СПОСОБ, ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ БЛОК И УСТАНОВКА ДЛЯ ВЗЯТИЯ ПРОБЫ ИЗ ВЕРХНЕГО СЛОЯ МОРСКОГО ДНА
METHOD, PROCESSING UNIT AND APPARATUS FOR SAMPLING FROM UPPER LAYER OF SEABED

Данное изобретение относится к способу, обрабатывающему блоку и установке, которые используются для взятия пробы из верхнего слоя морского дна путем вытягивания и подъема поршневой грунтовой трубки (поршневого пробоотборника), удерживающей пробу, из морского дна, и для извлечения вышеупомянутой пробы из поршневой грунтовой трубки.
Как известно из повседневной практики взятия пробы из верхнего слоя морского дна, для этого используются следующие этапы:
- введение поршневой грунтовой трубки, которая свешивается с плавучего судна вертикально в морское дно;
- вытягивание поршневой грунтовой трубки из морского дна и ее подъем на палубу плавучего судна; и
- удаление пробы из пробоотборника.
Чтобы удалить пробу из поршневой грунтовой трубки, поршневую грунтовую трубку переводят из ее вертикальной ориентации, в которой она извлекается из морского дна, в горизонтальную ориентацию на палубе судна. Для этой цели традиционно используется опорная конструкция, также известная под названием стингер, в случае, когда полые штанги поршневой грунтовой трубки имеют такую общую длину, что она не способна поддерживать себя, которая типично составляет длину более 8 м. Для использования известного стингера для этой цели и для обеспечения того, чтобы поршневую грунтовую трубку можно было переводить из вертикальной ориентации в горизонтальную (и наоборот), судно, поддерживающее стингер, должно использоваться с определенными минимальными размерами. Кроме того, только особые места расположения на судне могут использоваться для того, чтобы иметь возможность разместить различные опорные конструкции, которые требуются, и чтобы иметь возможность осуществлять доступ к поршневой грунтовой трубке для извлечения керноприемного стакана и для подготовки грунтовой трубки к новому циклу. Как правило, для взятия 30 м пробы из морского дна судно должно иметь длину 80-90 м для манипуляций с поршневой грунтовой трубкой эффективно и обеспечения безопасности.
Данное изобретение направлено на снижение и/или устранение ограничений, которые связаны с решениями уровня техники, предшествующего данному изобретению.
Для этой цели данное изобретение реализуется в способе, обрабатывающем блоке, судне и установке, которые специально выполнены в соответствии с одним или несколькими пунктами прилагаемой формулы изобретения.
В одном аспекте данного изобретения пробу удаляют из поршневой грунтовой трубки после того, как вышеупомянутая поршневая грунтовая трубка будет вытянута из морского дна, и в то время пока вышеупомянутая грунтовая трубка все еще находится в ее вертикальном положении и свешивается с плавучего судна. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что длина пробы не зависит от длины судна, и что место на судне обрабатывающего блока, который используется для удаления пробы из поршневой грунтовой трубки, является почти не критичным, так что может использоваться множество мест на судне, а именно над кормой, над боковой частью судна, или используя буровую шахту. Преимущественно и соответственно последующему описанию, обрабатывающий блок предпочтительно представляет собой автономный блок, предназначенный для монтажа на судне и предназначенный для извлечения пробы из поршневой грунтовой трубки, пока она остается в вертикальном положении.
В другом аспекте данного изобретения судно снабжено по меньшей мере двумя обрабатывающими блоками, выполненными согласно данному изобретению. Поскольку обрабатывающий блок данного изобретения предназначен для извлечения пробы из поршневой грунтовой трубки, пока она остается вертикальной, это означает, что по сравнению с решениями уровня техники, предшествующего данному изобретению, на судне имеется больше пространства, которое может эффективно использоваться. Благодаря использованию этого свободного пространства для одного или нескольких дополнительных обрабатывающих блоков, выполненных согласно данному изобретению, время производства и связанные с ним затраты по взятию проб из морского дна могут быть значительно снижены за счет обеспечения того, что эти обрабатывающие блоки работают одновременно и согласованно.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, обрабатывающий блок содержит контейнер с такими размерами и/или точками для подъема и/или соединениями, какие обеспечиваются на стандартном морском грузовом контейнере. Это делает обрабатывающий блок легко транспортабельным.
Имеется несколько предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения, в которых может реализовываться способ данного изобретения.
В одном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, в котором поршневая грунтовая трубка содержит несколько полых штанг, снабженных керноприемным стаканом, полые штанги одну за другой отсоединяют друг от друга, причем каждая полая штанга содержит часть керноприемного стакана, которую затем удаляют из отсоединенной полой штанги. В этом варианте осуществления данного изобретения может эффективно использоваться установка, снабженная приводом, причем этот привод снабжен головкой, имеющей наконечник для установки в керноприемный стакан полой штанги, извлеченной из поршневой грунтовой трубки. Это представляет собой эффективное средство для предотвращения деформации или потери пробы в полой штанге.
В другом предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, в котором поршневая грунтовая трубка содержит несколько полых штанг, снабженных керноприемным стаканом, керноприемный стакан целиком извлекают из полых штанг и разрезают на отдельные части керноприемного стакана.
В обоих вариантах реализации способа данного изобретения требуется особое внимание из-за того, что полые штанги вертикально свешиваются с плавучего судна. Это означает, что проба перемещается согласно перемещениям плавучего судна, и что каждый раз самую нижнюю полую штангу необходимо закупоривать на ее дне для того чтобы:
- защитить пробу из-за перемещения судна для предотвращения вымывания пробы;
- удерживать поперечную опору пробы водой внутри керноприемного стакана для предотвращения разрушения пробы; и
- вертикально поддерживать пробу на дне грунтовой трубки для предотвращения того, чтобы она не выпадала наружу, когда ее вес больше, чем вес, который может поддерживаться захватом на дне поршневой грунтовой трубки.
Чтобы способствовать преимуществам данного изобретения, обрабатывающий блок предпочтительно содержит подъемное устройство для направления подъемного троса, выходящего из лебедки на судне для передачи нагрузки, действующей на поршневую грунтовую трубку, на подъемный трос и передачи ее в прочные опорные точки судна.
Преимущественно подъемное устройство можно раскладывать из контейнера обрабатывающего блока и складывать обратно в контейнер, и предпочтительно подъемное устройство может задвигаться в контейнер и выдвигаться из контейнера для перемещения свешиваемой с него поршневой грунтовой трубки внутрь и наружу.
Также преимущественно обрабатывающий блок содержит укладочные станции для хранения полых штанг и звена в виде груза поршневой грунтовой трубки.
В одном варианте реализации обрабатывающего блока согласно данному изобретению он снабжен карданным подвесом для подвешивания поршневой грунтовой трубки и тем самым эффективной компенсации перемещения судна и поддержания поршневой грунтовой трубки в вертикальном положении, когда судно испытывает бортовую и килевую качку. Таким путем усилия, прикладываемые к пробе из-за сильных перемещений, минимизируются.
Предпочтительные характерные особенности способа, обрабатывающего блока и установки обеспечены в формуле изобретения и в последующем подробном описании, в которых данное изобретение будет дополнительно объяснено со ссылкой на чертежи примеров вариантов осуществления данного изобретения, которые иллюстрируют изобретение и которые не ограничены прилагаемой формулой изобретения.
На фиг. 1 изображена поршневая грунтовая трубка большого диаметра.
На фиг. 2 изображен обрабатывающий блок согласно данному изобретению.
На фиг. 3 показан общий обзор применения обрабатывающего блока, изображенного на фиг. 2, в сочетании с поршневой грунтовой трубкой, изображенной на фиг. 1.
На фиг. 4 показана подвеска поршневой грунтовой трубки с помощью механизма расцепления вышеупомянутой грунтовой трубки.
На фиг. 5 показана подвеска поршневой грунтовой трубки по фиг. 1 в карданном подвесе, смонтированном в обрабатывающем блоке фиг. 2.
На фиг. 6 показан этап закупоривания дна поршневой грунтовой трубки, изображенной на фиг. 1, после того как она была извлечена из морского дна.
На фиг. 7 показана подробно подвеска поршневой грунтовой трубки в карданном подвесе.
На фиг. 8 показан этап освобождения поршня из поршневой грунтовой трубки.
На фиг. 9 показано перемещение звена в виде груза от поршневой грунтовой трубки к его укладочной станции.
На фиг. 10 показан этап отсоединения полой штанги от верха поршневой грунтовой трубки.
На фиг. 11 показано резьбовое соединение между полыми штангами.
На фиг. 12 показано альтернативное соединение между полыми штангами.
На фиг. 13 показано отрезание керноприемного стакана полой штанги.
На фиг. 14 показано отрезание керноприемного стакана в установке.
На фиг. 15 показан альтернативный вариант извлечения керноприемного стакана из поршневой грунтовой трубки.
На фиг. 16 показан альтернативный способ отрезания керноприемного стакана.
Во всех случаях, когда на чертежах применяются одинаковые цифровые условные обозначения, эти условные обозначения относятся к одинаковым частям.
На фиг. 1 показан общий вид поршневой грунтовой трубки большого диаметра или ПГТБД (LDPC). ПГТБД содержит звено 4 в виде груза, которое вместе со скоростью падения обеспечивает требуемое усилие для внедрения полых штанг 5 поршневой грунтовой трубки в грунт. Подъем и опускание ПГТБД осуществляется с помощью подъемного троса 1. Расцепляющий механизм 2 инициирует свободное падение ПГТБД, когда груз 10 расцепляющего механизма касается морского дна.
Длина проб, которые должны забираться поршневой грунтовой трубкой, определяется количеством используемых полых штанг 5. Полые штанги 5 соединяются друг с другом посредством соединения 6 штанг, которое обычно представляет собой резьбовое соединение или штифтовое соединение. Внутри полых штанг 5 обеспечен керноприемный стакан 7 для поддержания и удерживания пробы грунта. На дне самой нижней полой штанги 5 расположен поршень 8, который закупоривает внутреннее пространство керноприемного стакана 7. Поршень 8 присоединен с помощью троса 3 поршня к расцепляющему механизму 2 и таким образом к подъемному тросу 1.
Трос 3 поршня имеет дополнительную длину для компенсации упругого возврата в подъемном тросе 1, после того как груз 4 ПГТБД будет освобожден, и для обеспечения высоты свободного падения. После того как ПГТБД проникнет в грунт, ПГТБД вытаскивается из морского дна путем вытягивания подъемного троса 1. Проба грунта удерживается внутри керноприемного стакана 7, потому что дно самой нижней полой штанги 5 закупорено поршнем 8 и керноловителем 11. Этот принцип также называется типом отбора проб Кулленберга и является общепринятой практикой в данной отрасли промышленности. Важность извлечения пробы вертикально, пока полая штанга с пробой перемещается вверх и вниз в воде, заключается в том факте, что полая штанга закупорена на дне (у режущего башмака) для следующих целей:
- для защиты пробы из-за перемещения судна, чтобы предотвратить вымывание пробы;
- для сохранения поперечной опоры пробы воды внутри керноприемного стакана 7, чтобы предотвратить разрушение пробы; и
- для вертикальной поддержки пробы на дне после того, как поршень наверху удален, чтобы предотвратить выпадение пробы, поскольку керноловитель 11 может быть недостаточно прочным для удержания всего веса пробы.
Когда ПГТБД 13 извлечена на палубу плавучего судна, пробу необходимо извлечь и ПГТБД необходимо подготовить для взятия новой пробы. В уровне техники, предшествующем данному изобретению, извлечение пробы осуществляется, когда ПГТБД находится в горизонтальном положении и с этой целью ПГТБД переводят из вертикального положения в горизонтальное, используя опорную конструкцию, также известную под названием стингера.
В способе данного изобретения специально выделенный один обрабатывающий блок 18, как показано на фиг. 2, используется для извлечения ПГТБД и получения проб из него без требования дополнительных опорных конструкций. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что длину пробы можно свободно выбирать, независимо от длины судна, используемого для отбора проб грунта. Кроме того, место расположения обрабатывающего блока 18 на судне является относительно некритичным; обрабатывающий блок данного изобретения позволяет использовать множество мест: над кормой, над боковой частью или буровую шахту.
Обрабатывающий блок 18, как показано на фиг. 2, предпочтительное имеет размеры, такелажные точки для подъема и соединения стандартного морского грузового контейнера, чтобы сделать его легко транспортабельным. Он преимущественно содержит подъемное устройство 31 для направления подъемного троса 1, поступающего от лебедки 20, на палубу судна 22, и для передачи нагрузки, воздействующей на подъемный торс 1, в опорные точки судна. Подъемное устройство 31 предпочтительно сконструировано таким образом, чтобы его можно было складывать обратно в контейнер. Подъемное устройство 31 предпочтительно выполнено таким образом, что оно может втягиваться и выдвигаться для перемещения ПГТБД внутрь и наружу.
На фиг. 2 показано, что карданный подвес 21 установлен в контейнере 18 для подвешивания ПГТБД 13. Карданный подвес 21 используется для компенсации перемещений судна 22 и поддерживает ПГТБД 13 в вертикальном положении, в то время как судно 22 испытывает бортовую и килевую качку. Это минимизирует усилия, действующие на ПГТБД из-за больших перемещений. В секции, нависающей над боковой частью судна 22, расположены укладочные станции 29, 32 для хранения полых штанг 5 и узла 4 в виде груза, когда они не используются.
Первый вариант реализации способа данного изобретения
Первый вариант реализации способа согласно данному изобретению для извлечения керноприемного стакана 7 заключается в разборке всего блока полых штанг поршневой грунтовой трубки на отдельные части полых штанг 5, с одновременным извлечением керноприемного стакана с пробой, содержащейся в нем, в виде секций заранее заданных длин.
Когда ПГТБД 13 извлекают на палубу, последовательность для извлечения пробы и для установки нового керноприемного стакана для взятия следующей пробы является следующей, со ссылкой вначале на фиг. 3.
Расцепляющий механизм 2 вначале поднимется, и блок ПГТБД 13 затем подвешивают в U-образном карданном подвесе 21, используя захватывающую пластину 19, как показано на фиг. 4. Карданный подвес 21 может свободно вращаться и удерживать ПГТБД в вертикальном положении несмотря на перемещения судна 22, такие как бортовая и килевая качка. Расцепляющий механизм 2 и груз 10 расцепляющего механизма затем удаляют, подъемный трос 1 присоединяют к тросу 3 поршня, и ПГТБД поднимают и подвешивают в карданном подвесе, как показано на фиг. 5.
На фиг. 6 показано, что после того, как ПГТБД 13 будет подвешена, закупоривающее устройство 43 с передним U-образным проемом опускают, используя лебедку 45. Как только закупоривающее устройство 43 будет находиться на режущем башмаке 9 (см. фиг. 1), ковш 44 смещается под самую нижнюю полую штангу 5. Ковш 44 снабжен внутренним затвором 49, который используется путем вытягивания закупоривающего устройства 43 выше ковша 44 для закупоривания самой нижней полой штанги 5.
Со ссылкой теперь на фиг. 7, показано, что ПГТБД 13 подвешена на соединении 26 первой полой штанги. Соединение 23 звена в виде груза освобождают, и звено 4 удаляют путем его подъема, используя трос 3 поршня. На фиг. 8 показано, что трос 3 поршня присоединен к поршню 26 с помощью выступающего и заостренного типа соединения 27. Как только звено 4 в виде груза будет поднято, это соединение 27 размыкается. Поршень 26 остается в керноприемном стакане 7 и выступ 28 используется для подъема звена 4 в виде груза. На фиг. 9 показано, что звено 4 в виде груза закреплено приспособлением 30 для регулирования перемещения звена 4 в виде груза, чтобы обеспечить его безопасное перемещение от карданного подвеса 21 к его укладочной станции 29.
На фиг. 10 показано, что оставшийся блок полых штанг все еще подвешен в карданном подвесе 21, используя подъемный наконечник 33 до такого уровня, что нижняя часть соединения полых штанг находится в том же положении, что и зажим 20. Зацепляющий зажим 25 под зажимом 20 используется для восприятия вертикальной нагрузки и для подвешивания блока полых штанг. Зажим 20 закрывается, и в одном варианте осуществления данного изобретения вращающее устройство 48 используется для вращения полой штанги 5 над зажимом 20, чтобы отсоединить соединение 6 полых штанг.
На фиг. 11 показано, что может использоваться резьбовое соединение 34 между полыми штангами. Однако могут также использоваться другие соединения, такие как штифтовой соединение 35, как показано на фиг. 12, используя штифты и канавки 36 для соединения полых штанг.
На фиг. 13 показано, что как только соединение 6 полых штанг будет отсоединено, верхнюю полую штангу 5 поднимают на достаточную высоту, чтобы иметь возможность прикрепить режущее устройство 37 для керноприемного стакана к полой штанге. В этом варианте осуществления данного изобретения пила 38 используется для отрезания выступающего керноприемного стакана 7, но могут также использоваться другие средства для отрезания керноприемного стакана 7. Верхняя часть керноприемного стакана 7, остающаяся в карданном подвесе, будет закупорена, используя наконечник 39 для защиты пробы грунта. Отсоединенную полую штангу с керноприемным стаканом 7 и режущим устройством 37 для керноприемного стакана затем помещают в установку 40, показанную на фиг. 14, для извлечения керноприемного стакана 7 из полой штанги 5.
С дополнительной ссылкой на фиг. 14 показано, что установка 40 снабжена приводом 41. Верхнюю полую штангу 5, извлеченную из ПГТБД, устанавливают в установке 40, и привод, который снабжен головкой 42, поддерживающей наконечник 39, выдвигают до дна режущего устройства 37. Когда пила или режущее лезвие 38 извлечено, керноприемный стакан 7 и его содержимое будет опираться на наконечник 39, поддерживаемый головкой 42 привода. Затем наконечник 39 раскладывается для закупоривания дна керноприемного стакана 7. Привод 41 затем вытягивается, и керноприемный стакан 7 выскальзывает из полой штанги 5.
В зависимости от требуемой длины для хранения проб, керноприемный стакан 7 отрезают и снова закупоривают, используя режущее устройство 37 для керноприемного стакана. Полую штангу 5 извлекают из установки 40 и хранят в хранилище 32 для полых штанг, и закупоренные секции керноприемного стакана сохраняют в кондиционируемом пространстве для хранения (не являющемся частью данного изобретения). Следующую полую штангу из подвешенного блока полых штанг поднимают и извлекают согласно той же самой процедуре, которую повторяют до тех пор, пока все полые штанги 5 не будут извлечены и все секции керноприемного стакана с содержащимися в них пробами не будет помещены на хранение.
Второй вариант реализации способа данного изобретения
Во втором варианте реализации способа данного изобретения полую штангу 5 не разбирают на участки, а наружная полая штанга остается неизменной, в то время как удаляют только керноприемный стакан 7. Аналогично тому, что осуществляется в первом варианте реализации способа данного изобретения, расцепляющий механизм 2 и груз 10 расцепляющего механизма удаляют (см. фиг. 3 и 4), и ПГТБД поднимают в карданном подвесе 21 путем подъема блока тросом 3 поршня (см. фиг. 5). Также аналогично операциям согласно первому варианту реализации способа данного изобретения, закупоривающее устройство 43 опускают (см. фиг. 6) для закупоривания самой нижней полой штанги 5 на ее дне.
Тогда второй вариант реализации способа данного изобретения отличается от первого варианта тем, что согласно фиг. 15, керноприемный стакан 7 вытягивают из полой штанги 5, используя зажим 46 полой штанги. Керноприемный стакан 7, остающийся в еще подвешенных полых штангах, зажимают и подвешивают, используя второй зажим 47 керноприемного стакана 7, как показано на фиг. 16. Удаленную часть керноприемного стакана 7 отрезают для его освобождения, используя зажим режущего устройства 48, который прикреплен к секции, которую удаляют. Режущее устройство 48 отрезает керноприемный стакан 7 и закупоривает дно секции керноприемного стакана для предотвращения выпадения пробы. Эту процедуру, как изображено со ссылкой на фиг. 16, повторяют до тех пор, пока не извлекут полный керноприемный стакан 7 с содержащейся в нем пробой.
Хотя данное изобретение описано выше со ссылкой на пример реализации устройства данного изобретения, данное изобретение не ограничено этим конкретным вариантом его осуществления, который может быть изменен многими путями без отхода от сущности изобретения. Описанный пример варианта осуществления данного изобретения, следовательно, не должен использоваться для составления прилагаемой формулы изобретения строго в соответствии с ним. В отличие от этого, этот вариант осуществления данного изобретения предназначен просто для объяснения формулировки прилагаемой формулы изобретения без намерения ограничить формулу изобретения этим примером осуществления изобретения. Объем патентной защиты данного изобретения должен, следовательно, интерпретироваться только в соответствии с прилагаемой формулой изобретения, причем возможную неоднозначность в формулировке формулы изобретения следует разрешать, используя этот пример варианта осуществления данного изобретения.