Патент на изобретение №2387034

(54) СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ РАДИОАКТИВНОГО ОСАДКА ИЗ ЕМКОСТЕЙ-ХРАНИЛИЩ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретения относятся к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов и предназначены для отбора проб осадка высокого уровня активности из емкостей-хранилищ радиоактивных отходов радиохимических производств. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован при бурении геологоразведочных скважин. Способ включает операции бескернового бурения скважины, подачи промывной жидкости в колонну бурильных труб и транспортирования разбуренной породы (шлама) через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность. Предварительно принимают порцию промывной жидкости в нижнюю бурильную трубу колонны, в которую затем при бурении подают разбуренный осадок. Далее, чередуя импульсные кратковременные подачи сжатого воздуха в колонну бурильных труб и его сброс, сначала суспензируют разбуренный осадок в промывной жидкости, а затем подачей дозированной порции сжатого воздуха вытесняют образовавшуюся суспензию через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. Устройство содержит бурильную колонну, шнековую штангу с режущим буровым инструментом, пробоотборник и герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом, расположенным в боковой стенке. Устройство снабжено приемной камерой, присоединенной своим патрубком к верхней бурильной трубе колонны. На патрубке приемной камеры установлен герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом, в патрубке соосно с отводом выполнены боковые отверстия, отвод соединен гибким рукавом с распределителем, состоящим из трех быстродействующих клапанов, присоединенных к трубопроводам подачи промывной жидкости, сжатого воздуха и сдувки, а нижняя бурильная труба колонны снабжена гильзой с внутренней расточкой, диаметр которой меньше внутреннего диаметра бурильных труб, к гильзе присоединена шнековая штанга, установленная в расположенной между торцом гильзы и режущим буровым инструментом втулке с ребрами, диаметр описанной окружности ребер превышает диаметр режущего бурового инструмента, резцы которого выполнены со скосами, направленными к центру. При использовании изобретений обеспечивается минимизация образующихся жидких радиоактивных отходов при бурении. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относятся к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов и предназначены для отбора проб осадка высокого уровня активности из емкостей-хранилищ радиоактивных отходов радиохимических производств. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован при бурении геологоразведочных скважин.

На предприятиях атомной промышленности в России и за рубежом в настоящее время проводится вывод из эксплуатации емкостей-хранилищ, в которых в результате многолетней эксплуатации радиохимических производств накоплен большой объем радиоактивных осадков. При длительном хранении в емкостях-хранилищах накоплен осадок, высота которого в некоторых емкостях достигает 22 м. Осадок имеет сложный состав и содержит гидроксиды железа, хрома, никеля, алюмосиликаты и продукты деления. Осадок при длительном хранении под действием гидростатического давления и повышенной температуры за счет радиолиза имеет довольно высокую плотность, что затрудняет его размыв и извлечение.

Для определения стратегии обращения с осадками в емкостях-хранилищах, выбора технологии их растворения и оценки возможности отверждения остатков осадка непосредственно в емкостях-хранилищах актуальной задачей является отбор проб осадка с исследуемых интервалов по всей его высоте с анализом на содержание в осадке плутония, лимитирующего отверждение непосредственно в емкости-хранилище.

Известен способ отбора проб, связанный с отбором керна при бурении скважин съемным керноприемником. Способ заключается в том, что съемный керноприемник сбрасывается через колонну бурильных труб и фиксируется в колонковой трубе запорным механизмом. Извлекается съемный керноприемник ловителем на канате, который опускается в колонну бурильных труб. Спускают и поднимают ловитель с керноприемником при помощи лебедки. После извлечения керна из съемного керноприемника цикл операций повторяется (см. «Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин», том 1, стр.358, Москва, «Недра», 1984).

К недостаткам этого способа относится то, что для отбора пробы с каждого необходимого уровня необходимо периодически извлекать весь получаемый при бурении керн по всей высоте скважины. Учитывая то, что для анализа пробы необходим объем осадка всего 70-100 мл, то извлечение всего получаемого при бурении керна высокоактивного осадка из емкости приведет к повышенному радиационному воздействию на персонал.

Кроме того, извлечение керна осадка, свойства которого не известны, может привести и к разрушению керна при его извлечении из колонны бурильных труб.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу отбора проб радиоактивного осадка из емкостей-хранилищ, является способ взятия проб при бескерновом бурении.

Этот способ заключается во взятии проб шлама при достижении породоразрушающим инструментом определенной глубины, и путем взятия проб со стенок скважины с помощью боковых керноотборников.

При бурении скважины, в результате прямой промывки жидкость подается к забою по бурильной колонне, охлаждает породоразрушающий инструмент, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу (шлам). При данном способе пробы шлама отбираются при достижении породоразрушающим инструментом определенной глубины, а также путем отбора проб со стенок скважины (см. Б.И.Воздвиженский и др. «Современные способы бурения скважин», Москва, «Недра», 1978, стр.147).

Отбор образцов пород из стенок скважины осуществляют с помощью опускаемых на кабеле боковых сверлящих керноотборников (см. А.А.Молчанов и др. «Отбор керна из стенок скважины», «Москва, «Недра», 1984, стр.3; 67-72).

Для транспортирования разбуренной породы (шлама) от забоя на поверхность требуется определенный постоянный расход промывной жидкости, что в случае применения этого способа для отбора проб осадка приведет к образованию значительных объемов жидких радиоактивных отходов, а отобранные пробы шлама не обеспечат должной представительности.

Известен способ бурения скважин с транспортированием разбуренного осадка продувкой сжатым воздухом (см. Б.И.Воздвиженский и др. «Современные способы бурения скважин», Москва, «Недра», 1978, стр.91).

Однако бурение скважины в радиоактивном осадке с продувкой приведет к значительному поступлению воздуха с аэрозольным загрязнением в емкость-хранилище, удаление которого из емкости и последующая очистка потребует не только материальных затрат, но и приведет к образованию значительных объемов твердых или жидких радиоактивных отходов при последующей очистке воздуха на циклонах или фильтрах.

Пробы осадка из стенок скважины обеспечивают полную представительность. Однако отбор пробы с помощью бокового сверлящего керноотборника можно осуществить только при наличии уже пробуренной скважины, но, вследствие того, что свойства осадка в емкостях-хранилищах не известны, ствол скважины, пробуренной в осадке, может быть неустойчив, и отбор пробы с помощью боковых сверлящих керноотборников затруднен. Кроме того, конструкции боковых сверлящих керноотборников технически сложны и их применение требует взрывозащищенного электрооборудования, вследствие наличия водорода в емкостях-хранилищах в результате радиолиза.

Известно устройство для отбора проб почвы, включающее заборный цилиндр с прорезью, внутренний цилиндр, приводную рукоятку, упор, заборный цилиндр с прорезью, выполненной по всей длине заборного цилиндра, одна из сторон прорези выполнена с заточкой, внутренний цилиндр выполнен в виде фиксированного набора съемных стаканов с донцами и прорезями, выполненными с возможностью совмещения с прорезью заборного цилиндра, причем донца стаканов выполнены выступающими в прорези на величину диаметра заборного цилиндра, а упор установлен эксцентрично относительно оси заборного цилиндра (см. Авторское свидетельство СССР 1490546, кл. G01N 1/04, 1989).

К недостаткам описанного выше известного устройства относится то, что отбор проб данным устройством можно осуществить только при наличии скважины, бурение которой известными способами приводит к образованию значительных объемов вторичных радиоактивных отходов и влечет за собой спуско-подъемные операции с колонной труб, что приводит к повышенному радиационному воздействию на персонал.

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для отбора проб пород и подпочвенного газа, состоящее из пробоотборника, бурильной колонны, шнековой штанги, режущего бурового инструмента, герметизирующего направляющего подвижного кондуктора с отводом, расположенным в боковой стенке (см. Авторское свидетельство СССР 1737307, кл. G01N 1/02, 1992).

К недостаткам известного устройства относится то, что отбор проб пород из каждого исследуемого интервала производится подъемом шнековой штанги и присоединенной к ней колонны бурильных труб, на поверхность, в результате чего требуется проведение спуско-подъемных операций при каждом отборе проб с исследуемых интервалов. При применении известного устройства для отбора проб радиоактивного осадка спуско-подъемные операции с загрязненными бурильными трубами потребуют их дезактивации перед разборкой колонны бурильных труб, что, в свою очередь, приведет к дополнительному применению дезактивирующих растворов и увеличению объемов жидких радиоактивных отходов.

Предлагаемые изобретения направлены на достижение технического результата, заключающегося в минимизации образующихся жидких радиоактивных отходов при бурении за счет применения дозированных порций промывной жидкости, суспензирования разбуренного осадка перед его транспортированием и транспортирования суспензии через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка вытеснением дозированной порцией сжатого воздуха, в достижении исследуемого интервала в осадке без подъемных операций с колонной бурильных труб и в отборе пробы разбуренного осадка в необходимом объеме.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе, включающем операции бескернового бурения скважины, подачи промывной жидкости в колонну бурильных труб и транспортирования разбуренной породы (шлама) через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность, предварительно принимают порцию промывной жидкости в нижнюю бурильную трубу колонны, в которую затем при бурении подают разбуренный осадок. Далее, чередуя импульсные кратковременные подачи сжатого воздуха в колонну бурильных труб и его сброс, сначала суспензируют разбуренный осадок в промывной жидкости, а затем подачей дозированной порции сжатого воздуха вытесняют образовавшуюся суспензию через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. При достижении исследуемого интервала разбуренный осадок подают в нижнюю бурильную трубу без приема порции промывной жидкости, а затем отбирают пробу разбуренного осадка опусканием пробоотборника в колонну бурильных труб.

При бурении объемы порций промывной жидкости и разбуриваемого осадка принимают в нижнюю бурильную трубу в соотношении, обеспечивающем содержание разбуренного осадка в суспензии от 20 до 50% объемных.

Кроме того, дополнительно в качестве промывной жидкости используют реагент, частично или полностью растворяющий разбуренный осадок при перемешивании. Предварительный прием порции промывной жидкости в нижнюю бурильную трубу позволяет при бурении охлаждать режущий буровой инструмент, подавать разбуренный осадок в промывную жидкость и осуществить предварительное суспензирование разбуренного осадка в промывной жидкости вращающейся шнековой штангой.

Чередование импульсных кратковременных подач сжатого воздуха и его сброса позволяет осуществить в нижней бурильной трубе интенсивное колебание уровня промывной жидкости, в результате которого происходит суспензирование разбуренного осадка в промывной жидкости, что облегчает его последующее вытеснение через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. Получение суспензии перед ее вытеснением позволяет исключить фильтрацию промывной жидкости через разбуренный осадок при ее вытеснении сжатым воздухом, а также отстаивание осадка в нижней бурильной трубе и кольцевом зазоре между стенками скважины и колонной бурильных труб, в результате чего уменьшается объем промывной жидкости, требующийся для транспортирования разбуренного осадка на поверхность и, тем самым, минимизируется объем образующихся при бурении жидких радиоактивных отходов. Чередование импульсных кратковременных подач сжатого воздуха и его сброса при суспензировании не приводит к поступлению воздуха с аэрозольным загрязнением в емкость-хранилище. Транспортирование образовавшейся суспензии разбуренного осадка в порции промывной жидкости вытеснением дозированной порцией сжатого воздуха приводит к поступлению воздуха в емкость-хранилище без значительного аэрозольного загрязнения, который удаляется из нее по имеющемуся трубопроводу сдувки.

Подача разбуренного осадка в нижнюю бурильную трубу при достижении исследуемого интервала без предварительного приема промывной жидкости позволяет осуществить отбор представительной пробы разбуренного осадка в необходимом объеме без проведения спуско-подъемных операций с колонной бурильных труб опусканием в нее пробоотборника.

Прием в нижнюю бурильную трубу порций промывной жидкости и разбуриваемого осадка в соотношении, обеспечивающем содержание разбуренного осадка в суспензии от 20 до 50% объемных, позволяет в зависимости от глубины скважины и свойств осадка изменять плотность суспензии и обеспечивать ее вытеснение через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб в емкость-хранилище при оптимальном использовании промывной жидкости.

Дополнительное использование в качестве промывной жидкости реагента, частично или полностью растворяющего разбуренный осадок, позволяет при забивке шнековой штанги или кольцевого зазора между стенками скважины и колонной бурильных труб разбуренным осадком, растворять его и восстанавливать кольцевой зазор и работоспособность устройства.

Для достижения названного технического результата предлагаемое устройство, в отличие от известного, снабжено приемной камерой, присоединенной своим патрубком к верхней бурильной трубе колонны, что позволяет при опущенном из приемной камеры в колонну бурильных труб пробоотборнике использовать сжатый воздух для вдавливания пробоотборника в разбуренный осадок.

Установка на патрубке приемной камеры герметизирующего направляющего подвижного кондуктора с отводом, выполнение в патрубке приемной камеры соосных с отводом боковых отверстий и соединение отвода гибким рукавом с распределителем, состоящим из трех быстродействующих клапанов, присоединенных к трубопроводам воды, сжатого воздуха и сдувки позволяют осуществить подачу в колонну бурильных труб или промывной жидкости, или сжатого воздуха, или его сброс в трубопровод сдувки.

Присоединение шнековой штанги к гильзе и ее установка в расположенной между торцем гильзы и режущим буровым инструментом втулке с ребрами, диаметр описанной окружности которых превышает диаметр режущего бурового инструмента, резцы которого выполнены со скосами, позволяет при бурении подавать разбуренный осадок к шнековой штанге и осуществлять вращение шнековой штанги в неподвижной втулке с ребрами, что дает возможность осуществить шнековой штангой подачу разбуренного осадка в гильзу. Подача разбуренного осадка в гильзу позволяет произвести суспензирование осадка в гильзе и присоединенной к ней нижней бурильной трубе и последующее вытеснение суспензии через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. Кроме того, подача разбуренного осадка в гильзу позволяет отобрать пробу разбуренного осадка из гильзы опусканием пробоотборника в колонну бурильных труб из приемной камеры, что исключает проведение спуско-подъемных операций с колонной бурильных труб при отборе проб.

Фиксирование герметизирующего направляющего подвижного кондуктора на патрубке приемной камеры от перемещения в осевом направлении и в монтажном боксе от поворота позволяет обеспечить соосность его отвода с боковыми отверстиями в патрубке приемной камеры и осуществление подач в колонну бурильных труб промывной жидкости, сжатого воздуха и его сброс при вращении и вертикальном перемещении приемной камеры с колонной бурильных труб.

Снабжение устройства электронным блоком управления быстродействующими клапанами распределителя, содержащим программируемый микроконтроллер, панель оператора и программное обеспечение, позволяют устанавливать требуемые продолжительности и очередность открытия быстродействующих клапанов, и их автоматическую работу в выбранном режиме. Это позволяет осуществлять подачу в колонну бурильных труб дозированных порций или промывной жидкости, или сжатого воздуха. Чередование импульсных кратковременных подач сжатого воздуха в колонну бурильных труб и его сброс позволяет создать колебания уровня промывной жидкости в нижней бурильной трубе, в результате чего образуется суспензия разбуренного осадка в промывной жидкости, а затем и вытеснение образовавшейся суспензии через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. Получение суспензии перед ее вытеснением позволяет исключить фильтрацию промывной жидкости через разбуренный осадок при ее вытеснении сжатым воздухом, а также отстаивание осадка в нижней бурильной трубе и кольцевом зазоре между стенками скважины и колонной бурильных труб, в результате чего уменьшается объем промывной жидкости, требующийся для транспортирования разбуренного осадка на поверхность и, тем самым, сокращается объем образующихся при бурении жидких радиоактивных отходов. Снабжение устройства приводом вращения и приводом подачи, соединение приемной камеры с приводом вращения посредством вала, установленного в подшипниковом узле, корпус которого смонтирован на резьбовом валу привода подачи, позволяют осуществлять одновременное вращение и подачу колонны бурильных труб и тем самым врезание режущего бурового инструмента в осадок на величину, обеспечивающую требуемый размер фракций разбуренного осадка, необходимый для его суспензирования в промывной жидкости и вытеснения суспензии.

Снабжение нижней бурильной трубы колонны гильзой с внутренней расточкой, диаметр которой меньше внутреннего диаметра бурильных труб, позволяет свободно опускать на тросе пробоотборник с поршнем в колонну бурильных труб до входа в гильзу, а дальнейшее перемещение пробоотборника в гильзе – осуществлять подачей сжатого воздуха на поршень пробоотборника.

Размещение приемной камеры в защитном перчаточном боксе, а верхней бурильной трубы с упором и герметизирующего направляющего подвижного кондуктора с отводом и присоединенным к нему гибким рукавом в монтажном защитном боксе, установка неподвижного кондуктора на фланец проходки в емкость-хранилище, позволяют при полном использовании хода привода подачи и достижении упора на верхней бурильной трубе неподвижного кондуктора осуществлять отделение верхней бурильной трубы от патрубка приемной камеры и постановку следующей верхней бурильной трубы с упором. Таким образом осуществляется удлинение колонны бурильных труб для достижения при бурении следующего исследуемого интервала за счет установки дополнительных верхних бурильных труб между патрубком приемной камеры и предыдущей верхней бурильной трубой. Кроме того, снабжение устройства защитным перчаточным боксом, в котором размещена приемная камера, и монтажным боксом, в котором размещены верхняя бурильная труба с упором, герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом и присоединенным к нему гибким рукавом и неподвижный кондуктор, обеспечивает радиационную безопасность при работе с устройством.

Снабжение пробоотборника заборным цилиндром, к нижней кромке которого прикреплен эластичный элемент, а к верхней – поршень с подшипниками скольжения и манжетой, присоединенный к тросу, намотанному на барабан лебедки, установленный в приемной камере, позволяют кратковременной подачей сжатого воздуха в колонну бурильных труб не только вдавливать с помощью поршня заборный стакан пробоотборника в разбуренный осадок в гильзе, но и удержать разбуренный осадок в эластичном элементе за счет бокового сжатия осадка эластичным элементом и извлечь пробоотборник с пробой осадка в приемную камеру, обеспечив, тем самым, отбор пробы разбуренного осадка в необходимом объеме.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 – схема устройства, размещенного в емкости-хранилище, для осуществления предложенного способа;

на фиг.2 – общий вид устройства в разрезе;

на фиг.3 – нижняя бурильная труба со шнековой штангой и режущим буровым инструментом;

на фиг.4 – пробоотборник.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. В колонну бурильных труб принимают дозированную порцию промывной жидкости, и осуществляют бурение осадка на глубину, обеспечивающую содержание разбуренного осадка в порции промывной жидкости от 20 до 50% объемных. Далее, чередуя импульсные кратковременные подачи сжатого воздуха в бурильную трубу и его сброс, осуществляют сначала суспензирование разбуренного осадка в промывной жидкости за счет колебаний уровня промывной жидкости в нижней бурильной трубе, а затем вытесняют образовавшуюся суспензию через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище. Описанные выше операции повторяют до достижения намеченного исследуемого интервала. При достижении исследуемого интервала бурение проводят на глубину, обеспечивающую подачу разбуренного осадка в бурильную трубу в объеме, достаточном для отбора пробы без подачи промывной жидкости. В колонну бурильных труб опускают на тросе пробоотборник и проводят отбор пробы разбуренного осадка. Далее подобным же образом осуществляют бурение скважины до следующего исследуемого интервала.

При забивке шнековой штанги или кольцевого зазора между стенками скважины и колонной бурильных труб разбуренным осадком в колонну бурильных труб принимают реагент, частично или полностью растворяющий осадок. Далее, чередуя импульсные кратковременные подачи сжатого воздуха в бурильную трубу и его сброс, осуществляют растворение разбуренного осадка, интенсифицируя растворение за счет колебаний уровня реагента в бурильной трубе, после чего подачей сжатого воздуха вытесняют раствор через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка в емкости-хранилище.

Предлагаемое устройство для отбора проб радиоактивного осадка из емкостей-хранилищ содержит (фиг.1) колонну 1 бурильных труб, опущенную в емкость-хранилище 2 через проходку 3 и проходящую через неподвижный кондуктор 4 с подшипником скольжения 5, установленный на фланце 6 проходки 3. Верхняя бурильная труба 7 колонны 1 бурильных труб присоединена к патрубку 8 приемной камеры 9. Приемная камера 9 снабжена дверцей 10 и смонтирована в защитном перчаточном боксе 11.

Под защитным перчаточным боксом 11 смонтирован защитный монтажный бокс 12, в котором верхняя бурильная труба 7, присоединенная к патрубку 8, снабжена упором 13. В приемной камере 9 размещен пробоотборник 14, к которому прикреплен трос 15, намотанный на барабан 16 лебедки 17.

На патрубке 8 приемной камеры 9 (фиг.2) установлен герметизирующий направляющий подвижный кондуктор 18 с отводом 19. В патрубке 8 соосно с отводом 19 выполнены боковые отверстия 20, а отвод 19 соединен гибким рукавом 21 с распределителем 22, состоящим из трех быстродействующих клапанов 23, 24 и 25, присоединенных соответственно к трубопроводам подачи промывной жидкости, сжатого воздуха и сдувки (на чертеже не показаны). Управление клапанами 23, 24 и 25 распределителя 22 осуществляется по заданным алгоритмам электронным блоком управления 26. Приемная камера 9 соединена с приводом вращения 27 посредством вала 28, установленного в подшипниковом узле 29, корпус 30 которого установлен на резьбовом валу 31 привода подачи 32. На патрубок 8 со стороны приемной камеры 9 установлена заглушка 33.

Нижняя бурильная труба 34 (фиг.3) колонны 1 бурильных труб содержит гильзу 35 с меньшим внутренним диаметром, чем у колонны 1 бурильных труб. Внутри гильзы 35 на ребре 36 установлена шнековая штанга 37, к которой на резьбе присоединен режущий буровой инструмент 38. Между втулкой 39 бурового режущего инструмента 38 и гильзой 35 на шнековую штангу 37 установлена втулка 40 с подшипником скольжения 41. Втулка 40 снабжена ребрами 42, несколько выступающими за стенки скважины. Резцы 43 бурового режущего инструмента 38 выполнены со скосами 44 и 45, направленными к центру, и имеют несколько больший диаметр по сравнению с колонной 1 бурильных труб для создания зазора 46 между стенками скважины и колонной 1 бурильных труб.

Пробоотборник 14 (фиг.4) содержит заборный цилиндр 47, к нижней кромке которого с помощью распорной втулки 48 прикреплен эластичный элемент 49, а к верхней части – поршень 50 с двумя подшипниками скольжения 51 и манжетой 52.

Устройство работает следующим образом.

Перед монтажом устройства имеющимся оборудованием, предназначенным для размыва осадка, в осадке от места бурения скважины создается уклон для отекания суспензии. На фланец 6 проходки 3 в емкость-хранилище 2 устанавливается неподвижный кондуктор 4, через подшипник скольжения 5 которого в емкость-хранилище 2 опускается колонна 1 бурильных труб до упора в осадок режущего бурового инструмента 38. Далее предлагаемое устройство монтируется над емкостью-хранилищем 2 и верхняя бурильная труба 7 соединяется с патрубком 8 приемной камеры 9.

На панели оператора электронного блока управления 26 устанавливаются режимы работы, порядок и продолжительности открытия быстродействующих клапанов 23, 24 и 25, определяемые при стендовых испытаниях предлагаемого устройства на имитаторе осадка.

При открытом в течение заданной продолжительности клапане 23 из трубопровода подачи промывной жидкости дозированная порция ее поступает через гибкий рукав 21, отвод 19 и боковые отверстия 20 в патрубок 8 приемной камеры 9 и соединенную с ней колонну 1 бурильных труб в нижнюю бурильную трубу 34 и гильзу 35. Приводом вращения 27 осуществляется вращение вала 28 и соединенных с ним приемной камеры 9 и колонны 1 бурильных труб, шнековой штанги 37 и режущего бурового инструмента 38. Приводом подачи 32 через резьбовой вал 31 осуществляется постепенное опускание корпуса 30 подшипникового узла 29 и установленного в нем вала 28 и соединенных с ним приемной камеры 9, колонны 1 бурильных труб, шнековой штанги 37 и режущего бурового инструмента 38. При вращении режущего бурового инструмента 38 срезаемый осадок по скосам 44 и 45 резцов 43 направляется к центру, где подхватывается вращающейся во втулке 40 с подшипником скольжения 41 шнековой штангой 37 и подается в гильзу 35. При бурении между колонной 1 бурильных труб и стенками скважины образуется кольцевой зазор 46. Величина подачи выбирается такой, чтобы подаваемый режущим буровым инструментом 38 в гильзу 35 разбуренный осадок имел мелкий фракционный состав, позволяющий перевести его в суспензию и осуществить выдачу суспензии через кольцевой зазор 46 на поверхность осадка. При бурении ребра 42 втулки 40, несколько выступающие за стенки скважины, вдавливаются в ее стенки, за счет чего втулка 40 остается неподвижной при вращении шнековой штанги 37, чем и обеспечивается подача разбуренного осадка шнековой штангой 37 в гильзу 35.

Подача разбуренного осадка в гильзу 35 позволяет провести суспензирование разбуренного осадка в гильзе 35 и соединенной с ней нижней бурильной трубе 34 и последующее вытеснение суспензии через кольцевой зазор 46 на поверхность осадка.

В зависимости от объема принятой порции промывной жидкости подача колонны 1 бурильных труб осуществляется на глубину, обеспечивающую объем разбуренного осадка, поступающего в нижнюю бурильную трубу 34 и гильзу 35 с содержанием разбуренного осадка в промывной жидкости от 20 до 50% объемных.

На панели оператора электронного блока управления 26 устанавливается режим работы «суспензирование», при котором осуществляется заданное количество циклов поочередного открытия и закрытия клапанов 24 и 25 с установленными продолжительностями. При открытии клапана 24 в колонну 1 бурильных труб подается порция сжатого воздуха и происходит частичное вытеснение промывной жидкости из нижней бурильной трубы 34 и гильзы 35 в кольцевой зазор 46 между стенками скважины и колонной бурильных труб 1. При открытии клапана 25 происходит соединение внутренней полости колонны 1 бурильных труб с трубопроводом сдувки, находящимся под разрежением, в результате чего сжатый воздух сбрасывается в трубопровод сдувки и промывная жидкость возвращается в нижнюю бурильную трубу 34. При поочередной подаче в колонну 1 бурильных труб давления и разрежения осуществляется колебания уровня промывной жидкости в нижней бурильной трубе 34 и гильзе 35, в результате чего происходит суспензирование разбуренного осадка. После завершения заданного количества циклов суспензирования, электронным блоком управления 26 автоматически осуществляется открытие клапана 24 с продолжительностью подачи сжатого воздуха, при котором происходит вытеснение суспензии через кольцевой зазор 46 на поверхность осадка. Вытесняемая на поверхность осадка суспензия стекает по уклону в емкость-хранилище 2.

Далее операции бурения продолжаются подобным образом до достижения исследуемого интервала. При этом удлинение колонны 1 бурильных труб осуществляется следующим образом. При использовании полного хода резьбового вала 31 привода подачи 32, расположенная в монтажном защитном боксе 12 верхняя бурильная труба 7 своим упором 13 достигает неподвижного кондуктора 4. Верхняя бурильная труба 7 отсоединяется от патрубка 8 приемной камеры 9, приемная камера 9 приводом подачи 32 поднимается по резьбовому валу 31 в верхнее положение.

В образовавшийся между патрубком 8 приемной камеры 9 и верхней бурильной трубой 7 зазор устанавливается новая верхняя бурильная труба 7 с упором 13, соединяется с нижерасположенной верхней бурильной трубой 7 и патрубком 8, а упор 13 с нижерасположенной верхней бурильной трубы 7 удаляется.

При достижении исследуемого интервала бурение осуществляется аналогичным образом, но без подачи промывной жидкости, на глубину, при которой только в гильзу 35 подается разбуренный осадок в объеме, достаточном для отбора пробы. Подача разбуренного осадка в гильзу 35 позволяет отобрать пробу разбуренного осадка из гильзы 35 опусканием пробоотборника 14 в колонну 1 бурильных труб из приемной камеры 9, что исключает проведение спуско-подъемных операций с колонной бурильных труб при отборе проб.

Отбор пробы осуществляется следующим образом.

С патрубка 8 в приемной камере 9 снимается заглушка 33 и в колонну бурильных труб 1 на тросе 15 опускается пробоотборник 14. Так как внутренний диаметр колонны 1 бурильных труб превышает наружный диаметр пробоотборника 14 и его поршня 50 с манжетой 52, пробоотборник 14 свободно опускается до вхождения манжеты 52 в гильзу 35. Приемная камера 9 закрывается дверцей 10.

На панели оператора электронного блока управления 26 устанавливается режим работы «отбор пробы», при котором автоматически осуществляется открытие с заданной продолжительностью клапана 24 и в колонну 1 бурильных труб кратковременно подается сжатый воздух, под действием давления которого поршень 50 вталкивает заборный цилиндр 47 в разбуренный осадок. При этом разбуренный осадок поступает в эластичный элемент 49, расширяя его. Затем автоматически открывается клапан 25 и воздух из колонны 1 бурильных труб сбрасывается в трубопровод сдувки. Открывается дверца 10 приемной камеры 9 и вращением барабана 16 лебедки 17 пробоотборник 14 тросом 15 извлекается в приемную камеру и далее в защитный перчаточный бокс, где заборный цилиндр 47 с пробой разбуренного осадка отсоединяется от поршня 50, помещается в защитный контейнер (на чертеже не показан) и транспортируется на анализ.

Формула изобретения

1. Способ отбора проб радиоактивного осадка из емкостей-хранилищ, включающий бескерновое бурение скважины, подачу промывной жидкости в колонну бурильных труб и транспортирование разбуренного осадка через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка, отличающийся тем, что в нижнюю бурильную трубу колонны предварительно принимают порцию промывной жидкости, при бурении разбуренный осадок подают в нижнюю бурильную трубу, чередуя импульсные кратковременные подачи сжатого воздуха в нижнюю бурильную трубу колонны и его сброс, сначала суспензируют разбуренный осадок в порции промывной жидкости, а затем подачей дозированной порции сжатого воздуха вытесняют образовавшуюся суспензию через кольцевой зазор между стенками скважины и колонной бурильных труб на поверхность осадка, при достижении исследуемого интервала подают разбуренный осадок в нижнюю бурильную трубу без приема порции промывной жидкости, а затем отбирают пробу разбуренного осадка опусканием пробоотборника в колонну бурильных труб.

2. Способ отбора проб по п.1, отличающийся тем, что объемы порций промывной жидкости и разбуриваемого осадка принимают в нижнюю бурильную трубу в соотношении, обеспечивающем содержание разбуренного осадка в суспензии от 20 до 50 об.%.

3. Способ отбора проб по п.1, отличающийся тем, что дополнительно в качестве промывной жидкости используют реагент, частично или полностью растворяющий разбуренный осадок.

4. Устройство для отбора проб радиоактивного осадка из емкостей-хранилищ, содержащее бурильную колонну, шнековую штангу с режущим буровым инструментом, пробоотборник и герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом, расположенным в боковой стенке, отличающееся тем, что оно снабжено приемной камерой, присоединенной своим патрубком к верхней бурильной трубе колонны, на патрубке приемной камеры установлен герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом, в патрубке соосно с отводом выполнены боковые отверстия, отвод соединен гибким рукавом с распределителем, состоящим из трех быстродействующих клапанов, присоединенных к трубопроводам подачи промывной жидкости, сжатого воздуха и сдувки, а нижняя бурильная труба колонны снабжена гильзой с внутренней расточкой, диаметр которой меньше внутреннего диаметра бурильных труб, к гильзе присоединена шнековая штанга, установленная в расположенной между торцем гильзы и режущим буровым инструментом втулке с ребрами, диаметр описанной окружности ребер превышает диаметр режущего бурового инструмента, резцы которого выполнены со скосами, направленными к центру.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом зафиксирован на патрубке приемной камеры от перемещения в осевом направлении и в защитном монтажном боксе от поворота.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено электронным блоком управления быстродействующими клапанами, содержащим программируемый микроконтроллер, панель оператора и программное обеспечение.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено приводом вращения и приводом подачи, причем приемная камера соединена с приводом вращения посредством вала, установленного в подшипниковом узле, корпус которого смонтирован на резьбовом валу привода подачи.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено неподвижным кондуктором, установленным на фланец проходки в емкость-хранилище, и снабженным подшипником скольжения, внутри которого в емкость-хранилище установлена колонна бурильных труб.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено защитным перчаточным боксом, в котором размещена приемная камера, и монтажным защитным боксом, в котором размещены верхняя бурильная труба с упором, герметизирующий направляющий подвижный кондуктор с отводом и присоединенным к нему гибким рукавом и неподвижный кондуктор.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что пробоотборник снабжен заборным цилиндром, к нижней кромке которого прикреплен эластичный элемент, а в верхней части к заборному цилиндру прикреплен поршень с подшипниками скольжения и манжетой, присоединенный к тросу, намотанному на барабан лебедки, установленный в приемной камере.

РИСУНКИ