binnendrin-ging ervan doen variëren zonder verslechtering van de nauwkeurigheid van de meetgegevens. Dit zijn echter hetzelfde type dynamische factoren die de poten van pLatforms, paalwerken of andere constructieve onderdelen beïn-vLoeden, die een grondlaag binnendringen. Derhalve voorzien de dynamische gegevens waarin door de onderhavige uitvinding wordt voorzien in een zeer nuttig inzicht in de dynamische prestaties die kunnen worden verwacht van dergelijke constructieve onderdelen in een grondlaag waarvan de gegevens worden verkregen.

In overeenstemming met de uitvinding worden de belastingsgege-vens en de binnendringingsgegevens voor een gegeven grondmonster geregistreerd in de tijd terwijl de monsternemingsbuis in de grond drukt. De resulterende registraties zijn in het bijzonder waardevol bij het reflecteren van de uniformiteit van de grond.

De uitvinding is niet alleen bijzonder goed toepasbaar bij buitengaats bedrijf, maar is eveneens van groot belang bij bedrijf op land. Naast olie- en gasboorstructuren is de uitvinding nuttig bij andere buiten-gaatse structuren en structuren op land, zoals bijvoorbeeld bruggen, torens, hoge gebouwen en dergelijke. De dynamische karakteristieken zijn nuttig bij de evaluatie van grondeigenschappen voor aardbevingsanalyse.

In overeenstemming met een aspect van de onderhavige uitvinding is er voorzien in een werkwijze voor het bepaLen van de dynamische belas-tingskarakteristieken van een grondlaag door het meten van de krachten die worden uitgeoefend op een onafhankelijk, van de omgeving gescheiden gege-vensmeet- en monsternemingsapparaat. Een monsternemingsbuis drukt in de grondlaag in een ongestuurde mate hetgeen resulteert in een variabele bin-nendringingsmate. Het gegevensverzamelingssysteem meet en registreert de kracht als een functie van de tijd die wordt uitgeoefend op de monsternemingsbuis gedurende binnendringing en terugtrekking. Het gegevensverzame-Lingssysteem meet en registreert de doordringingsdiepte als een functie van de tijd. Deze metingen worden gebruikt om de dynamische belastingskarakte-ristieken van de grondlaag te bepalen. De werkwijze omvat een stap waardoor de monsternemingsbuis een grondmonster pakt voor het Laboratoriumanalyse aan het oppervlak.

Grondparameters van primair belang zijn paalontwerpparameters met een benadrukking op staalpijppalen met open einde die buitengaats worden gebruikt. Indien een stalen pijppaal en een stalen monsternemingsbuis worden vergeleken, zijn ze van zeer gelijksoortige verhoudingen. Het dient daarom te worden verwacht dat de parameters die zijn gemeten terwijL een monsternemingsbuis in een grondlaag wordt gedrukt, kunnen worden toegepast op het drijven van een paal in de grond. De waarde van deze metingen is dienovereenkomstig duidelijk. Met geschikte interpretatiemodificatie kunnen de gedurende het monster nemen genomen metingen voordelig worden toegepast op paalontwerp.

Figuur 1A is een schematische of conceptuele voorstelling die een boring laat zien, die tot de gewenste diepte in een grondlaag is geboord onder gebruikmaking van een schraapbeitel met open einde.

Figuur 1B is een schematische of conceptuele voorstelling van een uitvoeringsvorm van het apparaat van de uitvinding zoals dit is neergelaten in de boorkolom en op zijn plaats is vergrendeld. De monsternemingsbuis strekt zich onder de open boorbeitel uit aan het einde van de boorkolom.

Figuur 1C is een schematische of conceptuele voorstelling die een boorkolom laat zien, die het monsternemingsapparaat van de uitvinding in de onderzese aardlaag drukt.

Figuur 1D is een schematische of conceptuele voorstelling die het monsternemingsapparaat van de uitvinding Laat zien, nadat dit voLLedig in de aardlaag tot een diepte d2 is ingestoken.

Figuur 1E is een schematische of conceptuele voorstelling die de boorkolom laat zien wanneer deze het monsternemingsapparaat terugtrekt om dit uit de grondlaag te verwijderen.

Figuur 1F is een schematische of conceptuele voorstelling die het terugwinsysteem laat zien, zoals dit is bevestigd aan het bovenste einde van het apparaat, het apparaat van de boorkolom ontgrendelt en het apparaat naar het oppervlak omhoog brengt.

Figuur 2 is een grafiek die mogelijke kracht- en verplaatsings-krommen Laat zien, die als een functie van de tijd zijn uitgezet. Tijdstip t1 komt overeen met diepte d1 in figuur 1C. Tijdstip t2 komt overeen met diepte d2 in figuur 10.

Figuur 3A is een gedeeltelijk aanzicht in Langsdoorsnede dat de bovenste sectie van een uitvoeringsvorm van het apparaat van de uitvinding Laat zien. Het apparaat is verdeeld in vier secties in figuur 3A-3D.

Figuur 3B is een gedeeltelijk aanzicht in langsdoorsnede dat de tweede sectie van het apparaat Laat zien.

Figuur 3C is een gedeeltelijk aanzicht in Langsdoorsnede dat de derde sectie van het apparaat laat zien.

Figuur 30 is een gedeeltelijk aanzicht in Langsdoorsnede dat de vierde sectie van het apparaat Laat zien.

Figuur 4 is een aanzicht dat is genomen langs doorsnedelijnen 4-4 van figuur 3A.

Figuur 5 is een aanzicht met uiteengenomen delen van een borg-klem om de LVDT op zijn plaats te houden en om te voorkomen dat de LVDT in het instrumentencompartiment wordt gedrukt door extreme waterdrukken op grote diepten onder water.

Figuur 6 is een aanzicht, dat is genomen langs doorsnedelijnen 6- 6 van figuur 3B.

Figuur 7 is een aanzicht, dat is genomen langs doorsnedelijnen 7- 7 van figuur 3C.

Figuur 8 is een aanzicht, dat langs doorsnedelijnen 8-8 van figuur 3C is genomen.

Figuur 9 is een aanzicht dat is genomen Langs doorsnedelijnen 9- 9 van figuur 3C en de belastingscelbaan laat zien. Alle belasting wordt door middel van de belastingscelbaan overgedragen. De buitenste huls van de belastingscel en de binnenste huls van de belastingscel zijn samen met de zuigerhuls, de LVDT en de LVDT-kernstang getoond.

Figuur 10 is een aanzicht dat is genomen langs doorsnedelijnen 10- 10 van figuur 3D en laat een fLuïdumafvoeropening zien, die is gepositioneerd aan de bovenkant van elk kogelklepkanaal. De zuigerhuls, de LVDT en de LVDT-kernstang zijn concentrisch geplaatst in het apparaathuis getoond.

Figuur 11 is een aanzicht dat langs doorsnedelijnen 11-11 van figuur 3D is genomen en laat het zuigerhulslager zien, dat is bevestigd aan het zuigerhulslagerborgorgaan.

Hoewel de uitvinding vatbaar is voor verscheidene modificaties en alternatieve vormen, zijn specifieke uitvoeringsvormen daarvan bij wijze van voorbeeld in de tekening getoond en hierin gedetailleerd beschreven.

Het dient echter te worden begrepen dat het niet de bedoeling is de uitvinding tot de aan de openbaarheid prijsgegeven bepaalde vormen te beperken. Integendeel, de uitvinding dient alle modificaties, equivalenten en alternatieven te beslaan, die vallen binnen de geest en strekking van de uitvinding zoals zij door de aangehechte conclusies is bepaald.

Deze gedetailleerde bespreking van het apparaat van de uitvinding is niet bedoeld om uitputtend te zijn. Het wordt gemakkelijk ingezien dat het apparaat verscheidene typen en stijlen van elk eLement kan belichamen, zonder buiten de geest en strekking van de uitvinding te komen.

Figuur 1A—1F en figuur 3A-3D laten een apparaat voor het vanaf het oppervlak van land of een Lichaam van water nemen van monsters van een grondlaag op de bodem van een boorgat in aanwezigheid van een boorkolom die in overeenstemming met een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm van de uit-vindinging is opgebouwd. Het kan worden gezien dat het apparaat zeven hoofddeelsamenstellen omvat; namelijk een huissamenstel 14 dat is ingericht om langs een boorkolom te vallen of door een kabel binnen de boorkolom te worden neergelaten en te worden benut voor het transporteren van het apparaat van de uitvinding vanaf het oppervlak 31 van land of van een lichaam van water 21 naar een plaats naburig aan de grondlaag, een boorkoLomver-grendelingsdeelsamenstel 17 dat in de boorkolom is gepositioneerd en is ingericht om het huissamenstel op te nemen, een monsternemingsbuissamenstel 23 dat zich onder de bodem van de boorkolom 30 en voorbij de boorbeitel 42 uitstrekt voor binnendringing in en het nemen van monsters van de grondlaag, selectief vergrendeLbare inrichting 20 om het huis in het boorkolom-vergrendelingsdeelsamenstel 17 te vergrendelen om het mogelijk te maken dat de boorkolom 30 een axiale belasting op het huissamenstel 14 uitoefend door middel van het belastingsdetectorsamenstel 9 op het monsternemingsbuissamenstel 23, een belastingsdetectorsamenstel 9 binnen het huissamenstel 14 dat is ingericht om een eerste signaal op te wekken, dat overeenkomt me de belasting als een functie van de tijd op het monsternemingsbuissamenstel 23, een bewegingsdetectorsamenstel 16 binnen het huissamenstel 14 dat is ingericht om een tweede signaal op te wekken, dat overeenkomt met de bovenwaartse verplaatsing van een-grondmonster binnen de monsternemingsbuis en een registratie-inrichtingssamenstel 18 binnen het huissamenstel 14 dat is ingericht om de eerste en tweede signalen gelijktijdig te registreren.

HET HUISSAMENSTEL

Het huissamenstel 14 van de onderhavige uitvinding wordt benut om het belastingsdetectorsamenstel 9, het bewegingsdetectorsamenstel 16, de monsternemingsbuis 23, het registratie-inrichtingssamenstel 18 en de selectief vergrendelbare inrichting 20 Langs het putboorgat 13 en door de boor-kolom 30 te bevatten zonder de boorkolom 30 uit het putboorgat 13 te verwijderen. De operateur Laat het huissamenstel 14 Langs de boorkolom 30 vallen of Laat het huissamenstel 14 neer door de boorkolom 30 onder gebruikmaking van een kabel 28 die is bevestigd aan een schuifkloksamenstel 29. Het schuifkloksamenstel is bevestigd aan schuifklokaanpasorgaan 22 aan de bovenkant van het huissamenstel 14. De operateur Laat het apparaat van de uitvinding neer door de boorkolom 30 naar een plaats naburig aan de bodem 12 van het putboorgat 13 dat in een grondlaag 35 is geboord.

De boorkolom 30 kan een vergrendelingsdeelsamenstel 17 bevatten. Het vergrendelingssamenstel 34 bevat de selectief vergrendelbare inrichting 20. De selectief vergrendelbare inrichting vergrendelt in het boorkolomver-grendelingsdeelsamenstel 17 dat het huissamenstel 14 in de boorkolom 30 vergrendelt. Het vergrendelingssamenstel 34 is bevestigd aan het aanpasor-gaan voor het vergrendelingssamenstel 62 door schroefdraad 60 dat is gevormd op het tapse onderdeel 26 van het vergrendelingssamenstelaanpassings-orgaan. De schroefdraad 60 is gevormd op taps onderdeel 26 aan de bovenkant van het vergrendelingssamenstelaanpasorgaanlichaam 61.

De plaatsingsring 24 is bevestigd aan het huissamenstel 14. De boorkolom 30 bevat boorkolomplaatsingsdeelsamenstel 19 met een boorkolom-plaatsingsring 25 nabij de bodem van de boorkolom 30. De plaatsingsring 24 is in ingrijping met de boorkolomplaatsingsring 25 die het huissamenstel 14 in de boorkolom 30 positioneert wanneer het huissamenstel 14 door een kabel 28 wordt neergelaten of valt en het wordt toegestaan vrij te vallen op zijn plaats in de boorkolom 30. De selectief vergrendelbare inrichting 20 is in ingrijping met het boorkolomvergrendelingsdeelsamenstel 17 wanneer de plaatsingsring 24 in positie in ingrijping is met de boorkolomplaatsingsring 25. De plaatsingsring 24 is voorzien van groeven om het fluïdum mogelijk te maken door de groeven 45 te lopen.

Bij bedrijf op land kan de operateur een putboorgat 13 boren onder gebruikmaking van boorbeitel 52 en dan de boorkolom 30 uit het put-boorgat verwijderen. De operateur kan de boorbeitel 42 verwijderen en deze vervangen door het huis 14. Het huis 14 is bevestigd aan de bodem van de boorkolom 30. De schroefdraad 60 op het tapse onderdeel 26 is in ingrijping met schroefdraad aan de bodem van de boorkolom 30. De operateur kan de boorkolom 30 met het daaraan bevestigde huis 14 neerlaten in het putboorgat tot een positie die naburig aan de grondLaag is. De boorkolom dringt dan de monsternemingsbuis 23 in de grondlaag. De operateur verwijdert de boorkolom 30 om het huis 14 en het grondmonster 50 op te halen.

Het huissamenstel 14 is voorzien van een aantal hulsen en ringvormige overgangsonderdelen die de uitwendige mantel van het huissamenstel vormen. De hulsen en overgangsonderdelen schuiven over de cilindrische onderdelen van het huissamenstel. Een aantal kopschroeven bevestigt de huissamenstelhulsen en -overgangsonderdelen aan de cilindrische onderdelen.

Het aanpassingsorgaan voor het vergrendelingssamenstel 62 schuift in uitwendig huishulsonderdeel 66. Een of meer kopschroeven 64 bevestigen uitwendig huishulsonderdeel 66 aan vergrendelingssamenstelaanpas-orgaanlichaam 61. De opening 63 maakt mechanische ingrijping en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van kopschroeven 64 mogelijk. De kopschroefschroefdraad 65 is in ingrijping met vergrendelingssamenstelaanpasorgaanlichaam 61.

De instrumentencompartimentcontactstop 68 schuift in het uitwendige huishulsonderdeel 66. Een of meer kopschroeven 70 bevestigen uitwendig huishulsonderdeel 66 aan instrumentencompartimentcontactstop 68. De opening 62 maakt mechanische ingrijping en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van de kopschroeven 70 mogelijk. De kopschroefschroefdraad 73 is in ingrijping met instrumentencompartimentcon-tactstop 68.

Een o-ringpakking vormt een waterdichte afdichting tussen de instrumentencompartimentcontactstop 68 en het uitwendige hutsonderdeel. De o-ringpakking is voorzien van een o-ring 74, een o-ringgroef 76 en een o-ringondersteuning 75. De o-ring 74 past in de o-ringondersteuning 75. De o-ringondersteuning 75 past binnen de o-ringgroef 76.

Het uitwendige huishulsonderdeel 66 is bevestigd aan het huis-onderdeel 106 door koppelschroefdraad 302. De opening 118 maakt mechanische ingrijping mogelijk voor rotatie van het uitwendige huishulsonderdeel 66 met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in. De ope-ning 54 maakt mechanische koppeling voor rotatie van huisonderdeel 106 met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in mogelijk.

Een o-ringpakking vormt een waterdichte afdichting tussen het uitwendige huishulsonderdeel 66 en huisonderdeel 106. De o-ringpakking is voorzien van een o-ring 104, een o-ringgroef 105 en een o-ringondersteuning 103. De o-ring 104 past in de o-ringondersteuning 103. De o-ringondersteuning 103 past in de o-ringgroef 105.

Het bovenste huisonderdeel 106 schuift in het benedenste huisonderdeel 126. De kopschroeven 124 bevestigen het huisonderdeel 126 aan het huisonderdeel 106. De openingen 130 maken mechanische koppeling en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van de kopschroeven 124 mogelijk. De kopschroefschroefdraad 129 is in in-grijping met huisonderdeel 106.

Een o-ringafdichting vormt een waterdichte afdichting tussen het huisonderdeel 106 en het huisonderdeel 126. De o-ringafdichting is voorzien van een o-ring 122, een o-ringgroef 56 en een o-ringondersteuning 123. De o-ring 122 past in de o-ringondersteuning 123. De o-ringondersteuning 123 past in de o-ringgroef 56.

Het huisonderdeel 126 is bevestigd aan het hulsonderdeel 200 door ingrijping met de schroefdraad 212. De opening 109 maakt mechanische koppeling mogelijk voor rotatie van het huisonderdeel 129 met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in. De plaatsingsring 24 is bevestigd aan het hulsonderdeel 200. Het hulsonderdeel 200 is bevestigd aan het bovenste gedeelte van de belastingscel 208 door ingrijping met de schroefdraad 125. De uitwendige belastingscelhuls 222 schuift over de be-Lastingscel 208.

De monsterneemkop 202 is bevestigd aan het benedenste gedeelte van de belastingscel 208 door de koppeLende schroefdraad 236. De opening 203 maakt mechanische koppeling voor rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van de monsternemingskop 202 mogelijk.

De monsternemingskop 202 schuift in de monsternemingsbuis 23. De kopschroeven 250 bevestigen de monsternemingsbuis 23 aan de monsternemingskop 202.

De opening 251 maakt mechanische koppeling en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van de kopschroef 250 mogelijk. De kopschroef-schroefdraad 252 is ingrijping met de monsternemingskop 202.

Een o-ringafdichting vormt een waterdichte afdichting tussen de monsternemingskop 202 en de monsternemingsbuis 23. De o-ringafdichting is voorzien van een o-ring 242, een o-ringgroef 244 en een o-ringondersteu-ning 243. De o-ring 242 past in de o-ringondersteuning 243. De o-ringonder-steuning 243 past in de o-ringgroef 244.

De huisopening 71 wordt gebruikt om het machinaalverwerken van het vergrendelingssamenstelaanpassings-orgaanlichaam te vergemakkelijken.

HET BOORKOLOMPLAATSINGSDEELSAMENSTEL Het boorkolomplaatsingsdeelsamenstel 19 is geconfigureerd om in ingrijping te komen met de plaatsingsring 24 wanneer het huissamenstel 64 valt of aan een draadlijn 28 wordt neergelaten door de boorkolom 30. Het boorkolomplaatsingsdeelsamenstel 19 bevat een boorkolomplaatsingsring 25 om in ingrijping met de plaatsingsring 24 te komen en de neerwaartse beweging van het huissamenstel 14 met betrekking tot de boorkolom 30 te stoppen.

HET MONSTERNEMINGSBUISSAMENSTEL De monsternemingsbuis 23 is bevestigd aan de monsternemingskop 202 als een onderdeel van het huissamenstel 14. Het huissamenstel 14 vergrendelt in de boorkolom 30 door middel van vergrendelingssamenstel 34. De monsternemingsbuis 23 hangt naar beneden door de bodem van de boórbeiteL 42. De monsternemingskop 202 is bevestigd aan de belastingcel 208. De axiale belasting die op de monsternemingsbuis 23 is geplaatst, wordt door middel van de monsternemingskop 202 aan de belastingcel 208 overgedragen.

Er zijn talrijke andere middelen voor het nemen van een grondmonster die zouden kunnen worden gebruikt in de onderhavige uitvinding en het apparaat of de werkwijze van de uitvinding zijn niet beperkt tot het gebruik van een cilindrische monsternemingsbuis. De uitvinding voorziet het gebruik van een monsternemingsinrichting van welke vorm dan ook, zoals een vierkante, rechthoekige, driehoekige of welke andere geschikte vorm dan ook. De uitvinding voorziet eveneens het gebruik van welke inrichting of welke werkwijze dan ook voor het onttrekken van het grondmonster, zoals kernen, schachtboren of welke andere geschikte werkwijze of welk ander geschikt apparaat dan ook.

HET SELECTIEVE VERGRENDELBARE INRICHTINGSSAMENSTEL Het selectief vergrendelbare inrichtingssamenstel wordt gebruikt om het huissamenstel 14 in de boorkolom 30 te vergrendelen. In een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm is de selectief vergrendelbare inrichting 20 een stel vergrendelingsklauwen, zoals in fig. 1B is te zien, dat uit ingrijping met de uitsparing 15 in het boorkolomvergrendelingsdeelsa-menstel 17 wordt gebracht, wanneer de schuifkLok 29 en de kabel 28 in ingrijping komen met het schuifklokaanpasorgaan 22 en het apparaathuissamen-stel 14 bovenwaarts trekken. De bovenwaartse beweging op schuifklokaanpas-orgaan 22 beweegt schuifonderdeel 53 bovenwaarts in groef 52 hetgeen tot gevolg heeft dat de vergrendelingsklauwen terugdraaien in het vergrende-lingssamenstel, waardoor de vergrendelingsklauwen uit ingrijping worden gebracht. Opwaartse spanning op schuifonderdeel 53 doet de vergrendelingsklauwen in de uitsparingen van het vergrendelingssamenstel 34 draaien. De vergrendelingsklauwen zijn licht van gewicht, zodat ze normaal naar buiten draaien om uit te steken vanaf het uitwendige van het vergrendeLingssamen-stel 34. De selectief vergrendelbare inrichting 20 komt automatisch in ingrijping met het boorkolomvergrendelingsdeelsamenstel 17 wanneer het huissamenstel 14 wordt neergelaten of op zijn plaats valt in de boorkolom.

HET BELASTINGSDETECTORSAMENSTEL Het belastingsdetectorsamenstel wordt gebruikt om de kracht te meten, die op de monsternemingsbuis 23 wordt uitgeoefend. De belasting-cel 208 is bevestigd aan de monsternemingskop 202 en de monsternemingskop is bevestigd aan de monsternemingsbuis 23, zoals is beschreven in de beschrijving van het huissamenstel. Borgpen 234 loopt door de uitwendige be-lastingcelhuls 222, de belastingcel 208 en de uitwendige belastingcelhuls 228. De op de monsternemingsbuis 23 uitgeoefende belasting wordt overgedragen aan de belastingcel 208. De rekstrookjes 210 zijn bevestigd aan de belastingcelbaan 206. De belastingcelbaan 206 is in de belastingceluitspa-ring 214 gepositioneerd. De belastingcelbedrading 92 loopt vanaf de rekstrookjes 210 door het belastingcelbedradingsverbindingsorgaan 91, de door-voeropeningen 85, het doorvoerverbindingsorgaan 84, de doorvoeropeningen 246, de doorvoeropeningen 87, de doorvoerverbindingsorganen 81 en de be-lastingcelbedradingsdoortocht 93 om de belastingcel met de instrumentencom-partimentinterface-verbindingsklem 90 te verbinden. De beschermingshuls 128 scheidt de belastingcelbedrading van de zuigerhuls 41.

De o-ringafdichting houdt water uit het belastingsdetector-samenstel. De o-ringafdichting is voorzien van een bovenste inwendige o-ringafdichting, een bovenste uitwendige o-ringafdichting, een benedenste inwendige o-ringafdichting en een benedenste uitwendige o-ringafdichting.

De bovenste inwendige o-ringafdichting is voorzien van o-ring 220, een o-ringgroef 221 en een o-ringondersteuning 223. De benedenste inwendige o-ringafdichting is voorzien van een o-ring 218, een o-ringgroef 217 en een o-ringondersteuning 215. De bovenste uitwendige o-ringafdichting is voorzien van een o-ring 204, een o-ringgroef 205 en een o-ringondersteuning 209 en o-ring 216. De benedenste uitwendige o-ringafdichting is voorzien van een o-ring 216, een o-ringgroef 213 en een o-ringondersteuning 219.

De bovenste en benedenste uitwendige o-ringafdichtingen passen tussen de belastingcel 208 en de uitwendige belastingcelhuls 222. De bovenste en benedenste inwendige o-ringafdichtingen passen tussen de belas-tingcel 208 en de inwendige belastingcelhuls 228. De uitwendige belasting-celhuls 222 ligt niet aan tegen het hulsonderdeel 200 waardoor een ruimte 224 tussen de uitwendige belastingcelhuls 222 en het hulsonderdeel 200 overblijft. De uitwendige belastingcelhuls 222 ligt niet aan tegen de monsterneming s kop 202 waardoor een ruimte 226 overblijft tussen de huls 222 en de monsternemingskop 202. Een ringvormige ruimte 108 is aanwezig tussen de zuigerhuls 41 en de LVTD 101. Een ringvormige ruimte 127 is aanwezig tussen de zuigerhuls 41 en de beschermingshuls 128.

Er zijn talrijke andere middelen voor het meten van de belasting die in de uitvinding kunnen worden gebruikt en het apparaat van de uitvinding is niet beperkt tot het gebruik van een belastingcel. Het apparaat van de onderhavige uitvinding voorziet het gebruik van welk geschikte onafhankelijke inrichting dan ook voor het meten van de belasting.

HET BEWEGINGSDETECTORSAMENSTEL

Het bewegingsdetectorsamenstel wordt benut om de hoeveelheid grondmonster 50 te meten die in de monsternemingsbuis 23 is gedrongen. De monstervolgerzuiger 50 loopt langs de Langsas van het huis en binnen de monsternemingsbuis 23. Een zuigerhuls 41 is bevestigd aan de monstervolger-zuiger 40. De verplaatsing van de zuigerkop wordt gemeten door een inrichting voor het meten van beweging. In een de voorkeur hebbende uitvoerings vorm kan deze inrichting een Lineaire verplaatsingstransformator LVDT 101 zijn, zoals in figuur 3D is getoond.

Er zijn talrijke andere middelen voor het meten van de verplaatsing die zouden kunnen worden gebruikt in een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm en het apparaat van de uitvinding is niet beperkt tot het gebruik van een LVDT. Het apparaat van de uitvinding voorziet het gebruik van welke onafhankelijke inrichting dan ook voor het meten van de verplaatsing.

De monstervolgerzuiger 40 is voorzien van een zuigervlak 254 en een zuigernaaf 256. De zuigerhuls of holle zuigerhuls 41 schuift in de zuigernaaf. De kopschroef 258 loopt door de zuigerhuls 41 en in de zuigernaaf 226 en bevestigt de zuigerhuts 41 binnen de zuigernaaf 256. De LVDT-kernstang 240 schuift in de zuigernaaf 256 en is in de zuigernaaf bevestigd door kopschroef 258.

Zoals in figuur 5 is getoond, loopt de LVDT 101 door de LVDT-boorarmopening 230 in de LVDT-boorarm 112. De LVDT-boorarm 112 is in in-grijping met het bovenste gedeelte 96 van de LVDT en klemt de LVDT 101 op zijn plaats. De LVDT-boorarm 112 schuift over de LVDT 101 en ligt aan tegen het bovenste gedeelte 96 van de LVDT. De kopschroef 116 Loopt door de ope-ning 120 en is in ingrijping met de LVDT-boorarm 112 om de spleet 55 te sluiten en de diameter van de opening 230 te reduceren en de LVDT-boorarm 112 rond LVDT 101 vast te zetten. LVDT-boorarm 112 past in de LVDT-borg-groef 97 aan het bovenste gedeelte 96 van de LVDT. De schroefdraad 117 is in ingrijping met de LVDT-boorarm 112. De opening 119 in de kopschroefkop 118 maakt mechanische ingrijping en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van kopschroef 116 mogelijk.

De kopschroef 114 Loopt door de opening 121 in de LVDT-borg-arm 112 en bevestigt de borgarm aan huisonderdeel 106. De kopschroef-schroefdraad 107 is in ingrijping met het huisonderdeel 106. De opening 113 maakt mechanische koppeling en rotatie met de wijzers van de klok mee en tegen de wijzers van de klok in van de kopschroef 77 mogelijk . De LVDT-bedrading 92 Loopt door de bedradingsdoortocht 110 en verbindt de LVDT met het instrumentencompartiment-interfaceverbindingsorgaan 90.

De zuigerhuLs 41 schuift langs de langsas van het huis op zuigernaafbussen 262 en 264. De bovenste zuigernaafbus 262 dient eveneens als een aanslag voor ingrijping met de zuigeraanslag 43. De zuigeraanslag 43 voorkomt dat de zuiger uit het einde van het huissamensteL 14 valt. De zuigernaafbuis 262 wordt op de plaats gehouden door naafbusborgorgaan 266. Het naafbusborgorgaan 266 is bevestigd aan de monsternemingskop 202 door de kopschroef 268. De kopschroef-schroefdraad 269 is in ingrijping met de monsternemingskop 202 om het naafbusborgorgaan 266 te bevestigen. De zuiger-naafbus 264 wordt op de plaats gehouden door het naafbusborgorgaan 270. Het naafbusborgorgaan 270 is bevestigd aan de monsternemingskop 202 door kopschroef 272. De kopschroef-schroefdraad 271 is in ingrijping met de monsternemingskop 202 om het naafbusborgorgaan 270 te bevestigen. De zuiger-aanslag 43 is in in ingrijping met naafbus 262.

De afsluitklep 278 maakt het mogelijk dat fluïdum of andere materie in monsternemingsbuis 23 wordt afgevoerd door de uitlaatklepopening 277 wanneer het grondmonster de monsternemingsbuis 25 vult en eventueel water of andere materie binnen de monsternemingsbuis 23 verplaatst. Het gereduceerde diametergedeelte van de afsluitklep 278 vormt een zitting 275 voor de kogel 274. De afsluitklepkogel 274 beweegt bovenwaarts en weg van de klepzitting 275 wanneer fluïdum wordt afgevoerd gedurende het innemen van grond. De borgpen 276 voorkomt dat de kogel 275 uit de klep valt. Wanneer het huis uit de grond wordt teruggetrokken, keert de kogel 274 terug naar een ruststand en rust hij op de klepzitting 275 en dicht hij de uitlaat-klepopening 277 af om het grondmonster 50 aan te zuigen en in de monsternemingsbuis 23 te houden.

HET REGISTRATIE-INRICHTINGSSAMENSTEL

Het registratie-inrichtingssamenstel wordt benut om tegelijkertijd de door de belastingsdetector en bewegingsdetector en eventuele andere detectoren gemeten gegevens te registreren. Het gegevensregistra-tie-inrichtingssamenstel is voorzien van de batterij-eenheid 38, het ge-gevensverzamelingssysteem 39 en de elektronica-eenheid 37. De bedrading 300 verbindt de batterij-eenheid 38 met het gegevensverzamelingssysteem 39 en de bedrading 301 verbindt de batterij-eenheid met de elektronica-eenheid.

De bedrading 301 verbindt de elektronica-eenheid 37 met het gegevensverza-melingssysteem 39. De bedrading 303 verbindt de instrumentencompartiment-interfaceverbindingsklem 90 met het gegevensverzamelingssysteem 39 en de elektronica-eenheid 37.

De LVDT-bedrading 99 verbindt de LVDT met de instrumentencom- partimenten-interfaceverbindingsklem 90 en aldus met het registratiesamen-stel. De belastingcelbedrading 92 verbindt de belastingcel met de instru-mentencompartiment-interfaceverbindingsklem 90 en aldus met het registra-tiesamenstel. De batterij-eenheid 38, het gegevensverzamelingssysteem 39 en de elektronica-eenheid zijn opgenomen in het instrumentencompartiment 36.

De externe gegevenspoorten 94 zijn op de huisuitsparing 102 gemonteerd om te voorzien in een inrichting voor het terugwinnen van gegevens uit het gegevensregistratie-inrichtingssamenstel. De huisuitsparing 102 houdt de externe gegevenspoorten 94 uitgespaard en beveiligd gedurende bedrijf. De rubberen nippel 95 schuift over en beveiligt de externe gegevenspoorten 94. De externe gegevenspoortbedrading 100 verbindt de externe gegevenspoorten 94 met het gegevensverzamelingssyteem 39 voor het ophalen van gegevens.

Het apparaat van de uitvinding is niet beperkt tot het gebruik van het hier beschreven specifieke gegevensverzamelingssysteem. Het apparaat van de uitvinding voorziet het gebruik van welke onafhankelijke inrichting dan ook voor het registreren van gegevens. Aldus voorziet de uitvinding het gebruik van optische schijfopslag, magneetschijfopslag, en dergelijke. De uitvinding vóórziet eveneens het gebruik van onafhankelijke gegevensverzameLingssystemen die geen gegevens opslaan maar gegevens naar het oppervlak zenden zonder het gebruik van een fysische gegevenskabel vanaf het oppervlak naar het apparaat van de uitvinding.

W§B!<ING_yAN_DE_yiTyiNDING

A. APPARAATUITZETTINGS- EN OPHAALBEDRIJF

In bedrijf boort de operateur een putboorgat 13 in een grondlaag 35 en brengt hij de boorbeitel 52 bij benadering 2-5 feet omhoog vanaf de grondlaag 12 bij de bodem van het putboorgat 13. De operateur laat of het huissamenstel 14 door het putboorgat 13 naar beneden vallen, of kan het huissamenstel 14 aan een kabel 28 door het putboorgat omlaag brengen zonder het boorapparaat 30 uit het putboorgat 13 te verwijderen. Om het huissamenstel 14 aan een kabel 28 neer te Laten, bevestigt de operateur een kabel 28 en schuifklok 29 aan het schuifklokaanpassingorgaan dat zich bevindt aan de bovenkant van het huissamenstel 14 of het werktuig.

De selectief vergrendetbare inrichting 20, die zich bevindt in het vergrendelingssamenstel 34, komt in ingrijping met de vergrende-

Lingsuitsparing 15 in het boorkolomdeelsamenstel 17, dat zich boven de boorbeitel 42 bij de bodem van de boorpijp bevindt.

De plaatsingsring 24 die op het apparaathuissamenstel 14 is gevormd, Ligt aan tegen de boorkoLompLaatsingsring 25 bij de bodem van de boorkolom 30 gedurende uitzetting om de neerwaartse voortschrijding van het huissamenstel 14 te begrenzen. Het van groeven voorziene uitwendige van de plaatsingsring 24 maakt het mogelijk dat fluïdum door de groeven 45 Loopt naarmate het huissamensteL 14 door de boorkolom 30 beweegt.

De operateur kan het huissamensteL 14 terughalen door een schuifkLokorgaan 29 aan het einde van een kabel 28 die in ingrijping is met de bovenkant van het huissamenstel 14. Naarmate de kabel 28 wordt opgetrokken op het vergrendelingssamenstel 34 roteren de vergrendelingsklauwen terug in het vergrendelingssamenstel 34 en komen ze uit ingrijping met de uitsparing 15 in boorkolomvergrendelingsdeelsamenstel 17. De kabel 28 trekt het huissamenstel 14 naar het oppervlak, waar de gebruiker de gegevens terugwint, die door het gegevensverzamelingssysteem 39 zijn opgeslagen.

Bij bedrijf op land kan de operateur een putboorgat 13 boren onder gebruikmaking van een boorbeitel 42 en dan de boorkolom 30 uit het putboorgat 13 verwijderen. De operateur kan de boorbeitel 42 verwijderen en deze vervangen door het huis 14. Het huis 14 wordt bevestigd aan de bodem van de boorkolom 30. De schroefdraad 60 op het tapse onderdeel 26 wordt in ingrijping met de bodem van de boorkolom 30 gebracht. De operateur laat de boorkolom 30 met het daaraan bevestigde huis 14 in het boorgat zakken tot een positie die naburig aan de grondlaag is. De boorkolom 30 dringt dan de monsternemingsbuis 23 in de grondlaag. De operateur verwijdert de boorkolom 30 om het huis 14 en het grondmonster 50 op te halen.

B. BELASTING- EN VERPLAATSING-MEETBEDRIJF

Terwijl de boorkolom in het putboorgat wordt neergelaten, meet de LVDT 101 de verplaatsing van de monstervolgerzuiger 40 binnen de monsternemingsbuis 23. De monstervolgerzuiger 40 volgt de voortgang van het grondmonster 50 binnen de monsternemingsbuis 23 naarmate de boorkolom de monsternemingsbuis in de grondlaag dringt. De belastingcel 208 meet de kracht die op de monsterbuis 23 wordt uitgeoefend. Het gegevensverzamelingssysteem 39 leest gelijktijdig de kracht- en verplaatsingsmetingen als een functie van de tijd en slaat deze op.

C. GEGEVENSVERZAMELINGSBEDRIJF

De monsternemingsbuis 23 dringt normaal in een variabele mate de grondlaag 12 bij de bodem van het putboorgat 13 binnen, waarbij de bepaling van dynamische belastingskarakteristieken wordt mogelijk gemaakt. De mate is ongestuurd in de zin dat deze onderhevig is aan factoren zoals in-consistentheid in de grondlaag en belastingsschommelingen in de boorkolom. Het werktuig kan in een vijandige zeetoestand werken zonder gegevensver-slechtering omdat de gegevensmetingen als een functie van de tijd worden genomen. De operateur haalt de gegevens op, die door het gegevensverzame-lingssysteem 39 zijn opgeslagen, door middel van de externe gegevenspoorten 94 nadat het werktuig terugkeert naar het oppervlak.

Het instrumentencompartiment 36 bevat het gegevensverzame-lingssysteem 39, de batterij-eenheid 38 en de elektronica-eenheid 37. De instrumentencompartiment-interfaceverbindingsklem verbindt het gegevensver-zameLingssysteem 39, de batterij-eenheid 38 en de elektronica-eenheid 37 met de belastingcel 208 en LVDT 101 en externe gegevenspoorten 94. De in-strumentencompartiment-interfaceverbindingsklem 90 herbergt draadverbindin-gen vanaf de externe gegevenspoorten 94, de belastingcel 208 en vanaf de LVDT 101.

Het grondmonsternemings- en gegevensverzamelingsapparaatwerk-tuig is volkomen onafhankelijk. Het werktuig voorziet in zijn eigen voeding, meetinstrumenten en gegevensverzamelingssysteem. Een batterij-eenheid 38 voorziet in elektrisch vermogen voor de belastingcel, de LVDT, het gege-vensverzamelingssysteem en de elektronica-eenheid. Een aantal o-ringafdich-tingen scheidt het apparaat, zodat het niet vervuilt door de uitwendige omgeving, noch zelf de uitwendige omgeving vervuilt.

De elektronica-eenheid 37 voorziet in een elektronische verbinding tussen het gegevensverzamelingssysteem 39 en de belastingcel 208, LVDT 101 en externe gegevenspoorten 94. Het gegevensverzamelingssysteem 39 kan bestaan uit een industriële standaardmodule zoals de Tattletale Model V, die verkrijgbaar is bij ONSET Computer Corporation, P.0. Box 1030, 199 Main Street, N. Falmouth, MA 02556.

Het gegevensverzamelingssysteem is typisch voorzien van een centrale verwerkingseenheid, een universele asynchrone ontvanger/zender, een analoog-naar-digitaalomzetter, statisch RAM en EPR0M. Het gegevensverzamelingssysteem neemt analoge signalen vanaf de belastingcel en LVDT en zet ze om in digitale signalen. Het gegevensverzamelingssysteem bemonstert de analoge signalen vanaf de belastingcel en LVDT op regelmatige intervallen, zoals bijvoorbeeld elke 10 milliseconden, zet deze analoge metingen om digitale signalen en slaat de digitale signalen op. De resulterende gege-vensmetingen vertegenwoordigen een krachtkromme 32 en verplaatsingskromme 33 als een functie van de tijd gedurende het bemonsteringsbedrijf.

De uitvinding is niet beperkt tot welk bepaald conventioneel gegevensverzamelingssysteem dan ook. De uitvinding voorziet elke geschikte gegevensbemonsterings- en opslaginrichting, zoals optische schijf of welke andere inrichting voor gegevensopslag dan ook. Er zijn talrijke gebruiken voor de teruggewonnen meetgegevens. Het wordt voorzien dat aanvullende gebruiken en interpretaties zullen worden ontwikkeld naarmate de gebruikers van de uitvinding ervaring opdoen met het apparaat en de werkwijze en de van het gebruik daarvan afgeleide gegevens.

D. GRONDVERZAMELINGSBEDRIJF

De monsternemingsbuis 23 hangt typisch ongeveer 2 feet onder de bodem van de boorbeitel 42 naar beneden. De operateur maakt het mogelijk dat de boorkolom 30 in een ongestuurde mate daalt en de monsternemingsbuis 23 in een variabele mate in de grondlaag drukt. De druk vanaf de boorkolom dringt een grondmonster 50 in de monsternemingsbuis 23 wanneer de monster-nemingsbuis 23 de grondlaag 12 bij de bodem van het putboorgat 13 binnendringt. De monstervolgerzuiger 40 volgt de voortgang van het grondmonster 50 wanneer dit de monsternemingsbuis 23 binnentreedt. De afsluitklep 278 maakt het mogelijk dat fluïdum wegstroomt vanuit de monsternemingsbuis 23 terwijl het grondmonster 50 fLuïdum in de monsternemingsbuis 23 verplaatst. Wanneer de monsternemingsbuis 23 wordt weggetrokken uit de grondlaag 12, Ligt de kogel 274 van de afsluitklep op de zitting en dicht deze af om te voorzien in aanzuiging die het grondmonster 50 in de monsternemingsbuis 23 houdt.

Het apparaat verzamelt een grondmonster 50 in de monsternemingsbuis 23 en verzamelt gegevens met betrekking tot de grondlaag 12 in situ en gelijktijdig. De ongestuurde afdaling van de boorkolom 30 dringt de monsternemingsbuis 23 in een variabele binnendringingsmate in de grond, waarbij het de gebruiker wordt mogelijk gemaakt de dynamische en statische belastingskarakteristieken van de grondlaag te bepalen. De tijdmetingen vergemakkelijken eveneens gegevenscorrecties voor variabele belasting.

E. BELASTINGSMEETBEDRIJ F

De belastingscel 208 meet de kracht die op de monsternemings-buis 23 wordt uitgeoefend. De kracht op de monsternemingsbuis 23 wordt vanaf de monsternemingsbuis 23 door middel, van de monsternemingskop 202 op de belastingscel 208 overgedragen. De bovenkant van de belastingscel 208 is geschroeft in het hulsonderdeel 200 en de bodem van de belastingscel 208 is geschroeft in monsternemingskop 202.

De belastingscelbedrading 92 vanaf de belastingscel 208 is verbonden met de belastingscelbedradingsverbindingsklem 91 en Loopt bovenwaarts door de belastingscelbedradingsdoortocht 93 en is verbonden met de instrumentencompartimentinterfaceverbindingsklem 90. Het gegevensverzane-lingssysteem 39 registreert de belastingsmetingen door de belastingscel als een functie van de tijd.

Een aantal rekstrookjes 210 dat is bevestigd aan de belas-tingscelbaan 206 bepaalt de belasting als een gemiddelde van de metingen die door de rekstrookjes worden genomen. De beLastingscelbedrading 92 loopt vanaf de rekstrookjes 210 naar boven door de belastingscelbedradingdoor-tocht 93. De belastingscelbedradingdoortocht 93 is afgedicht om water en andere verontreinigingen buiten te houden. De belastingscelbaan 206 is gepositioneerd tussen de inwendige belastingscelhuls 228 en de uitwendige belastingscelhuls 222. De belastingscel is afgedicht door een reeks bovenste en benedenste belastingscel-o-ringen 204, 220, 216 en 218 die is geplaatst tussen de belastingscel en de inwendige en uitwendige belastings-celhulsen. De externe belastingscelhuls 222 beschermt de belastingscel tegen de omgeving. De buitenste belastingscelhuls is gescheiden van het hulsonderdeel 200 door een ruimte 224 en een ruimte 226, zodat de axiale belasting door de beLastingscel in plaats van hulsonderdeel 200 loopt.

F. VERPLAATSINGSMEETBEDRIJF

Een monstervolgerzuiger 40 hangt binnen de monsternemingsbuis 23 naar beneden. De monstervolgerzuiger 40 volgt het grondmonster 50 in de monsternemingsbuis 23 terwijl de boorkolom 30 de monsternemingsbuis 23 in de grondlaag 12 drukt. De LVDT-kernstang 240 is bevestigd aan de grond-volgerzuigernaaf 256 door middel van een kopschroef 259. De LDVT 101 meet de voortgang van het grondmonster 50 terwijl dit in de monsternemingsbuis 23 beweegt, waarbij de monstervolgerzuiger 40 en daaraan bevestigde LVDT-kernstang 240 worden verplaatst. De LVDT-kernstang 240 beweegt binnen de LVDT 101 en wekt een elektrisch signaal op, dat evenredig is met de verplaatsing van de LVDT-kernstang 240 en monstervolgerzuiger 40. De kop-schroef 258 maakt instelling van de positie van de monstervolgerzuiger 40 mogelijk met betrekking tot de LVDT-kernstang 240 om het zuigervlak 254 op de LVDT-kernstang 240 te bevestigen op de geijkte nulpositie van de LVDT 101.

De LVDT 101 blijft wat betreft omgeving gescheiden en waterdicht zelfs bij extreme waterdruk door middel van het gebruik van de LVDT-o-ring. LVDT-boorschroef 114 bevestigt de LVDT-boorarm 112 aan huisonder-deel 106.

De zuigerhuls 41 schuift op verplaatsbare naafbussen 262 en 264. De naafbussen houden de zuigerhuls in Lijn Langs de langsas van het apparaat zonder tegen de LVDT te wrijven. De ringvormige aanslag 43 van de zuigerhuls ligt aan tegen de hulsnaafbus 262 van de bovenste zuiger en stopt de neerwaartse beweging van de monstervolgerzuiger 40.

SAMENVATTING_VAN_V00RDELEN

Het zal worden ingezien dat de werkwijze en het apparaat voor het bepalen van de dynamische karakteristieken van een grondlaag door een grondlaag in een variabele binnendringingsmate binnen te dringen en de kracht en verplaatsing van de monsternemingsinrichting te meten als een functie van de tijd van de onderhavige uitvinding voorzien in zekere belangrijke voordelen.

De onderhavige uitvinding is onafhankelijk en is wat betreft omgeving afgedicht. Het apparaat kan op land of op grote diepte onder de zee werken. Het apparaat is eenvoudig en gemakkelijk te bouwen met minder onderdelen dan bekende systemen. Het apparaat reduceert of eLimineert de noodzaak van een fysische gegevens- en stuurkabel naar het oppervlak. De werkwijze kan op land of in een vriendelijke of vijandelijke zeetoestand worden bewerkstelligd zonder de noodzaak van bewegingscompensatie. De werkwijze kan eveneens sneller worden bewerkstelligd dan bekende werkwijzen. De gelijktijdige verzameling van een kern of grondmonster alsmede belastings-gegevens en binnendringingsgegevens voorziet in een waardevol inzicht in de karakteristieken van een grondlaag en de paaldragende capaciteit daarvan.

Claims (25)

1· Apparaat voor het nemen van monsters van een grondlaag op de bodem van een boorgat in aanwezigheid van een boorkolom, omvattende een huis dat is ingericht om in een boorkolom te worden gepositioneerd voor het transporteren van het monsternemingsapparaat vanaf het oppervlak naar een plaats naburig aan de grondlaag, een opneemsamenstel dat in de boorkolom is gepositioneerd en is ingericht om het huis op te nemen, een monsternemings-buis die zich onder het huis uitstrekt voor het binnendringen van de grondlaag, een selectieve vergrendeLbare inrichting om het huis in het omneem-samenstel te vergrendelen en mechanisch druk- en trekkrachten tussen de boorkolom en de monsternemingsbuis over te dragen, die voldoende zijn om het de monsternemingsbuis mogelijk te maken de grondlaag binnen te dringen en een grondmonster bovenwaarts in de monsternemingsbuis te verplaatsen, een beLastingsdetector binnen het huis die is ingericht om een eerste sig-naaL op te wekken, dat overeenkomt met druk- en trekkrachten als een functie van de tijd op de monsternemingsbuis, een bewegingsdetector binnen het huis die is ingericht om een tweede signaal op te wekken, dat overeenkomt met de bovenwaartse verplaatsing als een functie van de tijd van een grondmonster binnen de monsternemingsbuis en een registratie-inrichting binnen het huis die is ingericht om de eerste en tweede signalen gelijktijdig te registreren.

2. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de monster-nemingsinrichting een rechte cirkelvormige cilinder is, die een monster van de grondlaag kan vasthouden, dat de monsternemingsinrichting gedurende zo een binnendringing binnentreedt.

3. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de belas-tingsdetector een beLastingscel omvat.

4. Apparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de belas-tingsdetector zich bevindt tussen de monsternemingsbuis en de boorkolom.

5. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bewegingsdetector een Lineaire verplaatsingstransducent is.

6. Apparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de Lineaire verplaatsingstransducent een zuiger binnen een rechte cirkelvormige cilinder omvat, die het grondmonster in de cilinder volgt gedurende binnendringing.

7· Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit is afge dicht, zodat de kracht- en bewegingssignalen op diepte kunnen worden genomen zonder omgevingsverontreiniging van het huis.

8. Werkwijze voor het nemen van monsters van een grondlaag onder gebruikmaking van een boorkolom, die de stappen omvat van het Losmaakbaar in ingrijping brengen van een monsternemingsbuis binnen de boorkolom, zodanig dat een Lengte van de buis zich door en onder de bodem van de boorkolom uitstrekt, het omlaag brengen van de boorkolom om een drukkracht op de buis uit te oefenen, die voldoende is om daardoor de grondlaag binnen te dringen en een grondmonster in de buis te verplaatsen, het detecteren van de drukkrachten die op de buis worden uitgeoefend als een functie van de tijd gedurende zo een binnendringing, het detecteren van de verplaatsing van de grondmonsters in de buis in de tijd gedurende zo een binnendringing, het beneden in de put gedurende zo een binnendringing registreren van de drukkrachten en verpLaatsing die aLdus zijn gedetecteerd en het terughalen door middel van de boorkolom van de bemonsteringsbuis samen met de beneden in de put geregistreerde registraties.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat deze de verdere stappen omvat van het omhoog halen van de boorkolom om de buis uit de grondLaag terug te trekken, het detecteren van de trekkrachten op de buis als een functie van de tijd gedurende zo een terugtrekking, het detecteren van de eventuele verplaatsing van het grondmonster binnen de buis in de tijd gedurende zo een terugtrekking en het beneden in de put gedurende zo een terugtrekking registreren van de aldus gedetecteerde trekkrachten en verplaatsing.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de druk- en trekkrachten worden gedetecteerd onder gebruikmaking van rekstrookjes.

11. Werkwijze volgens concLusie 9, met het kenmerk, dat de verplaatsing wordt gemeten onder gebruikmaking van een LVDT.

12. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de verplaatsing en druk- en trekkrachten gelijktijdig worden gedetecteerd.

13. Werkwijze volgens concLusie 9, met het kenmerk, dat deze verder het weergeven van de verplaatsings- en druk- en trekkrachtmetingen omvat.

14. Apparaat voor het nemen van monsters van een grondLaag op de bodem van een boorgat in aanwezigheid van een boorkolom die een centrale doortocht heeft, dat een huis omvat, dat is ingericht om aan de bodem van de boorkolom te worden bevestigd en omlaag te worden gebracht naar een plaats naburig aan de grondlaag, een monsternemingsbuis die zich onder het huis uitstrekt en de grondlaag kan binnendringen, een bevestigingsinrich-ting om het huis aan de bodem van de boorkolom te verbinden om het mogelijk te maken dat tussen de boorkolom en de monsternemingsbuis overgedragen druk- en trekkrachten voldoende zijn om de monsternemingsbuis te dwingen de grondlaag binnen te dringen en een grondmonster bovenwaarts in de monster-nemingsbuis te verplaatsen, een belastingsdetector binnen het huis die is ingericht om een eerste signaal op te wekken, dat overeenkomt met de druk-en trekkrachten op de monsterbuis als een functie van de tijd, een bewe- gingsdetector binnen het huis die is ingericht om een tweede signaal op te wekken, dat overeenkomt met de bovenwaartse verplaatsing van het grondmonster binnen de monsternemingsbuis als een functie van de tijd en een regis- tratie-inrichting binnen het huis die is ingericht om de eerste en tweede signalen gelijktijdig te registreren.

15. Apparaat volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de monster-nemingsinrichting een rechte cirkelvormige cilinder is, die een monster van de grondlaag dat de monsternemingsinrichting gedurende zo een binnendrin-ging binnentreedt, kan vasthouden.

16. Apparaat volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de belas-tingsdetector een belastingscel omvat.

17. Apparaat volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de belas-tingsdetector zowel druk- als trekkrachten kan meten.

18. Apparaat volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de bewe-gingsdetector een lineaire verplaatsingstransducent is.

19. Apparaat volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de lineaire verplaatsingstransducent een zuiger met een rechte cirkelvormige cilinder omvat, die het grondmonster in de cilinder volgt gedurende binnendringing.

20. Apparaat voor het nemen van monsters van een grondlaag op de bodem van een boorgat, dat een huis omvat, dat is ingericht om Langs een boorkolom te vallen of vanaf een kabel binnen de boorkolom te worden neergelaten, waarbij het huis is geconfigureerd om binnen de boorkolom neer te worden gepLaatst, een monsternemingsbuis die zich onder het huis uitstrekt en door de centrale doortocht van een kernbeitel of een schraapbeitel kan passeren en in een grondlaag kan binnendringen, een omkeerbaar vergrende-lingsonderdeel dat door het huis wordt gedragen en werkzaam is om het huis binnen de boorkolom te vergrendeLen op een manier om het mogeLijk te maken dat de axiale belasting op de boorkolom door middel van het huis op de mon-sternemingsbuis wordt overgedragen, een belastingsdetector binnen het huis die is ingericht om een eerste signaal op te wekken, dat overeenkomt met zo een axiale belasting als een functie van de tijd, een bewegingsdetector binnen het huis die is ingericht om een tweede signaaL op te wekken, dat overeenkomt met de bovenwaartse verplaatsing als een functie van de tijd van een grondmonster binnen de monsternemingsbuis en een registratie-inrichting binnen het huis die is ingericht om de eerste en tweede signalen gelijktijdig te registreren.

21. Apparaat volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de monster-nemingsbuis een rechte cirkelvormige cilinder is, die een monster van de grondlaag kan vasthouden, dat gedurende zo een binnendringing de monster-nemingsinrichting binnentreedt.

22. Apparaat volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de belas-tingsdetector een belastingscel omvat.

23. Apparaat volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de bewegingsdetector een lineaire verplaatsingstransducent is.

24. Apparaat volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat dit verder een batterij-eenheid binnen het huis omvat, die de detectoren en de regis-tratie-inrichtingen kan voeden.

25. Apparaat volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de bewegingsdetector is voorzien van een zuiger binnen de monsternemingsbuis die kan worden gepositioneerd in responsie op een monster binnen de monsternemingsbui s.