SU1130759A1

SU1130759A1 - Device for sampling bottom ground

Info

Publication number: SU1130759A1
Application number: SU833650134A
Authority: SU
Inventors: Леонид Давидович Слонимский; Александр Михайлович Перевозчиков
Original assignee: Всесоюзное Морское Научно-Производственное Объединение По Инженерной Геологии "Союзморинжгеология"
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1984-12-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ДОННОГО ГРУНТА, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с механизмом фиксации относительно кёрирприемной трубы и трос, о т л и ч а ющ е е с тем, что, с целью расширени его функциональных возможностей путем обеспечени отбора проб в сква .жине и увеличени внедр ющей способности , оно снабжено -патроном, выполненным с осевым и радиальным отверсти ми и содержащими шарики-фиксаторы , расположенные в 1 адиапьных отверсти х патрона, и хвостЬвик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с возможностью перемещени относительно патрона и закреп-, ленный на верхнем конце штока,при этом радиальные отверсти выполнены 9 с наклоном вверх к осн патрона, а трос закреплен на верхнем торце патрона .A DEVICE FOR THE SELECTION OF SAMPLES OF A BOTTOM SOIL containing a core tube, a rod, a piston with a fixation mechanism relative to the keriprime tube and a cable is necessary in order to expand its functionality by ensuring sampling in a well. It is equipped with an π-cartridge, made with axial and radial holes and containing locking balls located in 1 adapter holes of the cartridge, and a tail with a tapered protrusion located in the axial hole of the cartridge can be moved relative to the cartridge and fixed on the upper end of the stem, while the radial holes are made 9 with a slope upwards to the main of the cartridge, and the cable is fixed on the upper end of the cartridge.

Description

СОWITH

о елabout ate

СОWITH

Изобретение относитс к устрсйствам дл отбора проб донного грунта при бурении инженерно-геологических скважин и может быть использовано в инженерной и поисковой геологии. The invention relates to devices for sampling bottom soil when drilling geotechnical wells and can be used in engineering and exploratory geology.

Известно устройство дл отбора про из скважины, содержащее пробоотборник , привод, механизм задавливани , причем механизм задавливани выполнен с цилиндрическим корпусом, охватывающим систему гидроцилиндров с шарнирно закрепленными по его наружной поверхности анкерными створками и полым штоком, верхн часть которого соединена фиксаторами с т гой, а нижн часть - со штоком пробоотборника A device for extracting from a well is known, comprising a sampler, an actuator, a crushing mechanism, wherein the crushing mechanism is made with a cylindrical body encompassing a system of hydraulic cylinders with articulated anchors on its outer surface and a hollow stem, the upper part of which is connected to the thrusters with bottom part - with sampler rod

Недостаток этого устройства определ етс тем, что конструкци устройства сложна и механизм задавливани предназначен дл использовани пр мо ,точного (беспоршневого.) грунтоноса, что не позвол ет отбирать малонарушенный керн достаточной длины.The disadvantage of this device is determined by the fact that the structure of the device is complex and the crushing mechanism is designed to use a straight, accurate (no piston) ground loader, which does not allow the selection of a small-broken core of sufficient length.

Известно также устройство дл отбора донных грунтов с использованием энергии гидростатического давлени , которое может быть использовано дл работы в скважинах. Устройство состоит из керноприемной трубы с наконечНИКОМ , закрытой с одной стороны крьш1кой , а с другой - поршнем с уплотнени ми , который с помощью, механизма фиксации контактного действи закреплен в трубе 2 .. It is also known a device for the selection of bottom soils using hydrostatic pressure energy, which can be used for work in wells. The device consists of a core tube with a lug, closed on one side with a cylinder, and on the other, with a piston with seals, which is fixed in the pipe 2 by means of a mechanism for fixing the contact action.

Срабатывание этого устройства происходит при соприкосновении контактной п ты механизма фиксации поршн с грунтом, в результате чего производитс расфиксаци керноприемной трубы относительно поршн и .сила, пропорциональна произведению гидростатического давлени на поперечное сечение керноприемной трубы, внедр ет последнюю в грунт. Та же сила приводит в движение поршень, который устремл етс по трубе вверх в направлении , противоположном-движению трубы . Это приводит к раст гиванию керна и уменьшению глубины внедрени керноприемной трубы в грунт, поскольку внедрение прекращаетс при достижении поршнем верхней крьппки трубы.The operation of this device occurs when the contact bar of the piston fixation mechanism contacts the ground, as a result of which the core tube is uncoupled relative to the piston and the force, is proportional to the product of hydrostatic pressure on the cross section of the core tube, inserts the latter into the ground. The same force drives the piston, which rushes up the pipe in the opposite direction of the pipe movement. This leads to the expansion of the core and a decrease in the depth of penetration of the core tube into the soil, since the introduction stops when the piston reaches the upper pipe clamp.

Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл отбора проб донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с механизмом фиксации относительно керноприемной трубы и трос. Поршень, установленный во внутренней полости керноприемной трубы, закреплен относительно последней механизмо фиксации контактного действи и соединен с демпферным диском штоком, проход щим через герметизированное отверстие в. крьш1ке устройства. Срабатывание устройства происходит после расфиксации поршн относительно керноприемной трубы при соприкосновении контактной п ты механизма фиксации с грунтом СЗ Closest to the invention is a bottom soil sampling device comprising a core receiver tube, a rod, a piston with a locking mechanism relative to the core receiver tube, and a cable. A piston mounted in the inner cavity of the core-receiver tube is fixed relative to the latter mechanism of fixing the contact action and connected to the damper disk by a rod passing through the sealed hole c. Krsh1ke device. The operation of the device occurs after the piston is released against the core-receiving tube when the contact point of the fixation mechanism is in contact with the ground NW

К недостаткам известного устройства следует отнести ограниченную область его применени , поскольку исползование демпферного диска дл торможени поршн , т.е. фиксированного его положени в процессе внедрени керноприемной трубы в грунт, не позвол ет использовать устройство дл отбора проб грунта в скважине с обсадными трубами, так как диаметр демпферного диска всегда больше диаметра обсадных труб, примен емых при инженерно-геологическом бурении скважин. Кроме того , известное устройство не может эффективно использоватьс на грунтах повьш енной плотности из-за малой внедр ющей способности, поскольку сила гидродинамического торможени демпферного диска пропорциональна квадрату скорости перемещени , и на. плотных грунтах, где скорость внедрени значительно уменьшаетс , гидродинамическое торможение поршн с помощью демпферного диска становитс неэффективным, что снижает внедр ющую способность устройства на плотных грунтах.The disadvantages of the known device include the limited scope of its application, since the use of a damper disk for braking the piston, i.e. its fixed position in the process of inserting the core tube into the ground does not allow the use of a device for sampling soil in a well with casing, since the diameter of the damper disk is always larger than the diameter of the casing used in engineering and geological drilling. In addition, the known device cannot be effectively used on soils of a higher density due to its low penetration capacity, since the force of the hydrodynamic drag of the damper disk is proportional to the square of the velocity of movement, and on. dense soils, where the rate of penetration is significantly reduced, hydrodynamic braking of the piston with the help of a damper disk becomes ineffective, which reduces the insertion capacity of the device on dense soils.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени отбора проб в скважине и увеличение внедр ющей способности.The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by providing sampling in the well and increasing the insertion capacity.

- Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл отбора проб донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень, механизм фиксации поршн относительно керноприемной трубы и трос, снабжено патроном , выполненным с осевым и радиальными- отверсти ми и содержащими шарики-фиксаторы, расположенные в радиальных отверсти х патрона, и хвостовик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с возможностью перемещени относительно оси патрона и закрепленный на верхнем конце .штока, при этом радиальные отверсти выполнены с наклоном вверх к оси патрона, а трос закреплен на верхнем торце патрона. При контакте устройства с грунтом жестка фиксаци штока производитс автоматически с помощью заклинивающегос патрона, что позвол ет исполь зовать устройство в скважине и увеличить его внедр ющую способность в грунтах повьппенной плотности за счет возможности раст жени процесса внедрени во времени, а автоматическа расфиксаци штока производитс по нат жению троса при извлечении устройства. На фиг.1 изображено устройство дл отбора проб донного грунта, продольный разрез; на фиг.2 - то же, устройство в обсадной трубе после срабатывани в скважине. Устройство дл отбора проб донного грунта состоит из керноприемной трубы 1 , крышки 2, через герм е|тизированное отверстие которой проходит шток 3, жестко соединенный с поршнем 4. В поршне 4 установлен механиз фиксации поршн относительно кернопр емной трубы I, состо щий из контактной; п ты 5 со стержнем 6 и пальцев 7, расположенных в радиальных отверсти х поршн 4. В нижней части трубы Iразмещены клапан дл подрезки и удержани керна 8 и буровой наконечник 9. На верхнем конце штока 3 жест ко закреплен хвостовик 10 с конусным выступом; на хвостовик надет патрон IIс шариками-фиксаторами 12, расположенными в радиальных отверсти х патрона 11, и опорным кольцом 13, навинченным на нижний торец патрона 11 .Ни верхнем торце патрона 11 установлена скоба 14 дл закреплени троса 15, Штуцер 16 служит дл присоединени шланга при откачке воздуха из герметизированной полости керноприемной трубы 1. Устройство дл отбора проб донного грунта работает следующим образом . Устройство с откачанным из гермети зированной полости керноприемной трубы 1 воздухом за трос 15 спускают через обсадную трубу к забою скважины . При касании контактнойп той 5 поверхности грунта происходит смещение стержн 6 вверх, которое ведет к расфиксации керноприемной трубы 1 от носительно поршн 4, и керноприемна труба 1 внедр етс в грунт под действием силы, пропорциональной произведению гидростатического давлени на эффективную площадь ее поперечного сечени . Та же сила, воздейству на эффективную площадь поршн 4, стремитс переместить его вместе со штоком 3 вверх. Однако смещение штока 3 с поршнем 4 вверх вызывает движение хвостовика 10 относительно патрона 11; при этом конусный выступ хвостевика 10 смещает шарики-фиксаторы 12 наружу, заклинива патрон 11 в обсадной трубе, обеспечива , таким образом , фиксацию поршн 4 относительно забо скважины в процессе внедрени устройства в грунт. При подъеме устройства за трос 15 скошенные радиальные отверсти в патроне 11 способствуют отжиму шарикЬвфиксаторов 12. от стенок обсадной трубы и скатыванию их с конусного выступа хвостовика 10. Этому способствует сопротивление грунта при извлечении .керноприемной трубы I, которое при подъеме устройства передаетс на шток, облегча выход конусного выступа хвостовика 10 из заклинки. Таким образом, техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным вл етс возможность отбора проб не только верхнего сло , но и на Любой глубине залегани грунтов при бурении инженерно-геологических скважин. Применение предлагаемого устройства позвол ет повысить производительность труда при отборе керна в процессе бурени инженерно-геологических скважин в море за счет замены трудоемких операций по монтажу, спуску и подъему бурильных труб с вдавливаемыми грунтоносами на спуск и подъем на тросе предлагаемого устройства дл отбора проб донного грунта в скважине, так как значительно сокращает врем , необходимое дл отбора проб в скважине в процессе бурени , Кроме того, уменьшение количества и длительности операций с т желыми бурильными трубами сокращает врем работы приводных механизмов судового бурового оборудовани , потребление ими электроэнергии и улучшает услови техники безопасности при бурении инженерно-геологических скважин в море.- This goal is achieved by the fact that a device for sampling bottom soil, containing a core receiver tube, a rod, a piston, a piston fixation mechanism relative to the core receiver tube and a cable, is provided with a cartridge made with axial and radial openings and containing fixation balls located in radial holes of the cartridge, and a shank with a tapered protrusion, located in the axial hole of the cartridge with the ability to move relative to the axis of the cartridge and fixed to the upper end of the rod, while the radial holes in Made with a slope upwards to the axis of the cartridge, and the cable is fixed on the upper end of the cartridge. When the device is in contact with the ground, the rigid fixation of the stem is performed automatically with the help of a jamming cartridge, which allows the device to be used in the well and increase its embedding capacity in soils of increased density due to the possibility of stretching the insertion process in time, and automatic unclamping of the stem is performed. cable when removing the device. 1 shows a device for sampling bottom soil, a longitudinal section; Figure 2 is the same, the device in the casing after operation in the well. The device for sampling bottom soil consists of a core-receiver pipe 1, a cover 2, through a hermetic hole which passes a rod 3 rigidly connected to the piston 4. In the piston 4 a piston fixing mechanism is installed relative to the core-bonded pipe I consisting of a contact pipe; 5 with a rod 6 and fingers 7 located in the radial holes of the piston 4. In the lower part of the pipe I there is a valve for trimming and holding the core 8 and the drill tip 9. At the upper end of the rod 3, a shank 10 with a tapered protrusion is rigidly fixed; the shank is fitted with a cartridge II with locking balls 12 located in the radial holes of the cartridge 11 and a support ring 13 screwed on the lower end of the cartridge 11. The clamp 14 is attached to the upper end of the cartridge 11, the fitting 16 is used to attach the hose when pumping air from the sealed cavity of the core tube 1. The device for sampling bottom soil works as follows. A device with air evacuated from the sealed cavity of the core-receiver pipe 1 is pulled through the casing to the downhole of the well by the cable 15. When the contact surface 5 touches the ground surface, the rod 6 moves upwards, which leads to uncoupling of the core receiver tube 1 relative to the piston 4, and the core receiver tube 1 is inserted into the soil under the action of a force proportional to the product of hydrostatic pressure by the effective cross-sectional area. The same force, acting on the effective area of the piston 4, tends to move it along with the rod 3 upwards. However, the displacement of the rod 3 with the piston 4 upwards causes the movement of the shank 10 relative to the cartridge 11; at the same time, the tapered protrusion of the tailpiece 10 biases the retainer balls 12 outwardly, jamming the cartridge 11 in the casing, thus ensuring the fixation of the piston 4 relative to the bottom of the well during the process of introducing the device into the ground. When the device is lifted over the cable 15, the bevelled radial holes in the chuck 11 assist the extraction of the ballpieces 12 from the walls of the casing and roll them from the conical protrusion of the shank 10. This is facilitated by the resistance of the soil when removing the receiving tube I, which is raised to the rod when lifting the device, making it easier the output of the tapered protrusion of the shank 10 of the spear. Thus, the technical advantage of the proposed device in comparison with the known one is the possibility of sampling not only the upper layer, but also at any depth of soils when drilling geotechnical wells. The application of the proposed device allows to increase labor productivity in coring during the drilling of engineering geological wells at sea by replacing labor-intensive operations on the installation, lowering and lifting of drill pipes with indented soil lines to lowering and lifting on the cable of the proposed bottom soil sampling device borehole, since it significantly reduces the time required for sampling in the borehole during the drilling process, in addition, reducing the number and duration of heavy drilling operations rubles shortens the time of operation of the drive mechanisms of shipborne equipment, their energy consumption and improves safety engineering conditions when drilling geotechnical wells in the sea.

Claims

DEVICE FOR BOTTOM SOIL SAMPLING, containing a core receiver pipe, a rod, a piston with a fixation mechanism relative to the core receiver pipe and a cable, characterized in that, in order to expand its functionality by providing sampling in the well and increasing penetrating ability, it equipped with a cartridge made with axial and radial holes and containing locking balls located in the radial holes of the cartridge, and a shank with a conical protrusion located in the axial hole of the cartridge with the possibility of Strongly movement relative to the cartridge and secured to the upper end of the rod, wherein radial holes are made § ¹ obliquely upward to the axis of the cartridge, and the cable is secured to the upper end of the cartridge.