Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Поиски, разведка и возможности промышленного освоения рос­сыпных месторождений на шельфе связаны в первую очередь с бу­рением скважин в сложных природных условиях.

Условия бурения на море отличаются от условий бурения на суше и характеризуются рядом особенностей, основная из которых — нали­чие над устьем скважины водного пространства, подверженного изме­няющемуся по силе волнению.

На процесс бурения скважин на море влияют естественные, техни­ческие и технологические факторы. Наибольшее влияние оказывают естественные факторы, определяющие организацию работ, конструк­тивное исполнение техники, ее стоимость и геологическую информа­тивность. Они ограничивают или вовсе исключают возможность при­менения некоторых способов и технических средств, признанных эф­фективными для сооружения скважин того же назначения на суше.

В морских продуктивных отложениях зерна полезных минералов распределены более равномерно, чем на суше, поэтому при детальной разведке морских месторождений золота диаметр скважин достаточно вьщерживать в пределах 220—250 мм. Дальнейшее увеличение диамет­ра скважин незначительно повышает точность оценки месторожде­ния, но существенно затрудняет сооружение скважин.

Основная особенность бурения на море — наличие над устьем сква­жины водного пространства, которое подвержено изменяющемуся по силе волнению и существенно влияет на процесс сооружения сква­жины. Процесс бурения на море в большой степени зависит от типа основания установки. Выбор типа основания определяется глубинами моря в месте бурения, удаленностью от суши, природными явления­ми (бури, волны, течения, приливы и отливы), количеством штормо­вых дней в районе работ в различные месяцы года, метеорологиче­скими условиями, топографией и почвой дна, назначением и глуби­ной скважин, литологическим разрезом и т. д.

При бурении геологоразведочных скважин на россыпи использу­ют основания, транспортируемые вместе с буровым оборудованием на плаву, т. е. плавучие буровые установки (ПБУ). Это связано с тем, что максимальная мощность отложений, представляющих интерес для разведки шельфа, а следовательно, и глубины скважин не превышает 100 м (наиболее часто 15—20 м). Если учесть, что породы, составля­ющие эти отложения, рыхлые и позволяют при бурении получать высокие механические скорости, то скважина глубиной 20—30 м от дна моря может быть пробурена за 3—5 ч непрерывной работы, ис­ключая монтаж-демонтаж и переход на другую точку.

При работе с ПБУ возникает проблема ее стабилизации, т. е. ус­транения вертикальных и горизонтальных смещений, вызываемых вет­рами, морскими волнениями, течениями и т. д. Для бурения неглу­боких скважин на акваториях с глубинами до 100 м наиболее прием­лема статическая система стабилизации, хотя и она не гарантирует полной стабилизации. Эта система основана на применении якорей, которые под действием ветра, волн, течений и колебаний уровня воды часто срываются и ползут по дну.

Допустимые значения величин вертикального и горизонтального смещений ПБУ зависят от применяемых схем и способов бурения, глубины моря, диаметров обсадных труб и т. д. Так, амплитуда вер­тикальных и горизонтальных перемещений ПБУ при ударном буре­нии не должна превышать 0,6—0,7 м.

Для разведочного бурения на море применяют буровые суда, пла­вучие буровые установки (ПБУ) и амфибийно-буровые установки (АБУ), характеристика которых приведена в табл. 13.3.

Таблица 13.3. Характеристики судов и установок Установка Глубина бурения, м А*., мм Глубина моря, м Габариты, м Грузо­подъемность, т Водоизме­щение, т ПБУ (плавучие) Приморец Р 50 219 50 16x9x2,4 30 70 АБУ (амфибий­ные суда) 50 132 50 16,2×8,6×3,8 10 57

Способы бурения

В настоящее время для разведки россыпных месторождений ис­пользуют различные способы бурения, эффективность которых при­ведена в табл. 13.4.

Таблица 13.4. Эффективность применения технологических схем бурения с ПБУ в зависимости от высоты волны и глубины моря Способы бурения (тип механизма, Место установки погружающего Высота волны, м Глубина моря, м погружающего снаряд в породы) МСЛ4НИЗМІ1 М Л4рйК1Ср СШІЗИ Сі О С ПБУ 0 0,5 1,0 1,5 15 30 50 >50 Ударно-забивной (подвешенное 1. На наголовнике забиваемой колонны + + — — + + — — на тросе забивное устройство) 2. На придонной муфте заби­ваемой колонны + + + + + + + 3. На керноприемнике, упи­рающемся в башмак забивае­мой колонны + + + + + + + + 4. Придонная муфта и керно — приемник (последовательный отбор) + + + + + + + + 5. Придонная муфта и раскреп­ляемый керноприемник (одно­временный отбор) + + + + + + + + Вращательный 1. Соединен жестко с ПБУ + + _ _ + + + + (вращатель) 2. В направляющих, жестко со­единенных с ПБУ + + — — + + + + 3. На специальном кондукторе с гибкой связью с ПБУ + + + + + + — ~ 4. Забойный вращатель с гиб­кой связью с ПБУ + + + + + + + + Вибрационный (вибратор, вибро­ 1.В направляющих, жестко связанных с ПБУ + + — — + — — — молот) 2. На верхнем конце погружае­мой колонны + + +

Способы бурения (тип механизма, погружающего снаряд в породы)	Место установки погружающего механизма и характер связи его с ПБУ	Высота волны, м	Глубина моря, м
0	0,5	1,0	1,5	15	30	50	>50
	3. На колонне у дна моря	+	+	+	+	+	+	+	__
	4. Опускаемые с керноприем-	+	+	+	+	+	+	+	—
	ником в скважину
Бурение вдавлива­	1. На палубе ПБУ с жесткой	+	+	_	__	+	_	_	_
нием (гидрофициро-	с ней связью
ванная установка)	2. На дне моря с кабель-тросо-	+	+	+	+	+	+	+	—
	вой связью

Примечание. «+» — применение эффективно, «-» — применение нецелесообразно.

Рис. 13.34. Принципиальные схе­мы бурения (а — традиционная; б— разработка МГРИ) на шельфе: / — забивной снаряд; 2 — наголовник; 3 — муфта; 4 — обсадная труба; 5 — баш­мак; 6— керноприемник; 7—ударная штанга

Забивное бурение разведочных скважин с ПБУ выполняют по различным схемам в зависимости от задач, условий и на­личия технических средств.

При традиционной схеме бурения за­бивку обсадной колонны осуществляют ударами по ее наголовнику забивным снарядом, выполненным в виде моно­литного груза с направляющей штан­гой, скользящей внутри колонны.

Широкое практическое применение получила вторая схема МГРИ, по кото­рой обсадную трубу забивают ударами под водой по торцу придонной муфты специальным устройством, скользящим по наружной поверхности колонны (рис. 13.34).

Опыт бурения по этой схеме под­твердил ее преимущества перед тради­ционной. Перенос забивного снаряда под уровень моря повышает безопасность бу­рения, значительно снижает потери энер­гии удара. Это приводит не только к зна­чительному росту заглубления колонны за каждый удар и, следовательно, к по­вышению механической скорости буре­ния, но и к увеличению критической (по условиям устойчивости колонны) изобаты бурения, что при прочих рав­ных условиях ведет к расширению ак­ватории разведки.

При бурении по схеме с нанесением ударов по придонной муфте верхний

конец колонны всегда открыт, что позволяет применять наиболее эффективные схемы отбора керна и наращивать колонну без снятия с нее в каждом рейсе снаряда.

Скважины глубиной до 10 м по рыхлым породам иногда бурят без поинтервального отбора керна. При этом обсадную колонну забивают до полного прекращения углубки, после чего снаряд извлекают из скважины. По мере извлечения труб из них выбивают керн и укла­дывают в геологические мешочки порциями по 0,2 или 0,5 м.

Отработаны параметры забивного снаряда и режимы бурения им в обсадной колонне диаметром 168 мм:

Высота поднятия штанги над стаканом, м………………………….. 3—7

Частота ударов по стакану в мин……………………………………….. 12—16

Длина ударной штанги, м…………………………………………….. 2,5—4,0

Диаметр ударной штанги, мм………………………………………. 110—130

Масса ударной штанги, кг…………………………………………… 200—400

| При бурении снарядами в слабосвязанных обводненных породах

1 лучшие результаты получаются при применении глухих керноприем-

! ных стаканов, а в плотных породах — стандартных разрезных. В ниж­

нем конце переходника глухого стакана установлен поршень, который не препятствует выходу воды из стакана по мере его забивки. При подъеме стакана поршень перемещается вверх, изолирует керн от дей­ствия столба воды, находящегося в скважине, и создает разрежение

в полости стакана между керном и поршнем. Благодаря этому керн

даже слабосвязанных пород удерживается от выпадания из стакана при его подъеме из скважины. Выход керна при бурении в илистых и песчаных породах с использованием глухого стакана с поршнем составляет 85—95%.

Отбор керна керноприемниками при бурении на акваториях воз­можен по трем схемам: 1) ниже башмака колонны; 2) в колонне после ее забивки на определенную глубину и 3) одновременно с за­бивкой колонны.

Первую схему отбора керна на акваториях применяют в конце бурения скважины в случаях, когда башмак колонны упирается в плот­ные коренные породы и дальнейшая забивка колонны в целик за­труднена.

При бурении с отбором керна по второй схеме обсадную колонну забивают в породы на длину отбираемой рейсовой пробы (0,2—1 м) или на длину наращиваемой трубы, которая с учетом специфики морского бурения с плавсредств обычно составляет 2 м. При этом во внутреннюю полость колонны через ее башмак поступает столбик пород, высота которого практически во всех случаях меньше интер­вала погружения колонны. Это связано с уплотнением указанного столбика пород силами его трения о стенки колонны и отжатием им части пород забоя в затрубное пространство, т. е. с проявлением так называемого свайного эффекта. Затем в поступившие в колонну по­роды забивают керноприемник, торец которого стремится отжать в стороны находящиеся под ним породы.

Так как породы в колонне ограничены ее стенками, то отжимать­ся им практически некуда, и поступающий в керноприемник керн еще больше уплотняется, а сам керноприемник практически с самого начала его забивки зажимается (заклинивается) породами, оказавши­мися в кольцевом зазоре между его наружными стенками и внутрен­ними стенками обсадной колонны.

Сложность забивки керноприемника, а также необходимость вы­полнения большого числа трудоемких вспомогательных операций в каж­дом рейсе служат причинами выхода керна низкого качества и малой производительности его отбора из обсадной колонны. Производитель­ность бурения с отбором керна по этой схеме и забивкой обсадной колонны по традиционной схеме составляет 120—220 м на станко — месяц. Средняя сменная производительность бурения за 8 ч не пре­вышает 11 м, рейсовая скорость бурения при длине рейса 0,5 м со­ставляет 1,92 м/ч, а при длине рейса 0,2 м —всего 0,95 м/ч.

При забивке колонн ударами по придонной муфте и отборе кер­на по той же схеме внутри колонны показатели бурения выше за счет исключения постановок на колонну и снятий с нее в каждом рейсе забивного снаряда и уменьшения продолжительности рейса в 1,34 раза.

Дальнейшее повышение производительности бурения возможно, если совместить отбор керна с забивкой обсадной колонны удара­ми по придонной муфте, что сократит количество основных опе­раций в рейсе с 10 до 3, а его продолжительность — практически в 4 раза.

Совмещение забивки обсадной колонны и отбора керна предус­матривает одновременное заглубление в породы колонны и установ­ленного на забое керноприемника. Применение схемы забивки ко­лонны ударами по придонной муфте увеличивает количество возмож­ных вариантов решения этой задачи благодаря постоянно открытому верхнему концу забиваемой колонны.

Свободна от перечисленных недостатков схема бурения с поин- тервальным отбором керна, при которой колонну погружают в поро­ды совместно с зафиксированным в ней керноприемником. При этом нет необходимости применять долота, так как башмак колонны раз­рушает или раздвигает в стороны валуны и галечники и формирует поступающий в керноприемник цилиндрический столбик керна. Отбор керна у башмака колонны увеличивает его качество и процент выхо­да, так как породы забоя поступают в керноприемник без уплотнения и в последствии легко и быстро из него извлекаются.

Наиболее эффективен способ забивного бурения с совмещением процессов погружения обсадной колонны и керноприемника, вклю­чающий фиксацию керноприемника в колонне давлением нагнетае­мой в нее воды и погружение их вместе в породы ударами кольцевого забивного снаряда по придонной муфте колонны. Для реализации способа керноприемник снабжен эжектором, который формирует потоки воды в керноприемном стакане, заколонном пространстве и

в кольцевом зазоре между колонной и стака­ном (рис. 13.35).

Поток воды в кольцевом зазоре между ко­лонной и керноприемным стаканом предотвра­щает попадания в зазор выбуриваемых пород и тем самым исключает заклинивание съемного гидрораскрепляющего керноприемника (СГК) в колонне и засасывание пород забоя при его извлечении из скважины. Обратный поток воды в стакане снижает сопротивления вхождению в него пород, уменьшает уплотнение и отжатие керна в забашмачное пространство, повышает качество и выход керна, в 3—4 раза увеличива­ет возможную длину рейса, сокращает их коли­чество, затраты времени и труда на их выпол­нение и повышает производительность бурения.

Бурение скважин на акваториях по описан­ному способу осуществляют следующим обра­зом. На палубе ПБУ собирают постоянно дей­ствующий узел колонны, включающий башмак, две трубы, соединенные упорной муфтой с внут­ренним кольцевым выступом, и установленный на муфте забивной снаряд, соединенный с тро­сом инструментальной лебедки. В точке буре­ния этот узел при помощи вспомогательной ле­бедки вывешивают в проеме ПБУ и, наращивая колонну, опускают до упора башмака в дно ак­ватории.

В собранном керноприемнике втулку пере­мещают в крайнее нижнее положение, на гри­бок одевают ловитель, керноприемник выве­шивают на тросе вспомогательной лебедки и опускают в колонну. Рациональные параметры наиболее часто применяемой на практике удар­ной системы:

Рис. 13.35. Схема забив­ного бурения с примене­нием СГК:

1 — керноприемный стакан; 2 — эжектор; 3 — шток;

4 — втулка; 5 — грибок;

6 — вертлюг-сальник; 7 — ко­лонна; і?—снаряд забивной; 9— муфта; 10— муфта упор­ная; 11 — окна промывочные; 12— башмак

Диаметры наружный/внутренний элементов ударной системы, мм:

труб обсадной колонны………………………………………………………… 168/152

башмака обсадной колонны……………………………………………………. 188/128

керноприемного стакана……………………………………………………….. 140/128

узла СГК, воспринимающего давление

забивного снаряда………………………………………………………………… 430/203

Высота сбрасывания забивного снаряда, м……………………………………… до 2

Ускорение движения забивного снаряда, м/с………………………………….. до 8

Описанные способы бурения и технические средства для их осу­ществления использованы при бурении скважин в АО «Дальморгео — логия». Опыт бурения подтвердил, что перенос забивного снаряда

ниже уровня моря повышает безопасность работы и при ударах по придонной муфте позволяет увеличивать глубины и диаметры сква­жин и расширять площади разведки, а также снижает потери энергии удара. Это приводит к большему, чем при традиционном способе, за­глублению колонны за каждый удар и, следовательно, повышению ско­рости бурения. В частности, при глубине скважины по породам 20 м скорость погружения обсадных труб диаметром 168 мм составляет традиционным способом 4,3 м/ч, новым — 10 м/ч, а при глубине сква­жины 30 м— 1,4 и 6,5 м/ч соответственно. Новым способом забивали в породы трубы диаметром 273 мм на Японском море и диаметром 325 мм на Балтийском. Решить такие задачи традиционным способом невозможно.

Вращательный способ бурения с отбором керна в твердых породах является наиболее рациональным. С целью повышения эффективно­сти бурения скважин с ПБУ вращательным способом отечественными и зарубежными инженерами разработан ряд оригинальных конструк­ций вращателей, учитывающих специфические условия работы. Раз­работки проводят в основном в направлении создания вращателей с индивидуальным приводом.

В настоящее время разработаны вращатели различных типов: вра­щатели, устанавливаемые на платформе ПБУ, на кондукторе, забой­ные вращатели (винтовые двигатели).

Среди вращателей, устанавливаемых на платформе ПБУ, наиболее рациональным признан ВМБ-5 для бурения скважин глубиной до 100 м с глубиной моря до 50 м.

Конструктивная особенность ВМБ-5 — стол ротора, снабженный двумя вкладышами: наружным и внутренним. Причем внутренний вкла­дыш соединен с наружным, а последний — со столом ротора шарнир­но при помощи пальцев, установленных в двух диаметрально перпен­дикулярных плоскостях. Это исключает изгиб ведущей штанги при наклоне палубы ПБУ до 10°.

Использование забойных вращателей для сооружения скважин с ПБУ объясняется стремлением избавиться от влияния качки на процесс бурения. Это возможно при условии отсутствия жесткой связи между ПБУ и буровым снарядом и обеспечивается при бурении забойной машиной (двигателем). Забойный двигатель вращает только колонко­вый снаряд или долото, бурильная колонна при этом воспринимает реактивный момент и не вращается. Известны два вида забойных дви­гателей: электрический — электробур и гидравлический — турбобур или винтовой двигатель (табл. 13.5).

Для бурения скважин на россыпи наиболее приемлемыми счита­ются винтовые двигатели. Винтовые двигатели, выпускаемые в Рос­сии, выполнены по единой компоновочной схеме и имеют неподвиж­ный статор и планетарно вращающийся ротор, представляющие собой зубчатую пару с внутренним косозубым зацеплением с разницей в чис­лах зубьев, равной единице. Одним из основных технологических параметров процесса бурения винтовыми двигателями является расход

Параметры	Турбобур ТС4А-4	Винтовой двигатель
Д-127	Д-85	Д-54
Расход жидкости, л/с	8	15-20	5-7	2-3
Перепад давления, Мпа	5,5	5,5-7,0	4,5-6,0	3,5-4,0
Частота вращения, об/мин	810	130-175	130-280	350-500
Мощность на валу, кВт	16,2	20-30	6-10	2-5
Диаметр корпуса, мм	104,5	127	88	54
Длина, мм	12 775	6000	3235	2230
Масса, кг	629	450	111	27

промывочной жидкости. Он существенно влияет на развиваемые дви­гателем крутящий момент, частоту вращения и мощность. По мере роста крутящего момента перепад давления на двигателе увеличивается линейно, а частота вращения снижается вначале незначительно, а при торможении двигателя — резко. Зависимости мощности двигателя и КПД близки между собой по характеру и имеют точки максимума. Посколь­ку перепад давления на двигателе пропорционален крутящему моменту на его валу, то работу двигателя на забое можно контролировать по из­менению давления на насосе. Винтовой двигатель обеспечивает высо­кий крутящий момент на выходном валу, что позволяет создавать боль­шие осевые нагрузки на породоразрушающий инструмент при низкой частоте вращения, мало изменяющейся при увеличении осевой на­грузки. Последнее обеспечивает сохранность керна при бурении с про­мывкой в рыхлых отложениях и породах перемежающейся крепости.

Для повышения выхода керна при бурении в таких породах реко­мендуется уменьшать скорость потока в зазоре между керном и внут­ренней стенкой коронки, а также создавать в керноприемной трубе восходящий поток, препятствующий самозаклиниванию керна. Реа­лизовать это при бурении винтовыми двигателями можно, используя комбинированную схему циркуляции промывочной жидкости. Принцип ее в том, что жидкость, поступающая по бурильной колонне к двигате­лю, выходит из его ротора выше колонковой трубы и часть ее по сква­жине поступает по кольцевому зазору к забою, омывая торец породо­разрушающего инструмента, а затем через внутреннюю полость снаряда вновь попадает в затрубное пространство, вынося продукты разрушения. Такая схема промывки может осуществляться с применением специаль­ных снарядов: пакерных, эжекторных и для «безнасосного» бурения.

Схема работы снарядов для «безнасосного» бурения винтовыми двигателями аналогична схеме безнасосного бурения поверхностными вращателями. Известны две конструкции таких снарядов: одинарные и двойные (рис. 13.36).

Одинарный снаряд состоит из коронки 1, колонковой трубы 2, седла клапана 3, клапана 4, переходника 5, шламоотводящей трубы 6, отводного канала 7. Двойной снаряд снабжен также трубой-юбкой 8 и коронкой-расширителем 9.

а б Рис. 13.36. Схемы одинарного (а) и двойного (б) снарядов и их работы при безнасосном бурении

Бурение скважин с непрерывным транспортированием керна исклю­чает наиболее трудоемкие операции, связанные с его отбором и об­садкой скважины трубами, а также существенно сокращает затраты времени на сооружение скважины в целом. Последнее повышает вероятность завершения скважин в периоды благоприятных для буре­ния погодно-климатических условий. Применение двойной колон­ны наряду с основным эффектом предохраняет ствол скважины от контакта с очистным агентом и обусловленных этим негативных явлений (обрушение ствола, образование сальников и условий для затяжек инструмента, миграции полезных компонентов вдоль сква­жины и т. д.).

В настоящее время для этой цели используют несколько техноло­гических схем бурения, главными из которых являются следующие:

✓ вращательное бурение с гидротранспортом керна (ГТК) и шлама; ударное бурение с непрерывной транспортировкой выбуренной породы.

Вращательное бурение с ГТК осуществляют комплексом техни­ческих средств КГК-50/50П, который предназначен для бурения скважин в породах I—IV с прослоями V—VII категорий по бури — мости преимущественно при поисках и разведке россыпных место­рождений шельфа. Он смонтирован на ПБУ «Приморец» и отли­чается от аналогов наличием системы компенсации качки, пере-

движного стеллажа для двойной колонны труб, керноприемного устройства применительно к условиям бурения в сильно обводнен­ных породах с содержанием до 40 % мелкой фракции, увеличен­ным диаметром бурения и зависящим от него параметрами приво­да и составляющих элементов.

Технические характеристики комплекса для бурения с гидротранс­портом керна:

Наружный диаметр твердосплавной коронки, мм	132
Глубина бурения, м	50
Глубина моря, м	50
Диаметры труб, мм:
наружных	108
внутренних	73
Длина трубы, м	2
Масса двойной трубы, кг	62
Диаметр керна, мм	61-65
Частота вращения, об/мин	75 и 165
Крутящий момент, Н • м	3500
Ход подачи, мм	3800
Усилие подачи, кН:
вниз	31
вверх	56,5
Тип приводного двигателя	Д-65Н;
Мощность двигателя, кВт	48
Тип бурового насоса	НБ4-320/63;
Подача насоса, л/мин	32-320
Транспортная база	ПБУ «Приморец»

Комплекс испытан при бурении более 300 м скважин глубиной до 25 м. Забуривание осуществляли задавливанием снаряда на глу­бину 1,5 м. Рекомендуемые режимные параметры приведены в табл. 13.6.

Таблица 13.6. Режимные параметры КГК Порода Расход воды, л/мин Частота вращения, об/мин Осевая нагрузка, кН Параметры расхаживания, м интервал высота Пески, суглинки, алевро­литы, глины Плотные глины с включе­нием валунов, гальки 240-260 300-370 70-90 40-65 4-6 6-10 0,5 3-3,5 0,5 1,5-2,0 0,5 0,5-2,5 0,5 1,0-2,0

Традиционный способ вращательного бурения с гидротранспорти­рованием керно-шламового материала не удовлетворяет ряду геолого­методических требований к качеству бурения по следующим причи­нам: не обеспечивает опережения забоя трубами и, как следствие, недостаточна геологическая информативность. Кроме того, невозможно определение границ пород разреза из-за обогащения или обеднения транспортируемых проб. Имеется также ряд технических проблем: невозможность поддержания рациональных режимов бурения из-за качки ПБУ, трудность передачи больших осевых нагрузок из-за из­гиба двойной колонны труб (ДКТ) в интервале между поверхностью и дном моря, невозможность замены износившегося породоразруша­ющего инструмента, малые диаметры, высокая стоимость, сложность и ненадежность конструкции ДКТ, большие затраты мощности на ее вращение.

Этих недостатков лишен способ ударного бурения, сочетающий погружение в породы ДКТ и гидротранспортирование керна по ее центральному каналу. ДКТ для реализации нового способа состоит из подвижных одной относительно другой в продольном направлении наружной и внутренней колонн. Погружают ДКТ в породы ударами подводного кольцевого забивного снаряда по придонной муфте на­ружной колонны (схема I) или ударами по ее башмаку внутренней колонной (схема II). В обеих схемах бурение ведут с опережением забоя скважины башмаком ДКТ (рис. 13.37).

Новый способ эффективнее вращательного бурения с гидротранс­портированием керно-шламового материала по геологической инфор­мативности, скорости бурения, простоте исполнения, обслуживания и доступности приобретения необходимого оборудования. Опережение забоя скважины башмаком ДКТ позволяет отслеживать интервалы слоев пород путем прекращения погружения колонны и вымывания из нее керна до полной очистки восходящего потока воды. Также предотвра­щается уход в затрубное пространство нагнетаемой к забою воды и тем самым исключается выдавливание пород забоя в затрубное простран­ство и образование породных пробок в канале ДКТ. Погружение ДКТ в породы ударами не требует ее расхаживания. Это исключает обру­шение пород из стенок скважины к забою, обогащение или обеднение проб и обеспечивает 100 %-й выход керна.

Данный способ позволяет выбуривать керн большого диаметра, так как увеличение диаметра ДКТ не усложняет ее конструкции и не требует такого интенсивного увеличен™ мощности на ее погружение в породы, как при вращательном бурении. Поэтому относительно просто изготовить ДКТ с внутренним диаметром, достаточным для отбора проб забивными стаканами или перехода на вращательное бурение.

Нанесение ударов по башмаку колонны уменьшает ее изгиб и по­тери энергии на деформации, увеличивает КПД удара, возможные глу­бины скважин и разведываемых акваторий. Отсутствие жесткой связи плавсредства с ДКТ и погружающими ее механизмами увеличивает время бурения, ограничиваемое волнением моря. Возможность посту­пательного перемещения внутренней колонны относительно наружной позволяет использовать внутреннюю колонну для забивания и выби­вания наружной, что гарантирует извлечение их при бурении с ПБУ малого водоизмещения без опасности ее потопления, а при бурении на глубоких акваториях — наращивать только внутреннюю колонну (см. рис. 13.37, схема II). При этом повышается производительность

Рис. 13.37. Схемы забивного бурения с гидротранспортированием керна (/, II) и отстоя ДКТ в период шторма (III): / — башмак ДКТ; 2 —ударник; 3— муфта; 4 — снаряд забивной; 5— колонна наружная; 6— колонна внутренняя; 7—вертлюг-сальник; £—колено отводное; 9 — проем ПБУ; 10 — шланг нагнетательный; 11 ~ буй

бурения, снижается трудоемкость работ и количество поломок ДКТ, так как ДКТ используется в качестве телескопического кондуктора. Это дает возможность на время шторма опускать его верхний конец под уровень моря, уменьшая тем самым воспринимаемый им изгибающий момент за счет уменьшения высоты кондуктора и сил волнового дав­ления (см. рис. 13.37, схема III).

Испытаниями снарядов, составленных из наружных труб диамет­ром 168/150 мм, внутренних — 127/107 мм, определены оптимальные режимные параметры и соответствующие показатели бурения для раз­личных горных пород.

Для обеспечения оптимальной скорости потока, равной 2 м/с в керноприемной трубе, необходим насос производительностью до 1000 л/мин с давлением 0,9 МПа, чему удовлетворяют центробеж­ные насосы НВЦ 63/80, 63/100.

Для однорейсового вращательного или вибрационного бурения под­водных скважин предназначена большая часть созданных в настоящее время погружных автономных установок. Они включают в себя стаби­лизирующее придонное основание с направляющими, по которым пе­ремещается подвижный вращатель или вибратор с колонковой трубой, и отличаются простотой устройства в эксплуатации, а также незначи­тельными затратами времени и средств на отбор проб в верхних слоях донных отложений.

К погружным установкам для однорейсового бурения подводных скважин предъявляются следующие требования: высокая мобильность;

большая автономность, обеспечивающая независимость от ог­раниченных колебаний моря и частичных перемещений базового судна;

•/ гибкая связь с плавсредством, позволяющая удерживать по­следнее над заданной точкой одним штатным якорем, без дополни­тельной стабилизации и использования компенсаторов качки, амор­тизаторов, других вспомогательных приспособлений;

У комбинированный способ бурения, значительно расширяющий область применения как по глубинам скважин, так и по физико-ме­ханическим свойствам пород;

У заданный выход керна и высокая достоверность опробования;

У регулируемая непрерывная обратная призабойная циркуляция жидкости, обеспечивающая снижение свайного эффекта и увеличение механической скорости и рейсовой углубки.

В настоящее время разработано большое количество установок и пробоотборников, отличающихся принципом действия и конструктив­ными особенностями. Большинство из них создано для конкретных геолого-технических условий бурения, поэтому имеет весьма ограни­ченную область применения. Наиболее эффективны установки с по­вышенной углубкой за рейс, в которых применяют колонковые трубы длиной 8—12 м, что в сборе с гидровибратором составляет 10—14 м.

Комментарии запрещены.