RU34639U1 - Безопорный многоударный вакуумно-пневматический пробоотборник донных отложений - Google Patents

Description

2003108920

III

-A:v9f

БЕЗОПОРНЫЙ МНОГОУДАРНЫЙ ВАКУУМНО-ННЕВМАТИЧЕСКИЙ НРОБООТБОРНИК ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для производства морских геологоразведочных работ преимущественно в зонах континентального шельфа со сложным рельефом дна (крутые уклоны, впадины, наносы и пр.).

Известны многоударные пневматические пробоотборники донных отложений, содержащие колонковую трубу с установленным на ее верхнем конце пневмоударником. Для вертикальной стабилизации пробоотборника на дне используют направляющие опоры и опорные лапы (см. Шелковников И.Г., Лукошков А.В. Технические средства подводного разведочного бурения и опробования. - Л., изд-во Ленингр. Ун-та, 1979, стр. 130).

Наиболее близким из известных является многоударный вакуумнопневматический пробоотборник донных отложений (принятый за прототип), содержащий колонковую трубу и устройство вакуумирования керноприемной полости, включающее установленный на верхнем конце колонковой трубы цилиндр с размещенным в нем порщнем, снабженным обратным клапаном, пропускающим воду

МПК: E21B49/02 GOlNl/08 из керноприемной полости в надпоршневую полость цилиндра. Для внедрения

пробоотборника используется ударный механизм в виде закрепленной на верхнем конце цилиндра пневмокамеры с установленным в ней поршнем для периодического вьшуска сжатого воздуха из выхлопного отверстия пневмокамеры в направленное вверх реактивное сопло (заявка № 2002131816/20(034005)с решением о выдаче свидетельства на полезную модель «Многоударный вакуумно-пневматический пробоотборник донных отложений).

Недостатком известных пробоотборников является ненадежность их работы на участках морского дна со сложным рельефом: крутые уклоны, впадины, наносы осадков из-за штормов, течений, вьшоса рек. В этих условиях опорные элементы не гарантируют от опрокидывания пробоотборника. Кроме того, громоздкие опорные конструкции затрудняют использование пробоотборников на небольших геологоразведочных судах, у которых практически нет свободного палубного пространства для укладки пробоотборников при выполнении спуско-подъемных и разгрузочных операций. Поэтому приходится прибегать к сложной, трудоемкой и опасной технологии работ, когда опору подвешивают за бортом, а пробоотборник вьшимают из опоры и переносят через борт в надпалубное положение для последуюш;ей разгрузки. Для пробоотборников, снабженных опорами, затруднено также использование прогрессивной технологии работ с применением кантователя (авт. св. СССР № 756001, опубл. 17.08.80), позволяющего производить все манипуляции с пробоотборником за бортом, не вьпсладывая его на палубу судна.

Предлагаемая полезная модель позволяет отказаться от использования опорных устройств и за счет этого повысить надежность работы пробоотборника на участках морского дна со сложным рельефом, увеличить производительность и безопасность работ на маломерных судах.

Технический результат достигается тем, что в многоударном вакуумнопневматическом пробоотборнике донных отложений, содержащем колонковую трубу, устройство вакуумирования керноприемной полости, включающее установленный на верхнем конце колонковой трубы цилиндр с размещенным в нем поршнем, снабженным обратным клапаном, пропускающим воду из керноприемной полости в надпоршневую полость цилиндра, ударный механизм в виде закрепленной на верхнем конце цилиндра пневмокамеры с установленным в ней поршнем для периодического вьшуска сжатого воздуха из выхлопного отверстия пневмокамеры в направленное вверх реактивное сопло, концентрично пневмокамере подвижно установлен подпружиненный поплавок, взаимодействующий с цилиндром или поршнем устройства вакуумирования.

2. причем плавучесть поплавка больше суммарной отрицательной плавучести

устройства вакуумирования и ударного механизма, но меньше отрицательной плавучести всего пробоотборника.

На чертеже схематично показаны два возможных исполнения предложенного пробоотборника: фиг. 1-е поплавком, взаимодействующим с поршнем устройства вакуумирования; фиг. 2-е поплавком, взаимодействуюш;им с цилиндром устройства вакуумирования.

Пробоотборник содержит колонковую трубу 1 и устройство вакуумирования керноприемной полости 2, включающее установленный на верхнем конце колонковой трубы цилиндр 3 с размещенным в нем поршнем 4, снабженньм обратным клапаном 5, пропускаюшим воду из керноприемной полости 2 в надпоршневую полость 6 цилиндра. В стенке последнего сделаны отверстия 7 для выхода воды в гидросферу.

Ударный механизм пробоотборника вьшолнен в виде пневмокамеры 8, закрепленной на верхнем конце цилиндра 3. В пневмокамере установлен поршень 9 для периодического выпуска сжатого воздуха из выхлопного отверстия 10 пневмокамеры в направленное вверх реактивное сопло 11.

Концентрично пневмокамере 8 подвижно установлен подпружиненный пружиной 12 поплавок 13, взаимодействующий с цилиндром 3 или, посредством пальцев 14, с поршнем 4 устройства вакуумирования. Плавучесть поплавка 13 больше суммарной отрицательной плавучести устройства вакуумирования и ударного механизма, но меньще отрицательной плавучести всего пробоотборника. Сжатый воздух в пневмокамеру 8 подается по шлангу 15. Петлей 16 пробоотборник подсоединен к тросу 17 судовой лебедки.

Для отбора ненарушенных колонок песчано-илистых отложений используют пробоотборник, показанный на фиг. 1. На тросе 17 пробоотборник опускают за борт. В воде поплавок 13 полностью уравновешивает головную часть пробоотборника и частично вес колонковой трубы 1, вследствие чего сразу же после погружения пробоотборник принимает вертикальное положение и под действием небольшой отрицательной плавучести опускается на дно. Свое вертикальное положение он сохраняет и после посадки независимо от неровностей и уклона дна в точке касания.

По шлангу 15 подают сжатый воздух в пневмокамеру 8. Под давлением воздуха поршень 9, имеющий ступенчатую форму, вначале поднимается вверх, закрывая выхлопное отверстие 10, а после достижения в пневмокамере максимального давления резко смещается вниз, открывая отверстие 10. Время заполнения пневмокамеры составляет примерно секунду, а выхлопа воздуха - сотые доли секунды. Расширяясь,

3. сжатый воздух выталкивает заполняющую сопло 11 воду вверх, создавая импульс

реактивной силы (удар), толкающий пробоотборник вниз. После выхлопа воздуха поршень 9 вновь поднимается вверх, закрьюая отверстие 10. Цикл повторяется.

При импульсных перемещениях пробоотборника поплавок 13 вследствие торможения о воду практически остается на месте, удерживая поршень 4 пальцами 14, скользящими вдоль продольных отверстий 7. Цилиндр 3, смещаясь вниз относительно неподвижного поршня 4, образует под поршнем вакуум, который ослабляет грунт внутри колонковой трубы и в призабойной зоне до состояния плывуна, увеличивая глубину внедрения и длину отбираемой колонки. Конструкция обеспечивает саморегуляцию создаваемого объема вакуума, его зависимость от проходки за удар. Если удары наносятся, а проходки нет (это может случиться, например, при вхождении трубы в плотный галечный пласт), вакуум под поршнем 4 не образуется, благодаря чему уже отобранная колонка предохраняется от разрушения избыточной фильтрацией поровой воды грунта.

Во время паузы между ударами поплавок 13 под действием пружины 12, сжатой при ударе, опускается вниз. При этом поршень 4 выталкивает излишек воды из керноприемной полости 2 в надпоршневую полость 6. Оттуда вода при очередном ударе выталкивается в гидросферу через отверстия 7 и кольцевой зазор между поплавком 13 и пневмокамерой 8.

Для опробования гравийно-галечных отложений и ракушечника, покрьшающих значительные площади дна мелководных районов шельфа, целесообразно исполнение пробоотборника, показанное на фиг. 2. Поршень 4 жестко связан с колонковой трубой 1 и имеет отверстия 18, сообщающие подпоршневую полость цилиндра 3 с керноприемной полостью 2. При импульсных перемешениях цилиндра 3 относительно неподвижного поршня 4 в подпоршневой и керноприемной полостях создается вакуум, облегчающий проходку отложений. Во время паузы между ударами цилиндр 3 поднимается вверх до упора в поршень 4 под действием усилия пружины 12, сжатой при ударе, и плавучести поплавка 13.

В данном исполнении пробоотборника, в отличие от предыдущего (фиг. 1), объем создаваемого вакуума постоянен и не зависит от проходки за удар. При вхождении трубы в плотные гравийно-галечные отложения, когда проходка замедляется или вовсе прекращается, интенсивный подсос поровой воды грунта существенно уменьшает прочность проходимого пласта, хотя и за счет некоторого нарушения структуры грунта.

4.

Claims (1)

1. Безопорный многоударный вакуумно-пневматический пробоотборник донных отложений, содержащий колонковую трубу, устройство вакуумирования керноприемной полости, включающее установленный на верхнем конце колонковой трубы цилиндр с размещенным в нем поршнем, снабженным обратным клапаном, пропускающим воду из керноприемной полости в надпоршневую полость цилиндра, ударный механизм в виде закрепленной на верхнем конце цилиндра пневмокамеры с установленным в ней поршнем для периодического выпуска сжатого воздуха из выхлопного отверстия пневмокамеры в направленное вверх реактивное сопло, отличающийся тем, что концентрично пневмокамере подвижно установлен подпружиненный поплавок, взаимодействующий с цилиндром или поршнем устройства вакуумирования, причем плавучесть поплавка больше суммарной отрицательной плавучести устройства вакуумирования и ударного механизма, но меньше отрицательной плавучести всего пробоотборника.