Источник: Подоразрушающий и металлообрабатавыющий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов. – Вып. 8. – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2005. – с. 92-95.
Активное освоение морских нефтегазовых месторождений в последние годы способствовало созданию новых технологий и технических средств бурения подводных инженерно-геологических скважин. Исследования специалистов кафедры «Технология и техника геологоразведочных работ» Донецкого национального технического университета, выполненные в 2001-2004 гг. при участии ЗАО «Компания «Юговостокгаз», позволили разработать технологию поинтервального бурения инженерно-геологических скважин погружными гидроударными снарядами, входящими в состав установок УГВП-130МБ и УМБ-130 [1-3]. На этой основе по заказу предприятия «Моринжгеология (г. Астрахань) были разработаны снаряды ПБС-127 и ПБС-108, реализующие технологию поинтервального бурения, но предназначенные для эксплуатации в скважинах глубиной 50 м и более, которые бурятся со специализированных судов по традиционной технологии с использованием водоотделяющей колонны [4]. Ожидалось, что их применение позволит повысить качество кернового материала и технико-экономические показатели бурения скважин с буровых судов проекта 05031 («Диабаз», «Диорит» и др.).
В сентябре 2004 г. снаряды ПБС-127 и ПБС-108 испытывали на объектах работ предприятия «Моринжгеология». Буровые работы выполняли с судна «Зохраб Валиев», принадлежащего комплексной морской геологоразведочной экспедиции (СОGЕD), являющейся одним из подразделений «Azerbaijan Industrial Unity Oil & Gas Production On Offshore» (г. Баку, Азербайджан). Результаты испытаний показали работоспособность созданных снарядов. Однако по результатам работ был сделан вывод о необходимости разработки новых погружных гидроударных снарядов для отбора проб небольшой длины, реализующих предложенную технологию поинтервального бурения, но снабженных одинарным колонковым набором вместо двойного, применяемого ранее. Это обусловлено тем, что при небольших длинах рейса (до 2-4 м) можно отказаться от размыва стенок скважины при отборе пробы - а именно для этой цели в базовой конструкции используется двойной колонковый набор. При этом увеличение диаметра керна резко снижает его нарушенность, т. е. повышает качество керновой пробы.
Простое изменение конструкции колонкового набора потребовало коренной переработки распределительных узлов бурового снаряда и изменения технологии его использования. Схема работы конструкция нового погружного гидроударного бурового снаряда (ПБС) показаны на рис. 1.
При работе в скважине между погружным буровым снарядом и колонной бурильных труб дополнительно устанавливается разъединитель, который обеспечивает независимость перемещения бурового снаряда от положения бурильной колонны и создает дополнительную осевую нагрузку на ПБС, что способствует повышению эффективности процесса погружения бурового снаряда в грунт при отборе керна. В состав погружного гидроударного бурового снаряда входит гидроударник с колонковой трубой, башмаком и кернорвателем. Над гидроудаоником установлен верхний распределительный передник, соединенный с нижней наковальней гидроударника кожухом. В распределительном переходнике установлен поршень с осевым каналом, зафиксированный шплинтами. Также в переходнике выполнены нагнетательный и выхлопной каналы, предназначенные для соединения гидроударника соответственно с нагнетательной магистралью и скважиной в процессе отбора керна. Нагнетательный канал соединен с отводным каналом, на выходе которого установлена дроссельная втулка. В исходном положении нагнетательный канал перекрыт поршнем. Полость распределительного переходник расположенная под поршнем, соединена промывочными каналами с зазором между гидроударником и кожухом. В этой полости также установлена пробка.
В нижней наковальне гидроударника выполнен канал, соединяющий зазор между кожухом и гидроударником с полостью колонковой трубы. В исходном положении канал перекрыт блокировочным клапаном, условленным на полом штоке, в котором распложен всасывающий канал насосного блока, соединенный отверстиями с полостью колонковой трубы. Клапан прижат к нижней наковальне гидроударника пружиной. Принцип работы ПБС при бурении скважины заключается в следующем. Снаряд опускается на забой скважины и в него подается промывочная жидкость. Жидкость проходит через центральный канал поршня, промывочные каналы, зазор между гидроударником и кожухом, канал, отжимает блокировачный клапан и через колонковую трубу подается на забой скважины. Производится бескерновое бурение интервала скважины. Блокировочный клапан при этом перекрывает отверстия, предотвращая утечки жидкости через насосный блок, что повышает эффективность разрушения пород на забое по сравнению с базовой конструкцией. Для переключения в режим отбора керна по бурильным трубам специальным устройством сбрасывают шариковый клапан, который перекрывает канал в поршне. При повышении давления жидкости происходит срезание штифтов, поршень перемещается вниз садится на пробку, перекрывая проход жидкости в колонковую трубу. Клапан пружиной возвращается в исходное положение, врывая отверстия, соединяющие полость колонковой трубы с всасывающим каналом насосного блока. Поскольку поршень открыл нагнетательный канал, то жидкость по последнему поступает в гидроударник, а часть жидкости сбрасывается в скважину через отводной канал, при этом на дроссельной втулке поддерживается перепад давления, необходимый для работы гидроударника. Отработанная в гидроударнике жидкость сбрасывается в скважину через выхлопной канал, работе гидроударника за счет генерируемых ударов происходит заглубление ПБС грунт. В колонковой трубе при этом осуществляется обратная призабойная промывка, которая создается насосным блоком гидроударника. По окончании рейса снаряд извлекается из скважины, при этом керн в колонковой трубе удерживается лепестковым кернорвателем.
Схема циркуляции жидкости в скважине при работе ПБС приведена на рис. 2. Из схемы видно, что как и в базовой конструкции [4], при бурении, независимо от режима работы ПБС, обеспечивается постоянная интенсивность потока жидкости в скважине на протяжении всего рейса (400-500 л/мин: для снаряда диаметром 127 мм и 300-400 л/мин для снаряда диаметром 108 мм). Это предотвращает аварийные ситуации при бурении скважины в режиме отбора керна в разрезах, сложенных песками.
В конструкции снаряда предусмотрена возможность замены дроссельных втулок заглушками, перекрывающими поток жидкости, сбрасываемый в скважину по отводному каналу (см. рис. 1, б). В этом случае для работы ПБС в режиме отбора керна потребуется значительно меньшая подача жидкости (200-250 л/мин для снаряда диаметром 127 мм и 130-140 л/мин для снаряда диаметром 108 мм). Это может быть использовано при бурении скважин в разрезах, сложенных относительно устойчивыми породами (суглинками, глинами, супесями). В результате выполненных работ изготовлены опытные образцы буровых снарядов для эксплуатации на объектах работ ЗАО «Компания «Юговостокгаз» и «Моринжгеология». Конструкция распределительных узлов, входящих в состав разработанных снарядов, позволяет использовать их вместе с гидроударником снарядов предыдущих моделей (ПБС-127, ПБС-108). Техническая характеристика разработанных погружных гидроударных буровых снарядов ПБСО-127 и ПБСО-108 приведена в таблице.
ПВ результате проведенных работ были созданы погружные гидроударные снаряды ПБСО-127 и ПБСО-108 для бурения подводных разведочных скважин со специализированных плавсредств, в частности, судов проекта 05031, и разработана технология их применения.