RU209357U1

RU209357U1 - CORE PIECE

Info

Publication number: RU209357U1
Application number: RU2021130327U
Authority: RU
Inventors: Камран Гасалиевич Надиралиев; Борис Александрович Коротаев; Ольга Викторовна Герасимова
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2022-03-15

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для получения и извлечения ненарушенного керна способом динамического вдавливания в породу керноприемной трубы и может быть использована в процессе инженерно-геологических изысканий грунта донных отложений (илов и т.п.), например, арктического шельфа. Керноотборный снаряд содержит корпус с камерой для жидкости, установленную внутри корпуса керноприемную трубу для отбора керна вдавливанием в породу и снабженную съемным башмаком на конце, соединенный с керноприемной трубой шток с поршнем. В камере для жидкости установлены два телескопических электрода, закрепленные к поршню и к верхней части снаряда с установленными в ней клеммами для подвода электрического тока к электродам. Корпус с камерой имеют внутреннее диэлектрическое покрытие. Камера снабжена в верхней части клапаном для залива электролита и клапаном для удаления воздуха, внизу клапаном для слива и заполнена электролитом. При подведении электрического тока к электродам электролит нагревается, при этом термически расширяется, давление в камере растет, в результате чего поршень со штоком приходит в движение и соединенная со штоком керноприемная труба. 2 ил.The utility model relates to devices for obtaining and extracting an undisturbed core by dynamically pressing a core pipe into the rock and can be used in the process of engineering and geological surveys of bottom sediments (silt, etc.), for example, the Arctic shelf. SUBSTANCE: core sampling tool contains a body with a chamber for liquid, a core receiving pipe installed inside the body for core sampling by indentation into the rock and equipped with a removable shoe at the end, a rod with a piston connected to the core receiving pipe. Two telescopic electrodes are installed in the liquid chamber, fixed to the piston and to the upper part of the projectile with terminals installed in it for supplying electric current to the electrodes. The housing with the camera has an internal dielectric coating. The chamber is equipped in the upper part with a valve for filling the electrolyte and a valve for removing air, at the bottom with a valve for draining and filled with electrolyte. When an electric current is applied to the electrodes, the electrolyte heats up, while thermally expanding, the pressure in the chamber increases, as a result of which the piston with the rod comes into motion and the core receiving pipe connected to the rod. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для получения и извлечения ненарушенного керна способом динамического вдавливания в породу керноприемной трубы и может быть использована в процессе инженерно-геологических изысканий грунта донных отложений (илов и т.п.), например Арктического шельфа.The utility model relates to devices for obtaining and extracting an undisturbed core by dynamically pressing a core pipe into the rock and can be used in the process of engineering and geological surveys of bottom sediments (silt, etc.), for example, the Arctic shelf.

Известен снаряд для бурения (А.С. СССР №223719, опубл. 06.08.1969) с отбором керна, содержащий корпус, керноприемную трубу, кольцевую коронку, керноразрушающий сердечник, подпружиненный поршень с штоком и механизм перемещения поршня с штоком, при этом механизм перемещения поршня с штоком выполнен в виде надувного эластичного баллона. Изобретение направлено на упрощение механизма перемещения поршня с штоком.A well-known projectile for drilling (AS USSR No. 223719, publ. 08/06/1969) with core sampling, containing a body, a core pipe, an annular bit, a core-breaking core, a spring-loaded piston with a rod and a mechanism for moving the piston with a rod, while the mechanism for moving The piston with the rod is made in the form of an inflatable elastic balloon. The invention is aimed at simplifying the mechanism for moving a piston with a rod.

Известно устройство для ориентированного отбора керна (А.С. СССР №702154, опубл. 05.12.1979), содержащее корпус с каналом для нагнетания жидкости, размещенную внутри корпуса не вращающуюся керноприемную трубу на подшипнике, закрепленный на конце керноприемной трубы башмак с кернорвателем внутри. Устройство содержит также механизм определения ориентации керноприемной трубы в момент отрыва керна. Устройство направлено на повышение надежности работы устройства за счет предотвращения случайного его срабатывания в результате зашламования нагнетательного канала.A device for oriented core sampling is known (A.S. USSR No. 702154, publ. 05.12.1979), containing a housing with a channel for injecting liquid, a non-rotating core pipe on a bearing located inside the body, a shoe with a core catcher inside fixed at the end of the core pipe. The device also contains a mechanism for determining the orientation of the core pipe at the moment of core removal. The device is aimed at improving the reliability of the device by preventing its accidental operation as a result of sludge in the discharge channel.

Известно устройство керноотборное типа «Структура» УКС-178/60-80, предназначенное для бурения морских исследовательских и инженерно-геологических скважин диаметром 212, 7 мм с отбором керна из нелитифицированных донных отложений (илов и т.п.) диаметром 57 мм способом динамического гидровдавливания в породу пробоотборной трубы (Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю. Буровое оборудование: Справочник: В 2-х т. Т. 2 Буровой инструмент. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 2003, с. 75-78.).Known device core-type "Structure" UKS-178/60-80, designed for drilling offshore research and engineering-geological wells with a diameter of 212, 7 mm with core sampling from unlithified bottom sediments (silt, etc.) with a diameter of 57 mm by dynamic hydraulic indentation into the rock of the sampling pipe (Abubakirov V.F., Burimov Yu.G., Gnoevykh A.N., Mezhlumov A.O., Bliznyukov V.Yu. tool. - M .: OAO Publishing House Nedra, 2003, pp. 75-78.).

В известных устройствах для отбора керна гидровдавливанием для приведения в действие керноотборного снаряда необходим дорогостоящий кабель - шланг длиной почти 1,5 км для подачи насосом жидкости к снаряду. При этом насос должен обеспечить необходимое давление в канале снаряда для движения поршня с штоком.In known devices for coring by hydraulic indentation, an expensive cable - a hose with a length of almost 1.5 km is required to actuate the coring projectile for pumping liquid to the projectile. In this case, the pump must provide the necessary pressure in the projectile channel for the movement of the piston with the rod.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в снижении эксплуатационных затрат при отборе керна динамическим вдавливанием в породу керноприемной трубы за счет исключения использования кабеля - шланга с насосом.The technical result, which the claimed utility model is aimed at, is to reduce operating costs during core sampling by dynamic indentation into the rock of the core pipe by eliminating the use of a cable-hose with a pump.

Для достижения технического результата в керноотборном снаряде, содержащем корпус с камерой для жидкости, установленную внутри корпуса керноприемную трубу для отбора керна динамическим вдавливанием в породу, соединенный с керноприемной трубой шток с поршнем, закрепленный на конце керноприемной трубы съемный башмак, корпус с камерой для жидкости имеют внутреннее диэлектрическое покрытие, в камере для жидкости установлены телескопических электрода, закрепленных к поршню и к верхней части снаряда с установленными в последней клеммами для подвода электрического тока к электродам, камера снабжена в верхней части клапаном для залива жидкости и клапаном для удаления воздуха при заливе, внизу клапаном для слива, в качестве жидкости используют электролит, нагревающийся при подведении электрического тока к электродам, при этом термически расширяющийся, в результате растет давление в камере, которое приводит в движение поршень с штоком.To achieve a technical result in a core sampling projectile containing a body with a chamber for liquid, a core receiving pipe installed inside the body for taking cores by dynamic indentation into the rock, a rod with a piston connected to the core receiving pipe, a removable shoe fixed at the end of the core receiving pipe, the body with a liquid chamber have internal dielectric coating, telescopic electrodes are installed in the liquid chamber, fixed to the piston and to the upper part of the projectile with terminals installed in the latter for supplying electric current to the electrodes, the chamber is equipped in the upper part with a valve for filling liquid and a valve for removing air when filling, at the bottom valve for draining, an electrolyte is used as a liquid, which heats up when an electric current is applied to the electrodes, while thermally expanding, as a result, the pressure in the chamber increases, which drives the piston with the rod.

Керноотборный снаряд иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.The coring tool is illustrated in the drawings shown in FIG. 12.

На фиг. 1 представлен продольный разрез керноотборного снаряда, на фиг. 2 - график изменения тока во времени при его пропускании через электролиты: 1 - смесь аммиака и воды в соотношении 50%:50% по объему, 2 - раствор нитрата калия KNO₃ в гептане с концентрацией 50%, 3 - смесь глицерина (85%) и морской воды (15%).In FIG. 1 shows a longitudinal section of the coring projectile, in Fig. 2 - a graph of the change in current over time when it is passed through electrolytes: 1 - a mixture of ammonia and water in a ratio of 50%:50% by volume, 2 - a solution of potassium nitrate KNO ₃ in heptane with a concentration of 50%, 3 - a mixture of glycerol (85% ) and sea water (15%).

Предлагаемый керноотборный снаряд предназначен для отбора мягких пород в интервалах, не содержащих крупных валунов и обломков твердых пород, в частности для инженерно-геологических изысканий грунтов донных отложений Арктического шельфа.The proposed coring projectile is intended for the selection of soft rocks in intervals that do not contain large boulders and fragments of hard rocks, in particular for engineering and geological surveys of bottom sediments of the Arctic shelf.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1 с камерой 2 для жидкости, при этом корпус 1 и камера 2 для жидкости имеют внутреннее диэлектрическое покрытие. Внутри корпуса 1 установлена кернопроиемная труба 3 для отбора керна динамическим вдавливанием в породу, труба 3 снабжена на конце съемным башмаком 4. С керноприемной трубой 3 соединен шток 5 с поршнем 6 (фиг. 1). В камере 2 установлены два телескопических электрода 7 (фиг. 1). Электроды 7 закреплены к верхней части 8 снаряда (так называемая голова снаряда) и к поршню 6 с штоком 5. В верхней части 8 снаряда установлены клеммы (не показаны на фиг. 1) для подвода электрического тока к электродам 7 с помощью кабельной головки (на фиг. 1 не показана) по армированному кабелю от судовой сети 220 Вт. Камера 2 с электродами 7 заполнена электролитом, который при подведении электрического тока к электродам 7 нагревается, термически расширяется, испаряется, в результате в камере 2 растет давление, что и приводит в движение поршень 6 со штоком 5. Верхняя часть камеры 2 снабжена клапаном 9 для залива электролита и клапаном 10 для удаления воздуха из камеры 2 при заливе электролита. В нижней части камера 2 снабжена клапаном 11 для слива избытка пара и электролита после подъема снаряда. Позицией 12 обозначена верхняя часть керноприемной трубы 3 (фиг. 1). Позицией 13 обозначены уплотнительные кольца для обеспечения герметичности. Позицией 14 обозначен вход для установки штока 6 с керноприемной трубой 3 в корпус 1 снаряда.The coring tool comprises a body 1 with a liquid chamber 2, while the body 1 and the liquid chamber 2 have an internal dielectric coating. Inside the body 1, a core pipe 3 is installed for sampling by dynamic indentation into the rock, the pipe 3 is equipped with a removable shoe 4 at the end. A rod 5 with a piston 6 is connected to the core pipe 3 (Fig. 1). Two telescopic electrodes 7 are installed in chamber 2 (Fig. 1). The electrodes 7 are fixed to the upper part 8 of the projectile (the so-called projectile head) and to the piston 6 with the rod 5. Terminals (not shown in Fig. 1) are installed in the upper part 8 of the projectile for supplying electric current to the electrodes 7 using a cable head (on Fig. 1 not shown) via armored cable from the ship's network 220 watts. Chamber 2 with electrodes 7 is filled with electrolyte, which, when an electric current is applied to electrodes 7, heats up, thermally expands, evaporates, as a result, pressure increases in chamber 2, which drives piston 6 with rod 5. The upper part of chamber 2 is equipped with a valve 9 for electrolyte inlet and valve 10 to remove air from chamber 2 during electrolyte inlet. In the lower part of the chamber 2 is equipped with a valve 11 for draining excess steam and electrolyte after the projectile rises. Position 12 denotes the upper part of the core pipe 3 (Fig. 1). Position 13 indicates sealing rings to ensure tightness. Position 14 indicates the input for installing the rod 6 with the core tube 3 in the body 1 of the projectile.

Работа керноотборного снаряда осуществляется следующим образом.The work of the coring projectile is carried out as follows.

Сначала подготавливают керноотборный снаряд к спуску в бурильную колонну. Для этого через вход 14 по резьбовому соединению 12 соединяют шток 5 с поршнем 6, а керноприемную трубу 3 с штоком 5. Устанавливают съемный сменный башмак 4, подсоединяют к клеммам кабельную головку с армированным кабелем, идущим с судна. Затем через клапан 9 производят залив электролита в камеру 2, при этом клапан 10 открыт для удаления воздуха из камеры 2, а клапан 11 для слива закрыт. После того как камера 2 наполнена электролитом, клапаны 9 и 10 закрывают. Таким образом, керноотборный снаряд приведен в рабочее положение. После подготовки снаряда к работе его спускают на кабеле внутрь бурильной колонны для отбора керна, при этом отбор керна осуществляют в грунт на глубину 1 метр. После достижения снарядом грунта к электродам 7 подводят электрический ток, электролит нагревается, кипит, расширяется, испаряется, в результате чего в камере 2 повышается давление, что приводит в движение поршень 6 с штоком 5, которые в свою очередь приводят в движение керноприемную трубу 3. При этом керноприемная труба 3 вдавливается в донный грунт и наполняется керном. По окончании отбора керна снаряд на кабеле поднимают на поверхность, отделяют керноприемную трубу 3 от штока 5, извлекают столбик керна и готовят снаряд к следующему спуску. Для этого открывают клапан 11 для слива остатков электролита и удаления паров в заранее подготовленную емкость. Затем снова наполняют камеру 2 электролитом, устанавливают шток 5 в рабочее положение. В случае повреждения съемного сменного башмака 4 (при попадании на слишком твердый для отбора грунт или валун) его заменяют на новый башмак.First, the core is prepared for running into the drill string. To do this, through the inlet 14 through the threaded connection 12, the rod 5 is connected to the piston 6, and the core pipe 3 to the rod 5. A removable removable shoe 4 is installed, a cable head with an armored cable coming from the vessel is connected to the terminals. Then, electrolyte is poured into chamber 2 through valve 9, while valve 10 is open to remove air from chamber 2, and drain valve 11 is closed. After chamber 2 is filled with electrolyte, valves 9 and 10 are closed. Thus, the coring projectile is brought into working position. After preparing the projectile for work, it is lowered on a cable into the drill string for core sampling, while core sampling is carried out in the ground to a depth of 1 meter. After the projectile reaches the ground, an electric current is supplied to the electrodes 7, the electrolyte heats up, boils, expands, evaporates, as a result of which the pressure in the chamber 2 rises, which drives the piston 6 with the rod 5, which in turn drive the core pipe 3. In this case, the core pipe 3 is pressed into the bottom soil and filled with core. Upon completion of the core sampling, the projectile on the cable is raised to the surface, the core pipe 3 is separated from the rod 5, the core column is removed and the projectile is prepared for the next descent. To do this, open the valve 11 to drain the remaining electrolyte and remove vapors into a previously prepared container. Then again fill the chamber 2 with electrolyte, set the rod 5 to the working position. In case of damage to the removable removable shoe 4 (when it hits the ground or boulder that is too hard for selection), it is replaced with a new shoe.

В лабораторных условиях были проведены исследования по практическому выбору электролита для приведения в движение поршня с штоком, результаты отражены на графике (фиг. 2). Наилучшие результаты были получены с использованием смеси аммиака с водой в соотношении 50%:50% по объему (кривая 1), затем - смесь глицерина 85% и морской воды 15% (кривая 2), потом - раствор нитрата калия в гептане с концентрацией 50% (кривая 3), что следует из графика (фиг. 2), который свидетельствует о быстродействии (эффективности) разных электролитов при одних и тех же условиях, т.е. показывает минимальное время закипания.In laboratory conditions, studies were carried out on the practical choice of electrolyte to drive the piston with the rod, the results are shown in the graph (Fig. 2). The best results were obtained using a mixture of ammonia with water in a ratio of 50%:50% by volume (curve 1), then a mixture of glycerol 85% and sea water 15% (curve 2), then a solution of potassium nitrate in heptane with a concentration of 50 % (curve 3), which follows from the graph (Fig. 2), which indicates the speed (efficiency) of different electrolytes under the same conditions, i.e. shows the minimum boil time.

Эффективность снаряда достигается за счет того, что не требуется использование дорогостоящего кабеля - шланга длиной 1.5 км, по которому подают жидкость насосом с судна к снаряду. Как и не требуется и сам насос, который обеспечивает необходимое давление в камере для движения поршня. Это существенно позволит снизить стоимость эксплуатационных работ при отборе керна.The effectiveness of the projectile is achieved due to the fact that it does not require the use of an expensive cable - a hose 1.5 km long, through which liquid is pumped from the vessel to the projectile. As well as the pump itself is not required, which provides the necessary pressure in the chamber for the movement of the piston. This will significantly reduce the cost of operational work during core sampling.

Claims

SUBSTANCE: coring projectile contains a body with a chamber for liquid, a core receiving pipe installed inside the body for taking cores by dynamic indentation into the rock, a rod with a piston connected to the core receiving pipe, a removable shoe fixed at the end of the core receiving pipe, characterized in that the body with the liquid chamber has an internal dielectric coating, two telescopic electrodes are installed in the chamber, fixed to the piston and to the upper part of the projectile with terminals installed in the latter for supplying electric current to the electrodes, the chamber is equipped in the upper part with a valve for filling liquid and a valve for removing air during filling, at the bottom with a valve for drain, an electrolyte is used as a liquid, which heats up when an electric current is applied to the electrodes, while thermally expanding, as a result, the pressure in the chamber increases, which drives the piston with the rod.