Аннотация
Малеев В. Б.; Скорынин Н. Й.; Калиниченко О. И.; Кожевников Д. В. Оценка границы устойчивой стабилизации установок типа УМБ на морском дне Разработан метод определения границы устойчивой стабилизации установок, типа УМБ, на морском дне. Предельное значение опрокидывающего момента рассчитывается из условия формирования нагрузок, действующих на буровой снаряд и элементы установки при заданных параметрах опорной площади донного основания.
В последние годы в области морских инженерно-геологических исследований расширяется практика бурения скважин глубиной до 30 м легкими техническими средствами (ЛТС), эксплуатирующимися с борта судов различного целевого назначения. В отечественной практике выделенного участка бурового производства преимущественно используются ЛТС, разработанные в Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ). По показателям назначения, комплектности и характеру технологического цикла проходки скважин легкие установки ДонНТУ (УМБ-130, УМБ-130/25, УМБ-2М) идентичны. Образующими элементами установок являются: гидроударный буровой снаряд (ГБС) для генерации возмущающих нагрузок, обеспечивающих внедрение колонкового набора в осадки; и донное основание в комплекте с направляющими стойками и кареткой, служащее для стабилизации ГБС в вертикальном положении при постановке его на дно.
Рисунок 1 - Расчетная схема к оценке границы устойчивой стабилизации установок типа УМБ на морском дне
В объеме накопленного материала, приобретенного в процессе теоретических, экспериментальных и промысловых исследований установок выделяются работы, связанные, прежде всего, с развитием ГБС. На сегодня достигнутый уровень реализации их возможностей достаточно высок. По отношению к зарубежным аналогам гидроударные буровые снаряды ДонНТУ имеют существенно превосходящие параметры продуктивности. Впервые в отечественной и мировой практике, использование ГБС в составе ЛТС позволяет достичь показателей проходки инженерно-геологических скважин в породах I-VII категорий по буримости, которые ранее могли реализовываться только вращательными агрегатами специализированных буровых судов.
Что касается вопросов разработки систем стабилизации ГБС, то сегодня какие-либо методические или практические рекомендации, базирующиеся на исследованиях специалистов в этой области, да и сами исследования, как и публикации о них, весьма малочисленны. Вместе с тем в производственных условиях надежность конструкции, как и выполнение требований к стабилизации ГБС на дне нередко оказывались индикатором эффективности установок.
В подавляющем большинстве основой развития стабилизирующих опор являлась техническая возможность создания условий удобных для обработки установки на ограниченных площадках палубы, особенно при эксплуатации ЛТС с судов малого водоизмещения или специализированных судов типа БС Диорит
, где свободные рабочие пространства для размещения какого-либо дополнительного оборудования с размерами 2х2 м и более, не предусматриваются.
Такая ситуация явилась объективной предпосылкой для создания ЛТС с уменьшенными габаритами, прежде всего донного основания. Например, усовершенствованные варианты стабилизирующих опор УМБ-130/25 и УМБ-2М с длиной опорных лап до 1м практически обеспечивают размещение установки на палубе любого судна. Все конструктивные элементы опор выделенных установок можно разбирать так, что их геометрические и весовые габариты обеспечивают оперативный и удобный с точки зрения выполнения палубных работ во время монтажа и транспортирования установки без загромождения проходов во время длительных переходов или переходов судна на точку бурения. Вместе с тем, при уменьшении опорной поверхности донного основания зачастую возникала проблема обеспечения надежной устойчивости установки на морском дне.
Как правило, в условиях производства область гарантированной стабилизации ГБС обеспечивалась за счет подбора уменьшенной длины колонкового набора. Это в свою очередь предполагало дополнительные материальные затраты, обусловленные комплекта-цией установки дополнительными наборами колонковых труб согласованной длины, а процесс подбора сопровождался подготовительными работами, связанными с выполнением настроечных рейсов, количество которых во многом определялось опытом и профессиональной интуицией бурильщиков.
Поэтому, решение задачи определения нагрузки опрокидывающей ЛТС можно рассматривать как фактор достижения повышенной эффективности и эксплуатационных показателей ЛТС.
С точки зрения получения прогнозных данных гарантирующих надежную стабилизацию установки решающее влияние оказывают рельеф дна и опрокидывающая сила, формирующаяся подводными течениями. Выделенные факторы, дополненные весогабаритными характеристиками бурового снаряда и донного основания, являются проектными показателями, определяющими устойчивость установки на точке бурения скважины. При отсутствии, или несущественности подводных течений предполагается два варианта решения задачи. С одной стороны, для заданных весогабаритных характеристиках ГБС и донного основания прогноз устойчивого положения установки (при постановке ее на дно) предполагает оценку предельного значения угла наклона рельефа дна. С другой стороны, при известном рельефе дна, задача сводится к ограничению длины колонкового набора, формирующего общую длину и обусловливающую смещение центра тяжести установки (системы гидроударник + колонковый набор + донное основание), при котором результирующий момент, действующий на установку, окажется недостаточным для ее опрокидывания. В общем случае условие сохранения эксплуатационного положения установки предполагает оценку предельного значения наклона донного основания при остановке его на дно. При решении задачи имеют место нерегулируемые параметры в виде опорной площади донного основания, а также размеры и масса гидроударного механизма.