Необычное бурение

Необычное бурение

Наверное, многие из читателей увлекались в детстве широко распространенной среди мальчишек игрой в напильники или ножики и упражняются в умении особым вращательным движении, _как это делают с кинжалом, точно вонзить конец инструмента в землю при самых различных исходных его положениях.

Нечто подобное возможно, если в достаточно податливый грунт Расыпать например, с летящего самолета, специальное устройство, Проникающее внутрь и несущее на себе датчики тех или иных "ческих показателей грунта, подлежащих измерению. С помощью ^^аДио эти сведения передаются на приемную радиостанцию.

Конечно, много датчиков не установишь, но в тех случаях, исследуемая площадка недоступна для обычных исследова-

тельских средств (высокие и недоступные горы, ледники, дно озер и морей, болота и т. п.), такой способ остается единственно возможным. Он и применяется в подобных условиях.

За рубежом для передачи океанографической и сейсмической информации о морском дне, перспективном на нефть и газ, успешно испытано проникающее в дно устройство (рис. 40), названное пенетрометром.

Пенетрометр на дне моря соединен кабелем с блоком отбора данных. Последний содержит миникомпьютер, генератор и акустический преобразователь. Акустические сигналы передаются на плавучий буй. От буя сведения идут по радиоканалу на приемник корабля или самолета. . Возможна передача командных сигнал»' в обратном направлении.

Пенетрометры сбрасываются с самолета или вертолета иа сушУ' Форма прибора делается благоприятной для заглубления в грУ^нТ'

В отдельных случаях свободно падающий торпедоподобный снаряд проникал в землю на глубину до 100 м. Хвостовые стабилизаторы _и тщательно сбалансированный центр тяжести обеспечивают устойчивое падение снаряда. Если в составе аппаратуры находится только один акселерометр (измеритель ускорения торможения), то даже в сголь простом исполнении пенетрометр дает весьма ценную информацию о составе переслаивающихся горных пород в скважине, прокалываемой снарядом.

Сведения через передатчик и антенну передаются иа приемную станцию. Расшифрованные осциллограммы дают полную информацию о глубине залегания и мощности горных пород. В частности, таким способом определялись запасы и уровень грунтовых вод для водоснабжения в пустыне.

Глубина проникновения зависит не только от твердости пород, но и величины кинетической энергии снаряда. Для увеличения глубины скважины пенетрометр сбрасывают с самолета в момент пикирования. Точность попадания обеспечивается бомбовым прицелом.

Если по трассе самолета будет сброшено несколько пенетрометров, то геологи получают возможность сразу же иметь сведения о геологическом профиле протяженностью несколько километров. Сколько сил, времени и средств может сэкономить новый способ исследования!

Благоприятные возможности необычного прибора и его главное преимущество — возможность передачи сведений из недоступных для человека мест — заинтересовало космических исследователей. Действительно, если сбрасывать такие снаряды с орбитального отсека спутника Марса, то изучение подповерхностных слоев планеты значительно упростится и не понадобятся сложные буровые установки.

В .США закончены предварительные испытания пенетрометров на одном из метеоритных кратеров в Калифорнии, где песчано- лавовый грунт сходен с поверхностными наносами Марса. Как сообщается, за последние годы тысячи пенетрометров погружались арктический лед, песок, граниты и всюду результаты были Удачными. С их помощью измерялась даже электрическая проводимость потоков лавы па одном из вулканов Гавайских островов.

Пенетрометр представляет собой цилиндр диаметром 9 см и длиной 1,2 м. С орбитального отсека прибор отстреливается пиропатроном в направлении, обратном движению станции. Гашение скорости приведет к падению цилиндра в направлении поверхности Марса. Дальнейшее торможение будет происходить за счет парашютной системы. После удара о груит на поверхности останется хвостовик пенетрометра с передатчиком и антенной. Кабель соеди-

4—irm
няет передатчик и приборы пенетрометра (см. рис. 40). С орбитальным отсеком и Землей прибор связан по радио.

Ожидается, что с помощью таких приборов (а их будет несколько) выявятся запасы грунтовых вод в вечной мерзлоте планеты, а также до сих пор неизвестные геотермические характеристики, изменяющиеся с глубиной. Отдельные варианты приборов способны передавать изображения поверхности н фиксировать сейсмоданиые.

Питается зонд двумя термоэлектрическими радиоизотопными генераторами.

Пенетрометры будут полезны при изучении других планет и их спутников, астероидов и ядер комет.

Погружение пенетрометра в грунт возможно и на других основах, не обязательно за счет сбрасывания его с высоты. Такая необходимость может появиться в обычных земных условиях для получения скважин заданной глубины при строительстве, на геологоразведочных работах и др. В Тюменском индустриальном институте спроектирован импульсный снаряд для сооружения скважин, основанный на использовании электрогидравлического эффефа. Как известно, при разряде электрического тока в замкнутом пространстве в воде образуется зона высокого давления — гидроудар. Его можно использовать для продвижения пенетрометра в грунт.

На рис. 41 показана схема работы импульсного снаряда. Он состоит из гильзы- цилиндра, снаряда, имеющего плунжер и заостренную часть. В верхней части гильзы находится рабочая камера с двумя электро-
дами. в верхний конец гильзы ввиичеиа колоииа эксплуатационных труб, через которые пропущен двухжильный электрический кабель низкого напряжения. Электрический кабель соединен с блоком — формирователем импульсов, от которого ток высокого напряжения 50—70 кВ подается к электродам, закрепленным в изоляторах.

Для поступления воды в цилиндр при рабочем ходе плунжера и для выпуска воды из цилиндра при опускании гильзы в стенках последней имеются отверстия. Они соединяют цилиндр с затрубным пространством.

Гильза в момент электрического разряда заклинивается в скважине посредством шариков, помещенных в пазах стенки гильзы.

Заклинивание гильзы происходит под воздействием импульса, стремящегося переместить гильзу вверх. Расклинивание гильзы следует после затухания импульса под действием массы гильзы, колонны эксплуатационных труб и гидравлического давления столба воды в скважине.

Импульсный снаряд работает в результате электрического разряда между электродами в жидкости, заполняющей рабочую камеру. Создается высокое давление. Последнее, воздействуя на плунжер снаряда, заставляет снаряд проникать в породу на некоторую глубину. Создавая электрические разряды определенной частоты, можно обеспечить импульсно-непрерывное углубление снаряда.

В одном случае гильза заклинивается в стенке скважины (см. рис. 41,а), а в другом — она освобождается от заклинивания н опускается вниз (см. рис. 41,6).

Недавно мне удалось ознакомиться с гидравлическим скало- ломом — тоже по сути своей скважинным устройством.

Все знают, как трудно расколоть крупный камень, если габаритные размеры его превышают размеры вагонетки или возможности грузоподъемного крана. Изобретатели Н. Орлов и А. Рашевский предложили гидравлическое устройство, которое работает почти по описанному выше принципу. Только вместо электрогидравлического разряда в жидкости они применили патронник с зарядом пороха и затвор с ударником и боевой пружиной.

Скалолом вставляется в отверстие, предварительно пробуренное в скале При выдергивании чеки происходит выстрел и за счет мгновенного повышения давления в жидкости «негабарит» разваливается.