Отличительная конструктивная особенность съемного гидрора- скрепляемого керноприемника (СГК), применяемого для реализации настоящего способа, обусловлена использованием принципиально нового способа его фиксации (удержания) в колонне обсадных труб или моноопоре. В соответствии с этим способом СГК фиксируется в моноопоре давлением нагнетаемой в нее воды и совместное их погружение в породы осуществляется ударами кольцевого забивного снаряда по придонной муфте (патент РФ № 1571212 на изобретение "Буровой снаряд", 1993 г.).

При таком принципе фиксации керноприемник в моменты нанесения ударов забивным снарядом по придонной муфте моноопоры может незначительно отходить от башмака моноопоры (и места фиксации), а в промежутках между ударами под действием давления нагнетаемой воды возвращается в исходное положение. Нагнетаемая в колонну труб под давлением вода выполняет при этом роль буфера. Фиксация съемного керноприемника давлением воды в отличие от механической фиксации повышает надежность работы раскрепляющего механизма.

Для реализации способа керноприемник снабжен эжектором, который формирует потоки воды в керноприемном стакане, заколонном пространстве и кольцевом зазоре между колонной и стаканом (рис. 6.9). Поток воды в кольцевом зазоре между колонной и керноприемным стаканом предотвращает попадание в зазор выбуриваемых пород и тем самым исключает заклинивание СГК в колонне и засасывание в нее пород забоя при извлечении из скважины. Обратный поток воды в стакане снижает сопротивление вхождению в него пород, уменьшает уплотнение и отжатие керна в забашмачное пространство, повышает качество и выход керна, в 3-4 раза увеличивает возможную длину рейса, сокращает их количество, затраты времени и труда на их выполнение и повышает производительность бурения.

Рис. 6.9. Схема погружения моноопоры совместно с СГК:

1 - керноприемный стакан; 2 - эжектор; 3 - шток; 4 - втулка; 5 - грибок; 6 - вертлюг-сальник; 7 - моноопора; 8 - забивной снаряд; 9 - муфта; 10 - упорная муфта; 11 - промывочные окна; 12 - башмак

Погружение моноопоры в грунт и бурение скважин на акваториях по описанному способу осуществляют следующим образом. На палубе плавоснования собирают постоянно действующий узел колонны, включающий башмак 12, две трубы, соединенные упорной муфтой 10 с внутренним кольцевым выступом, и установленный на муфте забивной снаряд 8, соединенный с тросом инструментальной лебедки. В точке бурения этот узел при помощи вспомогательной лебедки вывешивают в проеме плавоснования. Затем на верхнюю трубу узла навинчивают обсадную трубу и, последовательно наращивая обсадную колонну, спускают ее до упора башмака в дно акватории.

В собранном керноприемнике втулку 4 перемещают в крайнее нижнее положение, на грибок 5 надевают ловитель, керноприемник вывешивают на тросе вспомогательной лебедки и опускают в колонну. Ловитель для спуска керноприемника снабжен выступающими из его корпуса штифтами. При спуске керноприемника в колонну штифты упираются в торец ее муфты и грибок отсоединяется от ловителя. Керноприемник падает в колонне под действием силы тяжести, вытесняя находящуюся впереди себя воду. Затем на возвышающийся над палубой плавоснования верхний конец моноопоры или обсадной колонны 7 устанавливают вертлюг-сальник 6, соединенный шлангом с буровым насосом, и в полость колонны нагнетают воду.

К этому времени СГК успевает опуститься до упора втулки 4 в кольцевой выступ упорной муфты 10, и нагнетаемая в колонну вода поступает через каналы и диффузор эжектора 2 в кольцевой зазор между стенками колонны и керноприемного стакана 1. Часть этой воды в соответствии с принципом работы эжектора засасывается внутрь керноприемного стакана и через обратный клапан, камеру смешения и диффузор снова попадает в зазор между стенками колонны и стакана. Таким образом осуществляется принудительный отсос воды из керноприемного стакана и обратная циркуляция воды в нем. Это улучшает условия поступления керна в стакан, так как снижает давление или обеспечивает разрежение в надкерновой полости стакана, а также уменьшает коэффициент трения входящих в него пород на контакте с его внутренними стенками.

Вторая часть воды поступает через выходные отверстия 11 первой от башмака трубы в кольцевой зазор между колонной и стенками скважины, смачивает контактирующие с поверхностью колонны породы или омывает ее, изливаясь из кольцевого зазора на уровне дна моря. Это облегчает погружение колонны в породы и ее последующее извлечение из них, так как снижает коэффициент трения пород по ее боковой поверхности.

Количество воды, необходимое для циркуляции через кер- ноприемный стакан, регулируется с поверхности расходом потока от насоса и обеспечивается энергетическими показателями эжектора. Последние устанавливаются экспериментально в зависимости от задач и условий погружения моноопоры или бурения: параметров и назначения скважины, свойств грунтов или разбуриваемых пород, сопротивляемости их разрушению обратным потоком воды, диаметра скважины, длины рейса и т.д.

Продолжая нагнетание воды, моноопору погружают в грунт на длину рейса ударами по муфтам 9 забивным снарядом 8, поочередно поднимая и сбрасывая его на тросе инструментальной лебедки. При этом одновременно с моноопорой погружается в грунт керноприемник, удерживаемый у башмака давлением воды в моноопоре.

Давление жидкости в моноопоре, необходимое для фиксации СГК, зависит от конструктивных параметров забивной системы, физических характеристик пород, длины рейса и технологических режимов бурения. Для полного исключения отставания СГК необходимо создавать в моноопоре давление 10 МПа и больше. В то же время для эффективного погружения моноопоры или бурения с использованием СГК при рациональных режимах и длинах рейсов достаточно давление 1-3 МПа. При этом отставание СГК от башмака погружаемой моноопоры в течение удара не превышает 10 м и ликвидируется в промежутки времени между ударами досылкой СГК до башмака давлением морской воды в моноопоре или колонне. Досылка СГК до башмака обеспечивается, если сила давления воды на керноприемник больше силы трения грунта по его внутренней поверхности.