Разработка бурового снаряда со съемными грунтоносами для отбора проб грунтов и выполнения геотехнических исследований в скважинах по  технологии WIRE LINE

Юшков И.А.; Каракозов А.А.; Калиниченко О.И.; Юшков А.С.; Русанов В.А.; Рязанов А.Н.

Источник: Бурение скважин в осложненных условиях // Доклады науч.-техн. конф. –Донецк: –ДонГТУ, –1996. –с.26-28.

Увеличение объемов изысканий на глубоководных зонах шельфа морей и Мирового океана обусловило потребность в разработке новых технологий и технических средств бурения глубоких инженерно-геологических скважин.

В Донецком государственном техническом университете проведе­ны работы по созданию бурового снаряда со съемными грунтоносами для бурения скважин на глубину до 150 м при глубине акватории до 150 м. Буровой снаряд предназначен для использования на переобору­дованных научно-исследовательских судах проекта 05031 (типа «Диабаз») при бурении скважин на шельфе о. Сахалин.

В состав снаряда входят:

- компоновка низа бурильной колонны (КНБК), состоящая из колонко­вой бурильной головки (диаметром 151-214 мм) и корпуса с посадочным местом под съемные грунтоносы или вставку для бурения сплошным забоем;

- утяжеленные бурильные трубы диаметром 140 мм с длиной секции 6200 мм;

- бурильные трубы диаметром 114 мм с длиной секции 6100 мм.

Конструкция бурового снаряда позволяет использовать съемный инструмент для отбора проб и геотехнических исследований диаметром не более 89 мм.

Для отбора проб в породах песчано-глинистого комплекса разрабо­таны следующие типы съемных грунтоносов:

- грунтонос вдавливаемый поршневой ГВ1-89, погружаемый в грунт давлением рабочей жидкости с регулируемой скоростью внедре­ния. Поршневая система грунтоноса позволяет получить качествен­ную пробу и обеспечивает ее извлечение выдавливанием без допол­нительных устройств;

- грунтонос вдавливаемый ГВ2-89, предназначенный для отбора проб путем вдавливания керноприемника в грунт весом бурового снаряда;

- грунтонос забивной Г31-89, предназначенный для отбора монолитных проб грунта путем забивки керноприемника в породу бойком мас­сой 100 кг, сбрасываемым с высоты 700 мм. Подъем бойка в верхнее положение производится лебедкой, установленной на борту судна;

- грунтонос забивной с гидроприводом Г32-89, предназначенный   для отбора монолитных проб, состоящий из гидродвигателя,   кернопри­емника и ударного узла. Подъем бойка производится   гидродвига­телем, а движение вниз и удар происходит за счет собственного веса.  При подаче жидкости 60 – 70 л/мин обеспечивается нанесение 50 – 80 ударов в минуту. Возможность свободного перемещения   грун­тоноса  относительно посадочного узла при отборе пробы исключает влияние вертикальных перемещений судна на работу ударного узла и качества монолита.

Конструкции грунтоносов позволяют осуществлять контроль окон­чания погружения керноприемника в грунт. Фиксация съемного инст­румента в КНБК осуществляется механизмом раскрепления МР, а из­влечение на поверхность – при помощи ловителя Л1-89.

Для оценки прочностных характеристик разработанного   бурового снаряда предложена методика расчета, учитывающая специфику работы бурильной колонны в морских условиях. Расчет запаса прочности в опасных сечениях и выносливости в контактном сечении с УБТ при различных сочетаниях внешних нагрузок и технологических факторов производился на персональном компьютере по специально разработанной программе на языке Т1ШВОРА5СА1. 7.0. Проведенная оценка  влияния внешних факторов на прочностные характеристики снаряда показала, что наиболее  тяжелые условия работы бурильных труб наблюдаются в верхнем сечении и сечении у дна моря, причем запас прочности придон­ной части колонны увеличивается с ростом глубины скважины

На основании выполненных расчетов была определена область безопасной эксплуатации бурового снаряда, оцениваемая следующими величинами (при одновременном влиянии факторов):

- угол поворота судна при качке – до 3, поэтому вращатель  буровой установки в обязательном порядке должен быть оснащен компенса­тором угловых перемещений;

- смещение судна относительно оси скважины – 4 м;

- скорость течения – 4 м/с.