Новые технические средства и технология поинтервального бурения глубоких инженерно-геологических скважин на шельфе

Ясов В.Г. Погружные гидравлические буровые машины. Учебное пособие. Днепропетровск, 1974.

     Освоение нефтяных и газовых месторождений шельфа требует проведения детальных инженерно-геологических изысканий, необходимых для сооружения морских буровых платформ и прокладки подводных трубопроводов. Важнейшей составной частью изысканий являются буровые работы, результаты которых дают возможность правильно интерпретировать информацию, полученную при геофизических исследованиях дна, и, в конечном итоге, определить геологическое строение осваиваемого участка шельфа. Буровые работы включают бурение мелких скважин глубиной 4-6 м (пробоотбор) и бурение инженерно-геологических скважин, глубина которых определяется условиями залегания пород минерального дна, скрытого под отложениями неустойчивых пород (илы, пески и т.д.), и обычно не превышает 25-30 м.
     До настоящего времени для проведения всего комплекса буровых работ использовались специализированные буровые суда с высокой стоимостью эксплуатации (не менее 7000-8000 у. е. в сутки). Учитывая, что количество специализированных буровых судов в странах СНГ крайне ограничено, то их владельцы являлись монополистами на рынке морского инженерно-геологического бурения, а, следовательно, диктовали ценовую политику и устанавливали сроки выполнения работ.
     В тоже время морские буровые организации обладают достаточно большим флотом неспециализированных судов (буксиры, спасательные, пожарные), которые успешно использовались для проведения пробоотбора погружными гидроударными установками. Для их эксплуатации достаточно на период работ установить на палубе судна буровую лебедку и насос. Связь судна с установкой при работе осуществляется посредством грузового троса и шланга, т.е. нет необходимости в применении бурильной колонны, а, следовательно, и в применении специального бурового оборудования, требующего соответствующего оснащения судна. Поэтому производственные организации весьма заинтересованы в создании новых погружных установок, обеспечивающих многорейсовое бурение инженерно-геологических скважин глубиной до 30 м. Это позволило бы использовать для бурения скважин неспециализированные суда (с суточной стоимостью до 1500-2500 у. е.), что резко снизило бы стоимость работ и обеспечило бы независимость буровых организаций от организаций-подрядчиков при бурении инженерно-геологических скважин.
     Кафедрой “Технология и техника геологоразведочных работ” ДонНТУ для проходки инженерно-геологических скважин с неспециализированных судов была предложена новая технология многорейсового бурения, заключающаяся в том, что, начиная со второго рейса, проводилось повторное перебуривание ранее опробованных горизонтов без отбора керна (при этом порода разрушалась гидромониторным способом). И только по достижении необходимого интервала опробования производилось включение гидроударника, и отбирался керн. Таким образом, при каждом последующем рейсе нет необходимости попадать снарядом в ранее пробуренный ствол скважины.
     Предложенная технология не требует применения бурильной колонны, а, следовательно, является в настоящее время единственным способом многорейсового бурения, применимым на неспециализированных судах.

     Для реализации предложенной технологии многорейсового бурения было решено использовать погружную гидроударную установку однорейсового бурения УГВП-130/8М, используемую при проведении пробоотбора. В состав установки входит гидроударный буровой снаряд установки УГВП-130/8 и рамная опора, аналогичная опоре установки ПУВБ-150.
     Отличие новой конструкции установки от базовой заключается в применении дополнительных съемных узлов, что позволяет одним и тем же комплексом оборудования проводить как бурение инженерно-геологических скважин, так и пробоотбор. Эти отличия сводятся к следующему:

1. В состав бурового снаряда включены два дополнительных водораспределительных узла, управляемых за счет изменения подачи жидкости и позволяющих производить смену режимов работы снаряда: “бескерновое бурение” (гидромониторный размыв грунта) – “бурение с отбором керна”;
2. В состав снаряда включен специальный грузовой переходник, обеспечивающий соединение с параллельно расположенными нагнетательным шлангом и грузовым тросом и позволяющий буровому снаряду беспрепятственно спускаться в скважину на глубину, превышающую его длину;
3. Опора снабжена проходной кареткой с поворотной направляющей воронкой, обеспечивающей свободное перемещение бурового снаряда ниже уровня дна;
4. Буровой снаряд снабжен фиксатором для взаимодействия с кареткой при подъеме;
5. Рама опоры снабжается направляющим раструбом для направления бурового снаряда в каретку при подъеме.

     Для проведения работ по данной технологии необходимо использовать буровой насос, обеспечивающий подачу рабочей жидкости в пределах 400 – 500 л/мин, необходимую для эффективного размыва пород, и лебедку с грузоподъемностью 1,5 тонны.
     Разработанная технология и предложенная конструкция установки прошли успешные испытания при проведении инженерно-геологических изысканий на Восточно-Казантипском месторождении природного газа в Азовском море. Работы проводились ЗАО “Компания “Юговостокгаз” по заказу ГАО “Черноморнефтегаз”. Бурение скважин осуществлялось в мае 2001 года с борта спасательного судна “Центавр”, дополнительно оснащенного буровым насосом 9МГр и лебедкой грузоподъемностью 5 тонн. Установка судна на точке бурения обеспечивалась двумя якорями – носовым и кормовым. Позже, в 2003 году, была разработана новая погружная гидроударная установка УМБ - 130.
     Впервые в практике морских буровых работ глубокие инженерно-геологические скважины были пробурены с неспециализированного судна. Всего на участке работ в соответствии с техническим заданием было пробурено 4 инженерно-геологических скважины глубиной, соответственно, 20,5 м, 12 м и две скважины по 15 м. Глубина скважин определялась глубиной залегания пород минерального дна, имеющей в районе работ значение 9–17 м.
     Технология бурения скважин и режимы работы бурового снаряда подбирались в зависимости от характера проходимых пород с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальную скорость проходки без отбора керна и качественный и полный отбор керна при бурении интервалов с отбором керна. Время бурения скважины глубиной 20,5 м составило всего 1,8 часа. Среднее время, затраченное на проходку более мелких скважин, составило 1,2 часа. Такая скорость бурения скважин является достаточно высокой и не уступает аналогичным показателям для специализированных буровых судов.
     По оценке сотрудников института НИПИшельф (г. Симферополь), осуществлявших геологическое обеспечение и контроль бурения инженерно-геологических скважин по предложенной технологии, методика работ и качество кернового материала соответствуют требованиям действующих нормативных документов: ВСН 51.02-84 “Инженерные изыскания на континентальном шельфе”, Пособие к ВСН 51.02-84, СНиП 11-02-96 “Инженерные изыскания для строительства. Основные положения”, СП11-105-97 “Инженерно-геологические изыскания для строительства”, СП11-104-97 “Инженерно-геодезические изыскания для строительства”.
     Таким образом, на основании результатов работ, выполненных в производственных условиях, можно сделать вывод, что предложенная конструкция установки многорейсового бурения и технология ее применения позволяет успешно осуществлять бурение глубоких инженерно-геологических скважин с неспециализированных буровых судов, при этом качество получаемого кернового материала соответствует всем нормативным требованиям к инженерно-геологическим изысканиям.