Введение
      Крепление скважин обсадными колонами занимает важное место в технологии сооружения скважин, обеспечивая предотвращение осложнений и снижение затрат на их ликвидацию. В то же время этот вид работ увеличивает время сооружения скважин и их стоимость.

Задача сокращения затрат времени и материалов, снижения стоимости работ по креплению скважин при сохранении результатов крепления является весьма актуальной особенно в условиях как с геологическими нарушениями, так и с пересечением зон влияния горных выработок, что приводит к сложным конструкциям скважин.

В практике бурения применяют обсадные колонны, выходящие на поверхность земли, и потайные обсадные колонны (ПОК), у которых верх не выходит на поверхность земли, а находится либо в предыдущей обсадной колонне, либо в незакрепленном участке скважины. Преимущество ПОК является резкое сокращение труб и затрат времени на крепление, нес таток - невозможность извлечения и утилизации колонны и трудность с изоляцией зазора между стеной скважины и верхним кольцом колонны.

В специальной литературе по геологоразведочному бурения вопросу применения ПОК внимание не уделено. Лишь в справочнике по бурению на уголь /8/ указано, что проблема герметизации затрубного пространства таких колон - чрезвычайно сложная задача и при большом выходе открытого ствола из под башмака колонны возникает осложнение вследствие поглощение промывочной жидкости. Сложность герметизации верхнего конца возникают в связи с тем, что для заливки технологического материала требуется предотвращение перекрытого зазора между трубами и стенками скважин, а также из-за ухода этого материала в зону поглощения. Кроме того, при заливке сверху происходит неравномерное заполнение зазора, а его малая величина не позволяет создать прочное цементное кольцо, которое разрушается при поперечных ударах бурового снаряда о верх колонны.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
      Для изоляции верхней части потайной колонны разработаны различные устройства, каждое из которых имеет свои достоинства и недостатки. Для спуска и цементирования хвостовиков и секций обсадных колонн В.Д. Куртовым было разработано устройство, изображенное на рисунке 1. /1/. На рисунке 1,а изображено предлагаемое устройство; на рис. 1,б - разрез А-А; на рис. 1, в - разрез Б-Б.

Обоснование направления работ
      Анализ проблемы показывает, что технология изоляции колонны сосредоточена на изоляции зазора путем выполнения тех или иных действий в самом зазоре, что при его размере в 2-3 мм как при геологоразведочном бурении крайне затруднено.

Предлагается использовать для повышения надежности изоляции новый подход к техническому решению, предполагаемый выполнение определенных действий из внутренней части трубы с последующим восстановлением проходного размера. В предыдущем разделе указаны некоторые устройства, позволяющие использовать этот подход. Но рекомендовать эту прогрессивную методику крепления можно только на перспективу, т. к. нужно специальное механическое оборудование для изготовления этих устройств, что требует имущественных вложений.

Основной задачей настоящей работы является создание устройства, которое наряду с высокой надежностью герметизации было бы достаточно просто и дешево. В качестве такого устройства предлагается использовать конструкцию потайной обсадной колонны, которая позволяет размещать герметизирующий состав непосредственно в опускаемой колонне и выдавливать этот состав в зазор между стенками скважины и трубой для заполнения зазора снизу вверх.

Описание устройства
     К основной колонне труб присоединен ниппель-центратор, диаметр, которого на 1 мм меньше диаметра бурения. Ниппель имеет уступ, на который помещена перегородка из легко разбуриваемого материала (например, древесина). Снаружи ниппель имеет проточку, на которой помещена резиновая манжета. К резьбе ниппеля присоединена обсадная труба. В верхней части трубы на срезных шпильках помещен переходник на бурильные трубы. Внутри трубы находится удлинитель и поршень из легко разбуриваемого материала (например, из алюминия) с резиновой манжетой.

Труба в нижней части имеет отверстия, для выхода герметика перекрытые снаружи манжетой.

В качестве тампонажных материалов при изоляции верхней части потайных колонн, очевидно, могут использоваться материалы, применяемые в строительном деле для гидроизоляционных работ

Принцип действия
      Устройство применятся следующим образом. На забой скважины заливается цементный раствор. После спуска колонны труб на последнюю трубу привинчивается центратор в сборе с трубой, перегородкой и манжетой. Внутрь помещается тугопластичный герметик, затем поршень и переходник с удлинителем. Переходник закрепляется срезной шпилькой, которая выдерживает вес колонны. Длина удлинителя зависит от длины трубы, которая подлежит изоляции герметиком и объема герметика, помещенного в трубу.

После спуска колонны на забой ее башмак входит в цементный раствор. Усилием гидравлики станка срезают шпильку и создают давление на поршень. Герметик через отверстие в трубе выдавливается наружу, растягивая манжету и прижимая ее к стенке скважины. Полнота выдавливания контролируется по замеру. Герметик надежно перекрывает зазор между трубой и скважиной.

Бурильные трубы, переходник и удлинитель извлекают после выдержки, необходимый для схватывания цемента в нижней части колонны. Внутрь опускают снаряд с колонковой трубой и коронкой, и разбуривают поршень, манжету и перегородку.

ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗРАБОТАННОГО МЕХАНИЗМА
      Разработанная конструкция позволяет размещать герметизирующий состав непосредственно в опускаемой колонне и выдавливать этот состав в зазор между стенкой скважин и трубой. Это позволяет одновременно сохранить время на произведение герметизации зазора и повысить надежность герметизации (так как зазор заполняется герметиком снизу-вверх). Также устройство является простым и надежным в эксплуатации и простым и дешевым в изготовлении. При использовании устройства следует придерживаться требования техники безопасности, свойственных, в общем, для геологоразведочного бурения. Устройство и методика работы с ним не противоречит законодательству по охране недр и окружающей среды.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ
      Предлагаемое устройство используется для крепления скважин обсадными трубами диаметром 89 мм. При этом следует учитывать, что обсадную колонну надо установить так, чтобы ее верхняя часть, которая подлежит герметизации, находилась не в пучащих и не в набухающих породах разреза скважин.

Обсадная колонна труб спускается в скважину на бурильных трубах и присоединена к переходнику с помощью срезных шпилек, которые при установке колонны на забой срезаются гидравликой станка. Поэтому это устройство используется при бурении скважин станками, имеющими гидравлический тип подачи.

Устройство собирается непосредственно на буровой. При доставке конструктивных элементов устройства на буровую следует принимать меры, чтобы не повредить резьбовые части элементов.

Герметик поставляется в специальной установке. При транспортировании и применении герметика необходимо соблюдать требования безопасности, установленные органами санитарно-эпидемиологического государственного надзора, которые должны быть указаны в нормативном документе на конкретный герметик.

Как было указано выше, устройство собирается непосредственно на буровой. После спуска колонны труб (колонна удерживается на устье с помощью хомутов или трубодержателя) на последнюю трубу навинчивается ниппель-центратор с помощью специальных ключей.

Далее на уступы ниппеля-центратора устанавливается перегородка. После чего к резьбе ниппеля-центратора привинчивается верхняя обсадная труба. На проточку, которая находится снаружи ниппеля-центратора, помещаем резиновую манжету. Колонну обсадных труб опускаем дальше в скважину так, чтобы верхняя обсадная труба выходила над устьем на 0,5 м. Во внутрь верхней обсадной трубы с помощью специальных мерных емкостей заливаем герметик в необходимом объеме, в трубу также помещаем поршень с манжетой. После этого к ведущей трубе присоединяем верхний переходник, к которому привинчиваем снизу удлинитель. Удлинитель помещаем на поршень, установленный в верхнюю обсадную трубу и опускаем переходник с удлинителем внутрь трубы до тех пор, пока отверстия под шпильки в верхней части обсадной трубы. Берутся срезные шпильки, вставляются в отверстия в обсадной трубе и ввинчиваются в резьбу отверстий на переходник. После этого к переходнику присоединяются бурильные трубы, убираются хомуты для обсадной колонны и обсадная колонна спускается в скважину на бурильных трубах.

После окончания процесса тампонирования верха обсадной колонны из скважины извлекается переходник и удлинитель. В переходнике следует сделать новые отверстия для срезных шпилек, чтобы можно было использовать повторно. Следует отметить, что при проведении работ с герметиком запрещается использование открытого окна, а также необходимо применять спецодежду и индивидуальные средства защиты в соответствии с действующими нормами.

         Применение потайных обсадных колонн обеспечивает разное сокращение расхода труб, то есть сокращаются денежные затраты на приобретение обсадных труб. Одновременно со снижением затрат материалов снижаются и затраты времени на произведение операций крепления скважин, что с экономической точки зрения провидит также к снижению стоимости работ. Таким образом разработанное устройство позволяет сократить затраты времени и материалов, то есть снизить стоимость работ по креплению скважины при сохранении результатов крепления.

         В ходе проведенной работы изучена проблема крепления верха потайной обсадной колонны. Рассмотрены некоторые устройства для спуска и тампонирования потайных колонн, их преимущества и недостатки. Предложена одна из конструкций этих устройств и разработаны ее конструктивные параметры. Произведены необходимые расчеты составных деталей устройства и описаны технология применения и правила эксплуатации. Предложенное устройство является простым и надежным в эксплуатации и простым и дешевым в изготовлении, вместе с этим данная конструкция позволяет сократить время на проведения крепления верха потайных обсадных колонн. Следует сказать, что недостатком разработанного устройства является применение его при бурении скважин станками, имеющими гидравлический тип подачи (с помощью гидравлики срезаются шпильки). Поэтому в перспективе возможно совершенствование устройства путем изменения конструкции переходника так, чтобы давление на срезные шпильки можно было создавать потоком жидкости, подавляемой насосом (конструкция переходника со сбрасываемым в него шариком).