Наиболее эффективным способом отбора грунтовых проб (керна) из моноопоры является ударно-забивной. При бурении скважин на суше он позволяет отбирать керн рыхлых пород, в том числе перемежающейся крепости, в трубах любых больших диаметров. Однако эффективность работы технических средств и технологии отбора керна, применяемых при бурении на суше, в условиях моря мала.

Традиционные способы и керноприемники.

Забивные керноприемники (ЗК), применяемые при бурении на суше, состоят из керноприемного стакана, жестко соединенной с ним трубчатой направляющей и установленной в ней ударной штанги с возможностью ее перемещения в пределах до 0,6 м. Использование этих забивных керноприемников для бурения с плавоснования неэффективно, так как качка приводит к отрыву стакана от забоя, перемешиванию, растворению в воде и утрате керна. Кроме того, энергии удара штанги, падающей с высоты до 0,6 м в заполненной водой трубчатой направляющей, недостаточно для погружения стакана в породы. Увеличение хода штанги ведет к удлинению и утяжелению керноприемника, затрудняет его обслуживание и снижает производительность бурения.

При бурении на море по традиционным схемам ударно- забивного способа трудно обеспечить высокий выход керна по следующим причинам:

часть пород уплотняется и отжимается в затрубное пространство уже при погружении в них обсадной колонны труб (моноопоры) из-за гидродинамического воздействия на них находящейся в колонне воды и проявления свайного эффекта; поступившие в моноопору грунты по тем же причинам уплотнены;

керноприемник, погружаемый затем ударами в поступившие в моноопору и ограниченные ее стенками грунты, дополнительно уплотняет и отжимает их в забой;

в каждом рейсе после извлечения керноприемника на стенках труб остается уплотненное кольцо пород, которые в следующем рейсе при работе ударной штангой перемешиваются с водой и вместе с ней изливаются из скважины при извлечении керноприемника.

При отборе из колонны труб керна сильно обводненных пород имеют место случаи их дополнительного поступления с забоя из-за уменьшения над ними горного и гидростатического давления. Поступлению пород в колонну способствует разрежение, возникающее над ними в период извлечения из скважины керноприемника, который при подъеме в интервале его погружения движется вверх в уплотненном породном кольце как поршень и засасывает породы забоя в колонну.

Похожий процесс наблюдается и в случае свободного от пород кольцевого зазора, но при большой скорости подъема керноприемника, так как только часть находящейся выше него воды успевает перетекать в освободившийся под ним объем по кольцевому зазору, а часть изливается из скважины через верх колонны. Разрежение под поднимаемым керноприемником также может привести к выпадению керна. Это подтверждается тем, что во многих случаях после извлечения керноприемника скважина почти свободна от воды, упругие лепестки кер- нодержателя вывернуты наружу и керн в керноприемнике отсутствует.

Трудности возникают и при отборе керна ударно-забивным способом в породах с включением галечников и валунов. В этом случае при погружении колонны труб поступающие в нее галечники и валуны расклиниваются и распределяются по всему ее сечению. Последующее погружение в них керноприемника затруднительно, так как галька и валуны не поступают в керноприемник из-за их расклинивания или из-за того, что их размеры превышают его диаметр. Смещение гальки и валунов керноприемником в стороны ограничено стенками колонны.

Отбор керна пород, содержащих большое количество валунов и галечника, при бурении на суше осуществляют с применением долот для их разрушения, разжижения в воде и извлечения желонкой в виде шлама. При бурении на море скважина часто до уровня моря заполнена водой, которая создает сопротивление движению ударных инструментов, и энергии удара их недостаточно для эффективного разрушения пород. Поэтому при бурении на море в суглинках с включениями 20 % гравия и гальки на погружение обсадных труб на глубину 10-20 м требуется 15-20 мин, а на отбор из труб пород, поступивших в них из этого интервала, затрачивается 3-3,5 ч [2].

Свободна от перечисленных недостатков схема бурения с поинтервальным отбором керна, в которой колонну погружают в породы совместно с зафиксированным в ней керноприемником. При этом не требуется применять долота, так как башмак колонны, армированный твердым сплавом, разрушает или раздвигает в стороны небольшие валуны и галечники и формирует поступающий в керноприемник цилиндрический столбик керна.

Отбор керна у башмака колонны повышает его качество и выход, так как породы забоя поступают в керноприемник без уплотнения, легко и быстро из него извлекаются. Практического применения эта схема бурения не получила из-за несовершенства конструкций механизмов фиксации керноприемника в колонне труб. При ударах по колонне элементы механизма фиксации воспринимают усилия в сотни килоньютонов и в них возникают напряжения, превышающие допустимые.

Для эффективного отбора керна при стабилизации моноопоры в морском дне и ударно-забивном способе бурения в рыхлых породах авторами созданы новые типы керноприемных снарядов.