PL182280B1 - Nasadzane zamkniecie kolumny oraz sposób przygotowania i przeprowadzania badan kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu PL - Google Patents

Abstract

1. Nasadzane zamkniecie kolumny do przygotowania i przeprowadzania badan kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu, znamienne tym, ze to nasadzane zamkniecie kolumny sklada sie z dwóch czesci - kolpaka (7) oraz co najmniej jedne- go mocujacego pierscienia (5), a pomiedzy kolpakiem (7) i mocujacym pierscieniem (5) umieszczony jest pierscien uszczel- niajacy (4) o przekroju okraglym zapew- niajacy szczelne polaczenie z okladzina ko- lumny (2), przy czym kolpak (7) ma ko- more (9) rozdzielacza wlotu/wylotu z wlo- tem/wylotem (9a). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nasadzane zamknięcie kolumny oraz sposób przygotowania i przeprowadzenia badań kolumn przy zastosowaniu zamknięć nadających się do stosowania, zwłaszcza do uzyskiwania nieuszkodzonych próbek gruntu i skał w celu przygotowania i przeprowadzenia badań migracji w kolumnach obiegowych lub przepływowych, albo też do brania kolumn z zakłóconym wbudowanym materiałem próbki.

Planowanie i wybór odpowiednich środków uzdrawiania środowiska następuje dopiero po przeprowadzeniu licznych badań próbek gruntu i wody w laboratorium. Ważne informacje na ten temat są dostarczane przez dynamiczne badania migracji w układach kolumnowych, które służą do symulacji procesów transportu, wymiany i przetwarzania w podłożu ziemnym. Umożliwiają one analizę zależności przyczynowo-działaniowych, tak że różnorodne przedsięwzięcia, na przykład oczyszczanie wody gruntowej lub sanację starych obciążeń, można optymalnie realizować przy stosunkowo niewielkich kosztach doświadczeń.

Znane jest pobieranie próbek w badanym terenie w trakcie wierceń rdzeniowych. Ruchoma rura z tworzywa sztucznego (okładzina) w żerdzi wiertniczej jest przy tym przy wciskaniu tej żerdzi w grunt napełniania niezakłóconym rdzeniem ziemnym lub skalnym. Po wyciągnięciu żerdzi wiertniczej zabiera się tę wypełnioną próbką okładzinę i wykorzystuje się ją do badań migracji w kolumnach obiegowych lub przepływowych.

Tradycyjnie wypełnioną próbką okładzinę zamyka się z obu stron za pomocą kołpaków uszczelnionych woskiem lub taśmą klejącą. Następnie okładzinę ewentualnie konserwuje się i transportuje do opracowania w laboratorium lub przechowuje się tymczasowo w głębokim zamrożeniu. Próbkę gruntu następnie piłuje się w stanie głęboko zamrożonym na końcowy wymiar, obszary zwietrzałe usuwa się, a przycięte na wymiar kawałki wciska się w przygotowaną kolumnę. Kolumnę zamyka się i montuje się w kole prób. Opróżnioną okładzinę wyrzuca się.

W znanych sposobach próbki po ich przechowywaniu trzeba wciskać w kolumny, które trzeba do tego celu dodatkowo przygotować. Oprócz tego, że kolumny te są stosunkowo drogie, mają również szkodliwy wpływ na wyniki badań zwłaszcza przez obciążenie mechaniczne próbki przy wciskaniu oraz powtórne napowietrzenie.

W DE-U-94 120 12.9 opisano kształtowe połączenie śrubowe z pierścieniem zębatym do sprawdzania rur pod ciśnieniem, którego stożkowo wykonany pierścień zębaty jest przez dokręcanie pierścienia mocującego wcinany w badaną rurę. Zamknięcie kontrolne zawiera jako oddzielną część urządzenie uszczelniające.

Takie uszczelnienie jest realizowane przez stosunkowo skomplikowane urządzenie, co powoduje uszkodzenie materiału na zewnętrznej powierzchni rury.

U podstaw wynalazku leży zatem zadanie opracowania nasadzanego zamknięcia kolumny do przygotowania i przeprowadzenia badań kolumnowych na próbkach z odwiertów z ziemi, które nadaje się do łatwego i taniego wykonania, zapewnia obustronnie szczelne zamknięcie okładziny i nadaje się do montowania w warunkach terenowych oraz umożliwia powtórne wykorzystanie.

Zadaniem wynalazku jest również opracowanie sposobu przygotowania i przeprowadzania badań kolumnowych na próbkach z odwiertów przy zastosowaniu opisanych nasadzanych zamknięć kolumny, który umożliwia wyeliminowanie tradycyjnych kolumn i uniknięcie mechanicznych obciążeń oraz dodatkowych napowietrzeń.

Istotą wynalazku jest nasadzane zamknięcie kolumny do przygotowania i przeprowadzenia badań kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu, znamienne tym, że to nasadzane zamknięcie kolumny składa się z dwóch części - kołpaka oraz co najmniej jednego mocującego pierścienia, a pomiędzy kołpakiem i mocującym pierścieniem umieszczony jest pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym zapewniający szczelne połączenie z okładziną kolumny, przy czym kołpak ma komorę rozdzielacza wlotu/wylotu z wlotem/wylotem.

Nasadzane zamknięcie kolumny według wynalazku charakteryzuje się tym, że kołpak i pierścień mocujący są ze sobą połączone przez śruby mocujące.

Korzystnie śruby mocujące w wykonaniu przedłużonym równocześnie stanowią stopę struktury kolumny.

182 280

Nasadzane zamknięcie kolumny charakteryzuje się tym, że komora rozdzielacza wlotu/wylotu jest wykonana stożkowo.

Ponadto pomiędzy okładziną z rdzeniem odwiertu a komorą rozdzielacza wlotu/wylotu umieszczona jest przynajmniej jedna porowata płytka. Korzystnie pod porowatą płytką i/lub pomiędzy płytką a rdzeniem odwiertu dodatkowo umieszczona jest gaza.

Wlot/wylot w kierunku rdzenia odwiertu i/lub prostopadle do rdzenia odwiertu jest wykonany z kołpaka i wyposażony w przyłącza węża, przy czym są one samoczynnie zamykającymi się szybkimi złączami.

Nasadzane zamknięcie kolumny według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiędzy porowatą płytką a komorą rozdzielacza wlotu/wylotu umieszczony jest pierścień uszczelniający.

Nasadzane zamknięcie kolumny nadaje się do powtórnego wykorzystania.

Sposób przygotowania i przeprowadzenia badań kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu, przy czym korzystnie okładzina w postaci rury z tworzywa sztucznego jest napełniana w żerdzi wiertniczej próbką odwiertu, a następnie zabierana, a próbka odwiertu jest poddawana badaniom, charakteryzuje się tym, że okładzinę bezpośrednio po zabraniu w terenie ostatecznie obustronnie zamyka się przez specjalnie wykonane dwuczęściowe nasadzane zamknięcie kolumny, nadające się do powtórnego wykorzystania, przy czym okładzina z oboma nasadzanymi zamknięciami kolumny sama stanowi kolumnę i wbudowuje się ją w koło badań, przy czym okładzinę z próbką po zakończeniu badania kolumny powtórnie wykorzystuje się zgodnie z przeznaczeniem, a kołpaki końcowe czyści się i powtórnie się wykorzystuje.

Korzystnie okładzinę z kołpakami końcowymi transportuje się i/lub przechowuje się w temperaturze zgodnej ze swą temperaturą zabierania, a ponadto okładzinę przed ostatecznym zamknięciem oboma nasadzanymi zamknięciami kolumny można skrócić do końcowego wymiaru kolumny.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na tym, że nasadzane zamknięcie kolumny jest uniwersalne w zastosowaniu. Rozwiązanie według wynalazku zamontowane na okładzinie zastępuje tradycyjne kolumny, przy czym kołpak końcowy okładziny posiada dwie części - kołpak oraz co najmniej jeden pierścień mocujący, przy czym pomiędzy kołpakiem a pierścieniem mocującym umieszczony jest pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym zapewniający szczelne połączenie z okładziną Uszczelnienie następuje na obwodzie okładziny, okładzina nie musi być płasko ściętą aby była szczelna z nasadzanym zamknięciem kolumny. W celu przeprowadzenia badania zbliżenie do rzeczywistości jest zapewnione przez zasadniczo beztlenowe warunki badanią ekranowanie mediów próbki przed światłem i przez możliwość stabilizowania temperatury próbek gruntu oraz cieczy w zbiorniku.

Przez specjalne stożkowe ukształtowanie komory rozdzielacza wlotu/wylotu w kołpaku we współdziałaniu z pierścieniem uszczelniającym pod płytką filtrującą zapobiega się opływaniu krawędzi i wymuszony zostaje równoległy przepływ przez wypełnioną próbką okładzinę.

Kolejną zaletą wynalazku jest to, że możliwe jest umieszczenie wielu płytek filtrujących w konstrukcji sandwiczowej, a otwory na powierzchni czołowej i na obwodzie umożliwiają zmienne ukształtowanie dopływu i odpływ, napowietrzania i odpowietrzanią dodawania środka wskaźnikowego i pomiary. Otwory te nadają się do obsadzenia samoczynnie zamykającymi się szybko działającymi złączami, aby uniknąć strat cieczy lub dopływu powietrza. Korzystna jest również możliwość powtórnego wykorzystania zamknięcia.

Ponadto możliwa jest różna struktura badań, przy czym można realizować hydrauliczne stacjonarne i niestacjonarne reżimy przepływu oraz symulować warunki nasycone oraz nienasycone. Przez różne umieszczenie kolumn i elementów kolumn tworzony jest uniwersalny system modułowy, przy czym poszczególne części można wykorzystywać wielowalencyjnie do realizowania innych układów badawczych.

Oprócz możliwości zmieniania struktury badań istnieją również korzystne możliwości pomiarów, przykładowo pomiar ciśnienia kapilarnego w próbce gruntu w celu kontrolowania ustalającego się reżimu przepływu jako podstawy sterowania układem badawczym, pomiar

182 280 przewodności roztworu po każdym elemencie kolumny i przez dołączenie przepływowej komory pomiarowej pomiar wartości współczynnika pH, współczynnika redoksy, zawartości tlenu i temperatury po każdym elemencie kolumny. Ponadto ewentualnie możliwe jest włączenie dalszych czujników, np. sensoryki TDR lub sensoryki jonoselektywnej.

Dodatkowa zaleta wynalazku wynika z tego, że śruby mocujące w przedłużonym wykonaniu tworzą równocześnie stopę struktury kolumnowej.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie nasadzane zamknięcie kolumny w przekroju i w widoku z góry, fig. 2 pokazuje stylizowane przedstawienie badania kolumny z zastosowaniem nasadzanego zamknięcia kolumny.

Jak pokazano na fig. 1, w okładzinie 2 usytuowany jest kamienny rdzeń 1. Dwa nasadzane zamknięcia kolumny złożone z kołpaka 7 i mocującego pierścienia 5, zostały już na miejscu nasunięte obustronnie na okładzinę 2 bezpośrednio po zabraniu wypełnionej próbką okładziny 2 i dokręceniu śrub mocujących 6. Na skutek tego pierścień uszczelniający 4 o przekroju okrągłym został dociśnięty do okładziny 2 i zrealizowane zostało pewne mocowanie oraz trwałe w czasie uszczelnienie.

Pomiędzy okładziną 2 a komorą 9 rozdzielacza dopływu/odpływu w kołpaku 7 umieszczona jest w przedstawionym przykładzie wykonania porowata płyta 3. Komora 9 rozdzielacza dopływu/odpływu jest wykonana stożkowo i ma w swym najniższym punkcie dopływ lub odpływ 9a. Pomiędzy porowatą płytą 3 a komorą 9 rozdzielacza dopływu/odpływu umieszczony jest pierścień uszczelniający 4a, który uniemożliwia odpływy brzegowe. Oczywiście możliwe jest również umieszczenie wielu porowatych płyt w strukturze warstwowej lub dodatkowo gazy, przykładowo z określonym punktem wlotu powietrza, tak że uniemożliwiony jest dopływ powietrza do rozdzielacza odpływowego przy badaniu nie zaimpregnowanych kolumn gruntu.

W przedstawionym przykładzie wykonania wlot/wylot 9a jest w kierunku rdzenia 1 odwiertu i prostopadle do rdzenia 1 odwiertu wyprowadzony z kołpaka 7 i wyposażony w przyłącza 8 węża. Przyłącza 8 węża są oczywiście szybko działającymi złączami. Śruby mocujące 6 tworzą równocześnie w przedłużonym wykonaniu stopę konstrukcji kolumny.

Figura 2 przedstawia tego rodzaju konstrukcję do badania kolumny, przy której kolumna jest utworzona przez dwa umieszczone na okładzinie 2 nasadzane zamknięcia, a przedłużone śruby mocujące 6 równocześnie tworzą stopę kolumny.

Poniżej przebieg sposobu został opisany na podstawie przykładu badania kolumny przepływowej.

Przy badaniu kolumny przepływowej w warunkach przepływu z nasyceniem wodą przez wypełnioną skałą kolumnę 2 przepływa woda laminamie ze zbiornika 12. Przez skierowanie przepływu objętościowego przeciwko sile ciężkości wspomagane jest odgazowanie systemu płyn - ciało stałe i hamowane jest możliwe wyprowadzanie cząstek.

Ciśnienie wody konieczne do uniesienia wody aż do zbiornika potencjału 10 może być wytwarzane przez pompę perystaltyczną 13. Zbiornik potencjału 10 oprócz ustalania określonego spadku ciśnienia służy również do odsprzęgania ciśnienia wody działającego na kolumnę 2 od systemu pobierania próbki i odprowadzania pęcherzyków powietrza. Do pobierania próbki można przykładowo zastosować zbiornik frakcji 11, który umożliwia automatyczne napełnianie butelek pobierania próbek wypływającymi objętościami wody podczas programowalnych odcinków czasu. Poszczególne frakcje wody są teraz badane odnośnie stężeń interesujących składników. Ewentualnie przez boczne przyłącze 8 węża można dodawać dalszy płyn, który zawiera substancję wskaźnikową lub materiał, którego właściwości migracji mają być badane.

Poniżej ponownie zestawiono korzystne właściwości nasadzanego zamknięcia kolumny.

1. Uszczelnienie następuje na obwodzie okładziny. Nie trzeba ciąć płasko okładziny, aby zapewnić uszczelnienie.

2. Pierścień uszczelniający o przekroju okrągłym pod płytką filtru uniemożliwia upływ brzegowy.

3. Możliwe jest zastosowanie wielu płytek filtrujących w konstrukcji warstwowej.

182 280

4. Zamknięcie zawiera rozdzielacz dopływu i odpływu (stożkowa spodnia płytka filtracyjna) do równoległego opływu kolumny.

5. Otwory na powierzchni czołowej i obwodzie umożliwiają zmienne ukształtowanie dopływu i odpływu, odpowietrzanie i wprowadzanie środka wskaźnikowego.

6. Otwory mogą być wyposażone w szybko działające złącza (samoczynnie zamykające).

7. Zamknięcie nadaj e się do wielokrotnego użytku.

8. Tradycyjna struktura kolumny o konstrukcji kołnierzowej jest zastąpiona elastycznie zestawianym systemem modułowym do badania kolumn dla najróżniejszych zadań.

Wynalazek nie jest ograniczony do opisanych tu przykładów wykonania. Przez odpowiednią kombinację podanych środków i właściwości możliwe jest realizowanie dalszych odmian wykonania bez wychodzenia poza ramy wynalazku.

182 280

Fig. 2

182 280

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Nasadzane zamknięcie kolumny do przygotowania i przeprowadzania badań kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu, znamienne tym, że to nasadzane zamknięcie kolumny składa się z dwóch części - kołpaka (7) oraz co najmniej jednego mocującego pierścienia (5), a pomiędzy kołpakiem (7) i mocującym pierścieniem (5) umieszczony jest pierścień uszczelniający (4) o przekroju okrągłym zapewniający szczelne połączenie z okładziną kolumny (2), przy czym kołpak (7) ma komorę (9) rozdzielacza wlotu/wylotu z wlotem/wylotem (9a).
2. 2. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 1, znamienne tym, że kołpak (7) i pierścień mocujący (5) są ze sobą połączone przez śruby mocujące (6).
3. 3. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 2, znamienne tym, że śruby mocujące (6) w wykonaniu przedłużonym równocześnie stanowią stopę struktury kolumny.
4. 4. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 1, znamienne tym, że komora (9) rozdzielacza wlotu/wylotu jest wykonana stożkowo.
5. 5. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy okładziną (2) z rdzeniem (1) odwiertu a komorą (9) rozdzielacza wlotu/wylotu umieszczona jest przynajmniej jedna porowata płytka (3).
6. 6. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 5, znamienne tym, że pod porowatą płytką (3) i/lub pomiędzy płytką (3) a rdzeniem (1) odwiertu dodatkowo umieszczona jest gaza.
7. 7. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 1, znamienne tym, że wlot/wylot (9a) w kierunku rdzenia (1) odwiertu i/lub prostopadle do rdzenia (1) odwiertu jest wykonany z kołpaka (7) i wyposażony w przyłącza (8) węża.
8. 8. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 7, znamienne tym, że przyłącza (8) węża są samoczynnie zamykającymi się szybkimi złączami.
9. 9. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że pomiędzy porowatą płytką (3) a komorą rozdzielacza (9) wlotu/wylotu umieszczony jest pierścień uszczelniający (4a).
10. 10. Nasadzane zamknięcie kolumny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienne tym, że to nasadzane zamknięcie kolumny nadaj e się do powtórnego wykorzystania.
11. 11. Sposób przygotowania i przeprowadzenia badań kolumnowych na próbkach odwiertu z gruntu, przy czym korzystnie okładzina w postaci rury z tworzywa sztucznego jest napełniana w żerdzi wiertniczej próbką odwiertu, a następnie zabierana, a próbka odwiertu jest poddawana badaniom, znamienny tym, że okładzinę bezpośrednio po zabraniu w terenie ostatecznie obustronnie zamyka się przez specjalnie wykonane dwuczęściowe nasadzane zamknięcie kolumny, nadające się do powtórnego wykorzystania, przy czym okładzina z oboma nasadzanymi zamknięciami kolumny sama stanowi kolumnę i wbudowuje się ją w koło badań, przy czym okładzinę z próbką po zakończeniu badania kolumny powtórnie wykorzystuje się zgodnie z przeznaczeniem, a kołpaki końcowe czyści się i powtórnie się wykorzystuje.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że okładzinę z kołpakami końcowymi transportuje się i/lub przechowuje się w temperaturze zgodnej ze swą temperaturą zabierania.
13. 13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że okładzinę przed ostatecznym zamknięciem oboma nasadzanymi zamknięciami kolumny można skrócić do końcowego wymiaru kolumny.

    182 280