Пробовідбірник

Винахід відноситься до технічних засобів буріння підводних свердловин і може бути використаний для відбору проб грунтів у нескельних донних відкладеннях, зокрема в умовах мілководдя. Відома установка ПУВБ-150 (Шелковников И. Г., Лукошков А. В. Те хнические средства подводного разведочного бурения и опробования. - Л.: ЛГУ, 1979. - с. 139-141, рис. 72, г), до складу якої входить опора з направляючими стійками, траверсою і каретками, з'єднаними з вантажним канатом, встановлений в каретках гідроударник з керноприймальною трубою з башмаком і з насосом зворотного промивання, всмоктувальний клапан якого зв'язаний з порожниною керноприймальної труби, а нагнітальний клапан -з навколишнім середовищем. Установка працює таким чином. При роботі гідроударника під дією ударів відбувається заглиблення керноприймальної труби в грунт. Насос зворотного промивання при цьому забезпечує циркуляцію рідини в керноприймальній трубі, що знижує сили тертя керна об трубу і тим самим перешкоджає настанню пальового ефекту (коли в наслідок ущільнення керна його надходження в трубу припиняється, і керноприймальна труба заглиблюється в грант подібно суцільній палі). По закінченні рейса керноприймальна труба з гідроударником витягається зі свердловини судновою лебідкою за вантажний канат, зв'язаний з каретками. Ця установка має наступний недолік. Зворотне промивання у керноприймальній трубі може здійснюватися тільки при заглибленні насоса під рівень води. В противному випадку воно взагалі буде відсутнім. Це приводить до швидкого ущільнення керна і настання пальового ефекту, що знижує якість керна і глибину випробування. Таким чином, установка не може якісно працювати в умовах мілководдя, тому що насос при забурюванні і бурінні частини свердловини знаходиться вище рівня води. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є пробовідбірник (А. с. СРСР №1559100, кл. Е21В25/18, 1990), у склад якого входить опора з направляючими стійками, траверсою і каретками, з'єднаними з вантажним канатом, встановлена в каретках керноприймальна труба, всередині якої з можливістю осьового переміщення встановлено з'єднаний з джерелом тиску гідроударник з поршнем у вигляді кільцевого ущільника по зовнішній поверхні гідроударника і клинозахватним механізмом для періодичної взаємодії з керноприймальною трубою, який має конічну поверхню в нижній частині гідроударника і клини, і насосом зворотного промивання, всмоктувальний канал якого з'єднаний із підпоршневою порожниною керноприймальної труби, а нагнітальний канал - з її надпоршневою порожниною, при цьому гідроударник має пружний зв'язок з траверсою опори. Пробовідбірник працює таким чином. Під час спуска на дно гідроударник утримується в керноприймальній трубі за допомогою пружного зв'язку з траверсою. При подачі рідини в гідроударник він починає генерувати удари двох напрямів. При спрямованому вниз ударі клини клинозахватного механізму захоплюють керноприймальну тр убу, і вона під дією удару заглиблюється в грунт. При ударі вгору клини прослизають відносно стінок керноприймальної труби, і вона залишається на місці, а гідроударник за рахунок пружного зв'язку з опорою піднімається у початкове положення. Далі цикл роботи повторюється. Насос зворотного промивання при цьому забезпечує циркуляцію рідини в керноприймальній трубі, що знижує сили тертя керна об трубу і тим самим перешкоджає настанню пальового ефекту (коли в наслідок ущільнення керна його надходження в трубу припиняється, і вона заглиблюється в грунт подібно суцільній палі). По закінченні рейса керноприймальна труба з гідроударником витягається зі свердловини судновою лебідкою за вантажний канат, зв'язаний з каретками. Ознаки найбільш близького аналога, що збігаються з ознаками винаходу, що заявляється: опора з направляючими стійками, траверсою і каретками, з'єднаними з вантажним канатом, встановлена в каретках керноприймальна труба, всередині якої з можливістю осьового переміщення встановлено з'єднаний з джерелом тиску гідроударник з поршнем у вигляді кільцевого ущільника по зовнішній поверхні гідроударника, клинозахватним механізмом для періодичної взаємодії з керноприймальною трубою, який включає клини і має конічну поверхню в нижній часині гідроударника, і насосом зворотного промивання, всмоктувальний канал якого з'єднаний з підпоршневою порожниною керноприймальної труби, а нагнітальний канал - з її надпоршневою порожниною. Цей пробовідбірник має наступний недолік. Конструкція клинозахватного механізму представляє собою досить інерційну систему, яка надійно працює тільки при низьких частотах нанесення ударів. Застосування високочастотних гідроударників у цій конструкції не можливо, тому що при великій частоті ударів клини клинозахватного механізму не будуть встигати забезпечувати надійний контакт з керноприймальною трубою, необхідний для передачі ударів. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пробовідбірника, у якому, за рахунок створення системи керування перекріпленням гідроударника всередині керноприймальної труби, забезпечується надійна передача ударів на керноприймальну трубу при застосуванні як низькочастотних, так і високочастотних гідроударників. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пробовідбірнику, що містить опору з направляючими стійками, траверсою і каретками, з'єднаних з вантажним канатом, встановлену в каретках керноприймальну трубу, всередині якої з можливістю осьового переміщення встановлено з'єднаний з джерелом тиску гідроударник із клинозахватним механізмом, який має конічну поверхню в нижній частині гідроударника і клини, для періодичної взаємодії з керноприймальною трубою, з поршнем у вигляді кільцевого ущільника по зовнішній поверхні гідроударника і насосом зворотного промивання, всмоктувальний канал якого з'єднаний із підпоршневою порожниною керноприймальної труби, а нагнітальний канал - з її надпоршневою порожниною, відповідно до винаходу, що на стійці опори встановлено гідроциліндр, поршнева порожнина якого звя'зана з навколишнім середовищем, а шток з виконаною в ньому ступінчастою проточкою з двома контактними поверхнями з'єднаний гнучким зв'язком із гідроударником, конічна поверхня виконана на встановленому у нижній частині гідроударника підпружиненому кільцевому поршні, порожнина над кільцевим поршнем звя'зана з джерелом тиску через гідроударник, а порожнина під кільцевим поршнем - з порожниною керноприймальної труби, при цьому гідроударник і штокова порожнина гідроциліндра виконані з можливістю почергового зв'язку з джерелом тиску і навколишнім середовищем через золотник переключення, магістраль управління котрим виконана з можливістю періодичного звя'зку з навколишнім середовищем і джерелом тиску через золотник керування, хвостовик тяги якого розміщений у ступінчастій проточці штока з можливістю почергово'!' взаємодії з її контактними поверхнями. Виконання конічної поверхні на підпружиненому кільцевому поршні, а також порожнина над кільцевим поршнем, яка з'єднана з джерелом тиску через гідроударник, дає можливість при подачі рідини надійно закріпити гідроударник усередині керноприймальної труби. Суть винаходу пояснюється малюнком, де на фіг.1. показано загальний вид пробовідбірника, на фіг.2 - гідравлічна система керування перекріпленням гідроударника. До складу пробовідбірника входить опорна плита 1 з направляючими стійками 2 і траверсою 3, керноприймальна труба 4 і гідроударник 5, встановлений у нижній частині керноприймальної труби 4 з можливістю осьового переміщення. На направляючих стійках 2 встановлені обмежувачі 6 і каретки 7, на яких закріплений перехідник 8, з'єднаний з керноприймальною трубою 4. У нижній частині гідроударника 5 встановлено насос зворотного промивання, який складається з поршня 9, зв'язаного з бойком (не показаний) гідроударника 5, впускного канала 10 і випускного канала 11. Нижче насоса зворотного промивання встановлено клинозахватний механізм, який складається з клинів 12, кільцевого поршня 13, з виконаною на ньому конічною поверхнею, і пружини 14. Порожнина 15 клинозахватного механізму над кільцевим поршнем 13 зв'язана каналом 16, і далі через гідроударник, з джерелом тиску, а порожнина 17 під кільцевим поршнем - з порожниною керноприймальної труби 4 через отвори 18. На гідроударник 5 встановлений поршень 19, виконаний у виді кільцевого ущільника. Гідроударник 5 за допомогою гнучкого зв'язку 20 через ролики 21, які закріплені на траверсі З, зв'язаний зі штоком 22 гідроциліндра 23. У ступінчастій проточці 24 штока 22 встановлено хвостовик 25, який за допомогою тяги 26 з'єднаний із золотником 27 керування, зв'язаним магістраллю 28 керування із золотником 29 переключення. Магістраль 30 з'єднує золотник 27 керування з напірною магістраллю 31, зв'язаною з джерелом тиску. Золотник 29 переключення магістраллю 32 зв'язаний зі штоковою порожниною 33 гідроциліндра 23, а магістраллю 34 - з гідроударником 5. Поршнева порожнина 35 гідроциліндра 23 через отвір 36 звя'зана з навколишнім середовищем. Промивання свердловини забезпечується через отвори 37 в нижній частині. Вантажний канат 38 з'єднано з каретками 7. Пробовідбірник працює таким чином. На дно моря пробовідбірник спускають на вантажному канаті 38, де він встановлюється на опорну плиту 1. При натягнутому вантажному канаті 38 каретки 7 упираються в обмежувачі 6 направляючих стійок 2 і керноприймальна труба 4 знаходиться в крайньому верхньому положенні. Після ослаблення натягу каната 38 керноприймальна труба 4 стає на дно. Гідроударник 5 знаходиться в крайньому нижньому положенні усередині керноприймальної труби 4. При цьому гідроударник 5 натягає гнучкий зв'язок 20, який тягне за собою шток 22. Шток 22 рухається усередині гідроциліндра 23, витісняючи рідину зі штокової порожнини 33 через магістраль 32 у навколишнє середовище. Дно ступінчастої проточки 24 штока штовхає хвостовик 25, який через тягу 26 переключає золотник 27 керування. Від джерела тиску в гідроударник подається рідина по магістралі 31. Далі рідина йде по магістралі 30, через золотник 27 керування і магістраль 28, переключає золотник 29 переключення. При цьому надпоршнева порожнина 15 клинозахватного механізму через канал 16 гідроударника 5 і магістраль 34 з'єднається з навколишнім середовищем. При цьому тиск у надпоршневій порожнині 15 знижується і кільцевий поршень 13 під дією сили стиснутої пружини 14 йде вгору, звільняючи клини 12. У цей же час рідина від джерела тиску по магістралі 31 через золотник 29 переключення і магістраль 32 потрапляє у штокову порожнину 33 гідроциліндра 23. Тиск у гідроциліндрі 23 зростає і шток 22 йде вниз, тягнучи за собою гнучкий зв'язок 20, при цьому гідроударник 5 підіймається нагору. Рідина з поршневої порожнини 35 гідроциліндра 23 буде витіснятися в навколишнє середовище через отвір 36. При ході вниз шток 22 потягне за собою хвостовик 25 і через тягу 26 переключить золотник 27 керування. Золотник 29 переключення під дією сили стиснутої пружини повернеться у вихідне положення, пов'язуючи гідроударник 5 з джерелом тиску. Після цього рідина від джерела тиску по магістралях 31 та 34 йде до гідроударника 5. Тиск в надпоршневій порожнині 15 клинозахватного механізму зростає, кільцевий поршень 13, стискаючи пружину 14, буде р ухатися вниз. При цьому клини 12 надійно закріплять гідроударник 5 усередині керноприймальної труби 4. При підвищенні тиску гідроударник 5 почне працювати, занурюючи керноприймальну тр убу 4 в гр унт. Коли керноприймальна труба 4 наповниться на висоту перекріплення - гідроударник 5 буде знаходитись у крайньому нижньому положенні. У результаті цього відбувається автоматичне перекріплення за вищеописаною схемою. При переміщенні гідроударника 5 вгору поршень 19 створює розрядження, що сприяє руху води зі свердловини в нижню частину керноприймальної труби 4, здійснюючи в ній зворотну додаткову циркуляцію рідини. Крім того, оскільки насос зворотного промивання постійно знаходиться майже у рівня дна, то він завжди буде заглиблений під рівень води (при глибинах, більш 0,5-1м). Таким чином, у процесі роботи гідроударника 5, коли поршень 9 буде рухатися вгору, рідина з-під поршневої порожнини керноприймальної труби 4 буде всмоктуватися через впускний канал 10. При ході поршня 9 униз рідина через випускний канал 11 витісняється в надпоршневу порожнину керноприймальної труби 4. Таким чином, у керноприймальній трубі 4 виникає зворотна циркуляція рідини. Сумарний потік рідини в керноприймальній трубі 4, обумовлений рухом поршня 19 і насоса зворотного промивання, знижує сили тертя керна об стінки керноприймальної труби, перешкоджаючи виникненню пальового ефекту, що дозволяє підвищити глибину випробування. При заглибленні керноприймальної труби 4 у гр унт каретки 7 переміщаються по направляючим 2. По закінченні рейса, коли поршень 19 упреться у виступи перехідника 8, з'єднаного з керноприймальною трубою 4, гідроударник 5 виключається. Натягається вантажний канат 38, переміщаючи каретки 7 по направляючим 2 нагору, і витягають зв'язану з ними керноприймальну трубу 4 зі свердловини. Після підйому пробовідбірника на борт судна низ керноприймальної труби виводиться з опорної плити 1. Натяг каната 38 послаблюється, керноприймальна труба 4 з перехідником 8 повертається у каретках 7, а колонковий набір з гідроударником 5 переводиться в горизонтальне положення на палубі судна, після чого керноприймальна труба 4 від'єдн ується від перехідника 8 для витягу з її керна. Керноприймальну трубу 4, керн з якої уже витягнутий, з'єднують з перехідником 8 і натягають вантажний канат 38, переводячи колонковий набір у похиле положення. При цьому гідроударник 5 під дією власної ваги опускається в нижню частину керноприймальної труби 4. Після витягу керна керноприймальна труба 4 приєднується до перехідника 8, натягається вантажний канат 38 і колонковий набір, повертаючись в каретках 7, переводиться у вертикальне положення. Установка готова до роботи. Використання запропонованої конструкції пробовідбірника дозволяє за рахунок створення системи керування перекріпленням гідроударника всередині керноприймальної труби, забезпечити надійну передачу ударів на керноприймальну тр убу при застосуванні як низькочастотних, так і високочастотних гідроударників.