Про заглибних гідроударних установках можна знайти інформацію на сайті магістрів ДонНТУ (магістри кафедри Технології та техніки геологорозвідувальних робіт), чиї роботи неодноразово були присвячені тематиці буріння свердловин на континентальному шельфі .
Структурно багатофункціональний гідроударних буровий снаряд (ГБС) об'єднує три основних елементи: гідроударних механізм, для передачі динамічних навантажень, на забій свердловини; колонковий набір (КН), для формування та відбору керна на заданому інтервалі свердловини, і пускові вузли (верхній - ВПУ і нижній - НПУ), принципово призначені для припинення або встановлення зв'язку потоку робочої рідини з камерами гідроударного механізму і колонкового набору.
Схема розробленого гідроударного бурового снаряда наведена на мал. 6. У запропонованому ГБС збережений склад і структура зв'язку виконавчих елементів, характерних для снарядів, що застосовуються в широко відомих установках типу УМБ і УГВП. Разом з тим, в конструкціях гідроударника і пускових вузлів внесені зміни, істотно підвищили експлуатаційні показники ГБС.
Малюнок 5 – Принципова схема гідроударного бурового снаряда
Принциповою відмінністю розроблених гідроударників є роздільне виконання ударного вузла і гідродвигуна механізма.Однокорпусное виконання ударного вузла дозволило зменшити кількість проміжних ланок в системі «бойок-ковадло - КН». Виключення зі складу системи додаткової різьбового з'єднання на проміжку «бойок-ковадло» можна розглядати як рішення, що забезпечує підвищення коефіцієнта передачі ударної потужності на забій свердловини. За даними, в різьбовому з'єднанні на шляху переміщення ударного імпульсу, який формується при зіткненні бойка і ковадла втрати енергії удару досягають 15 - 30%.
Ізоляція гідродвигуна від камери бойка дозволило також забезпечити гарантований запуск гідроударника при спуску його в зашламованную свердловину. При цьому камера бойка, навіть при проникненні в неї піску, окалини або шламу очищається постійного набігаючим неробочим потоком рідини. З'явилася також можливість застосовувати в конструкції гідроударника більш масивні бойки зі збереженням його довжини, що, в процесі експлуатації установок, не порушує вимог до габаритів виносу снаряда за борт судна.
Принципові зміни внесені в конструкцію і характер роботи пускових вузлів, з дотриманням ідентичності виконання як ВПУ, так і НПУ. Використання в пускових вузлах двоелементною запірного пристрою, що спирається на пружину, забезпечило гарантоване блокування гідроударника на фазі розмиву порід з надійним поверненням запірного пристрою в початкове положення з відновленням зв'язку камер гідродвигуна з робочим потоком рідини, і ізоляцією камери керноприймальна труби від потоку відпрацьованої рідини при запуску і роботі гідроударника. Запропонована схема пускових вузлів забезпечує можливість оперативного і багаторазового зміни режиму руйнування опадів на інтервалі буріння, що є ефективною альтернативою проходки інтервалів глинистих порід або щільних пісків, за рахунок з'явилася можливість використовувати ударно-гідромоніторному буріння таких порід, замість традиційно використовуваного трудомісткого «клює в зад» способу.
В процесі реалізації поінтервального буріння свердловин в циклі чергування способів руйнування опадів виділяються два стани ГБС:
робочий - на фазі занурення колонкового набору в грунт з формуванням керна в колонкового наборі (мал. 5, б);
зблоковані - на фазі розмиву опадів на раніше пройдений або заданій ділянці стовбура свердловини (мал. 5, а).
Схематичний креслення створеного гідроударника наведено на (мал. 6). Функціонально, гідроударних снаряд може бути використаний як при Однорейсовий проходці, так при Багаторейсові бурінні свердловин. Принциповою відмінністю розробки по відношенню до відомих снарядів ПБС-127 і ПБС-108 є включення до складу гідроударника розподільного перехідника 1 (мал. 6), а також роздільне виконання ударного вузла і гідродвигуна ПБС з гарантованим захистом його клапанно-поршневий групи від запесочіванія при спуску машини в свердловину. Однокорпусному виконанні ударного вузла з одного боку дозволило зменшити довжину бойка 4 без зменшення його маси, що істотно зменшило вимога до габаритів виносу установки за борт судна. З іншого боку, при реалізації схеми комбінованого руйнування опадів при Багаторейсові бурінні з'явилася можливість оперативного чергування гідромоніторного руйнування порід і ударного занурення колонкового снаряда на заданому інтервалі свердловини за допомогою тільки одного верхнього розподільного вузла, режим спрацьовування якого забезпечується зміна подачі морської води в нагнітальних лінію. Виключення з переліку елементів ПБС нижнього пускового вузла істотно спростило не тільки конструкцію, але експлуатацію снаряда.
Шляхом уніфікації клапанної групи та оптимізації співвідношень конструктивних і робочих параметрів гідродвигуна, отримані достатні силові характеристики механізму при витраті рідини 180-200 л / хв. Додатково спрощена конструкція насосного блоку ПБС, клапанна група якого розміщена безпосередньо в нижній ковадлу 5. Включення до складу ПБС поршня-золотника 6, що виконує роль зворотного клапана і, свого роду, лубрикатора, компенсуючого зміну об'єму рідини в камері бойка, при його переміщеннях, забезпечило не тільки надійну ізоляцію робочих камер гідроударного механізму від потрапляння в них піску і часток шламу при узвозі снаряда в свердловину, а й виключити всас рідини з камер бойка, що дозволило має надійну зворотну циркуляцію потоку в керноприймальна трубі 7.
Комплектність ПБС при роботі в режимі однорейсового пробовідбору показана на (мал. 6, а).
При включенні насоса рідина по нагнітальному шлангу, зміщенийному каналу вантажного перехідника і каналу «а» розподільного перехідника 1 потрапляє в робочі камери гідродвигуна гідроударного механізма, забезпечуючи зворотно-поступальнихвалий переміщення поршня-боки 4. Останній, в кінцевих точках завдає ударів по ковадлах 3 і 5, формуючи на них ударні навантаження, що передаються колонкового набору. Вихлоп відпрацьованої в гідроударника рідин та забезпечується через зворотний клапан 2 і вікно «б».
При реалізації схеми багаторейсового буріння, сутність якої полягає в інтервальної проходці ствола з чергуванням розмиву порід на заданому інтервалі свердловини при непрацюючому гідроударника (без відбору керна) і поглиблення забою за рахунок високочастотного ударного занурення бурового снаряда в опади (з відбором керна), гідроударних механізм додатково оснащується пусковим вузлом (мал. 6, б і в).
В режимі пробовідбору подача насоса відповідає номінальній для роботи гідроударника (180-200 л / хв). При цьому пружина 9 компенсує силу тиску потоку на поверхні клапана 8 (мал. 6, б). Рідина, потрапляючи в робочі камери гідроударника по каналу «д» циліндра 10 пускового вузла та каналу «а» розподільного перехідника 1 забезпечує робочий цикл гідроударника.
Для переходу в режим гідромоніторного руйнування опадів витрата рідини збільшується. Як правило, на фазі розмиву опадів подача насоса встановлюється на рівні не менше 400 л / хв. При такому збільшенні витрати рідини, на клапані 8 формується сила тиску, що перевищує зусилля стиснення пружини 9. Клапан переміщується вниз до посадки в сідло 11 циліндра 10 (мал. 6, в). Відкриваються вікна «е». Далі, рідина через вікно «ж», канал «к» розподільного перехідника 1 і зміщені канали верхньої 3 і нижньої 5 наковален, долаючи зусилля пружини 12, зміщує поршень-золотник 6 і відкриває вікна «в». Потік води через внутрішню порожнину керноприймальна труби 7 і кернорватель-насадку 14 в черевику 13 спрямовується на забій свердловини, забезпечуючи розмив породи. При необхідності змінити режим руйнування опадів, в гідросистемі знижується витрата рідини до номінального значення для запуску і роботи гідроударника. У цій ситуації сила тиску на клапан 8 зменшується, і клапан 8 пружиною 9 повертається у вихідне положення, що відповідає фазі пробовідбору.
Малюнок 6 – Схема заглибного бурового снаряда установки УМБ-2М
Комплект опори включає два модулі: направляючий вузол і донне основу. Обидва модулі розбираються на декілька компактних вузлів і в транспортному положенні все демонтоване обладнання (за винятком напрямних стійок) і ЗІП розміщуються в штатному ящику (1,0:0,7:0,8 м).
При підготовці опори до роботи, виконується роздільна збірка направляючого вузла і донного підстави.
Конструктивними елементами направляючого вузла (мал. 8б) є дві стійки 2 і рухлива напрямна каретка 3.
Стійка являє собою відрізок бурильної труби діаметром 50 мм, на нижньому кінці якої приварений опорний патрубок 3 (мал. 8б). До знімною частини стійки ставляться обмежувач 1 і опорна втулка 5.
Рухома каретка (мал. 8а), виконана у вигляді зварного корпуса 1 з напрямними патрубками 2 і пружними фіксаторами 3, на яких, з можливістю обертання закріплюється поворотна воронка 5.
При складанні направляючого вузла на стійках 2 (мал. 8б) розміщуються опорні втулки 5 і каретка 3. Потім на верхній частині стійок закріплюються знімні обмежувачі 1.
Донне підставу включає жорстку компактну донну коробку і шість опорних лап, довжиною 0,8 м.
малюнок 8 – Направляючий вузол: а-рухома каретка, б-направляючий вузол в зборі.
Корпус коробки 1 (мал. 9а) має настановні патрубки з різьбою під монтажні втулки 2, і направляючий циліндр 4 з відкидним полухомутом 5, який обертається на осі 7 і, в закритому положенні, фіксується замком 6. Торцеві сторони коробки Є штани прорізи для розміщення в них опорних лап.
Опорні лапи являють собою зварену раму з відрізків бурильних труб діаметром 50 мм. У передній частині лам на подовжених патрубках встановлені гумові демпфери. На протилежному кінці рами виконаний патрубок, який є монтажним елементом опорної лапи. Чотири фронтальні лапи 3, 5, 7 і 8 (рис. 9б) мають патрубки 10 для установки знімних опорних підставок 2 і 6.
Збірка підстави полягає в розміщенні в очкурах отворах коробки опорних лап з наступною їх фіксацією пальцями.
Надалі направляючий вузол опорними патрубками стійок поміщається в настановні патрубки коробки і різьбовий частиною опорних втулок притягається до донної коробці.
Малюнок 9 – а) коробка донного підстави, б) розміщення бурового снаряда у воронці рухомий каретці
рідини.
Збірка установки завершується розміщенням бурового снаряда 4 в поворотною воронці каретки 1 (мал. 10). В патрубки 10 фронтальних лап встановлюються знімні опорні підставки 2 і 6, рівень поверхні яких однаковий і збігається з висотою опорної частини поворотною воронки, що дозволяє мати не тільки постійний горизонт положення снаряда щодо поверхні палуби, а й забезпечує полегшені умови розміщення бурового снаряда в каретці.
У вертикальне положення буровий снаряд встановлюється за допомогою бурової лебідки, трос якої закріплений в отворі вантажного перехідника 3 (мал. 10), навінченного на гідроударних буровий снаряд 4.
В залежності від використовуваної довжини стійок 8, на корпусі бурового снаряда наварювалися три-чотири опорні пластини товщиною 3-3,5 мм.
Малюнок 10 – Загальний вид установки УМБ-2М
Малюнок 11 – Осцілограмма тиску над клапаном: 1 - переміщення клапана; 2 - тиск над клапаном;
3 - переміщення поршня-золотника.
Включение в состав пусковых узлов обеспечивает многократное и оперативное изменение режимов разрушения пород,особенно плотных песков и пород глинистого комплекса. Исходя из осцилограммы рис.11 можно сделать вывод о правильности полученных теоретических результатов.Эксперимент был проведен на стэнде рис.12.
Малюнок 12 – Експериментальний стенд для дослідження пускових вузлів погружного бурового снаряда: 1 - нагнітальний шланг; 2 - висновок датчика швидкості ВПУ; 3 - висновок датчика тиску ВПУ, 4 - висновок вимірювання витрати ВПУ; 5 - висновок датчика швидкості НПУ; 6 - висновок датчика тиску НПУ; 7 - висновок датчика швидкості з ГУ; 8 - висновок вимірювання витрати ВПУ; 9 - буровий снаряд, 10 - мірні ємності; 11 - стенд.
