Перспективным решением для реализации некоторых рекомендаций по повышению прочности моноопоры и ее грунтовой заделки, КПД ударов и скорости погружения, обеспечению вертикальности погружения, снижению трудоемкости и стоимости монтажа и стабилизации моноопоры является следующая разработка авторов. Отличительная особенность ее состоит в том, что моноопору монтируют из верхней и нижней секций труб, соединяют их между собой телескопически и нижнюю секцию погружают на необходимую глубину в грунт ударами верхней секции по нижней путем расхаживания верхней секции относительно нижней (свидетельство № 16337 на полезную модель "Морское буровое одноколонное основание", 2000 г.; патент РФ № 2171349 на изобретение "Способ монтажа и стабилизации морского бурового одноколонного основания и устройство для его осуществления", 2001 г.).

Телескопическая моноопора (рис. 6.6) включает нижнюю секцию 1 и коаксиально установленную в ней с возможностью ограниченного перемещения верхнюю секцию 2 труб, соединенных между собой при помощи фланцев 3. На нижнем конце секции 2 установлен кольцевой ударник 4, а на нижнем конце секции 1 установлена кольцевая наковальня 5, ограничивающая продольное перемещение верхней секции с ударником 4 вниз. С наковальней жестко соединен трубчатый удлинитель 6, оканчивающийся породоразрушающим башмаком 7. На верхнем конце нижней секции смонтирован раструб 8, ограничивающий продольное перемещение верхней секции с ударником 4 вверх, а также ограничивающий радиус изгиба труб верхней секции в пределах, допустимых по их прочности.

Рис. 6.6. Телескопическая моноопора:

а - при погружении в грунт;  - при бурении с нее; 1, 2 - нижняя и верхняя секции; 3 - фланец; 4 - ударник; 5 - наковальня; 6 - удлинитель; 7 - башмак; 8 - раструб; 9, 10 - пазы и выступы шлицевого соединения; 11 - плавоснование; 12 - платформа; 13 - трап; 14 - буровой снаряд

На наружной поверхности ударника 4 выполнены продольные пазы 9, а на внутренней поверхности нижней секции в интервале расхаживания ударника 4 - продольные выступы 10. Число пазов 9 и выступов 10 одинаково и они образуют шлицевое соединение, которое не препятствует продольному перемещению ударника 4 вверх и вниз в интервале расхаживания. Одновременно при вращательном бурении сила трения нижней секции труб о грунт морского дна уравновешивает реактивный момент и не позволяет проворачиваться верхней секции и установленной на ней платформе с буровыми механизмами.

Способ монтажа и стабилизации моноопоры в морском дне осуществляют с заякоренного плавоснования следующим образом. На точке заложения скважины при помощи грузоподъемных механизмов (лебедка, вышка и т.п.) плавоснования 11 спускают к дну моря необходимое количество труб удлинителя с породоразрушающим башмаком 7.

С целью обеспечения сохранности качественного керна поступление грунта в трубчатый удлинитель выше наковальни нежелательно. Поэтому необходимая длина удлинителя должна определяться, исходя из физических свойств донных грунтов, которые могут быть известны до бурения по данным предшествующих геофизических исследований. В большинстве случаев требуется, чтобы длина удлинителя составляла не менее 1,5 м.

С верхним концом удлинителя соединяют кольцевую наковальню 5, а с ней - первую трубу нижней секции с выступами 10 шлицевого соединения на ее внутренней поверхности. На трубу шлицевого соединения наращивают необходимое количество обыкновенных труб нижней секции, спускают ее по мере наращивания и подвешивают на трубодержателе любой известной конструкции.

Затем в наружную секцию спускают кольцевой ударник 4, с ним соединяют первую трубу верхней секции с надетым на эту трубу раструбом 8 и последний жестко соединяют с верхним концом нижней секции. При помощи лебедки плавоснования приподнимают первую трубу верхней секции до упора верхнего торца ударника 4 в нижний торец раструба 8, вывешивают спущенную нижнюю секцию, освобождают ее от трубодержа- теля, спускают всю систему и подвешивают за верхний конец трубы верхней секции на трубодержателе.

Далее поочередно наращивают и спускают трубы верхней секции. При этом башмак 7 первым достигает морского дна, но процесс наращивания и спуска верхней секции продолжают до упора ударника 4 в наковальню 5. Под тяжестью труб нижней и верхней секций трубчатый удлинитель 6 с башмаком может сразу погрузиться на некоторую глубину в донный грунт, который окажется внутри трубчатого удлинителя. В случае, если под тяжестью моноопоры удлинитель погрузился в донный грунт на глубину, близкую длине удлинителя, и дальнейшее погружение моноопоры прекратилось, то возвышающуюся над палубой плавоснования трубу фиксируют в трубодержателе и из удлинителя извлекают керн поступившего в него грунта известными способами и техническими средствами, например забивным керноприемником (см. раздел 6.3.2).

Затем верхнюю секцию освобождают от трубодержателя, наращивают очередной трубой и процесс погружения в грунт удлинителя и труб нижней секции продолжают ударами кольцевого ударника по наковальне. Для этого верхнюю секцию труб с ударником приподнимают на тросе лебедки плавоснования и затем сбрасывают на наковальню (рис. 6.6, а).

Так как масса труб верхней секции и ударника большая, то достаточная энергия ударов обеспечивается при высоте расха- живания до 0,8 м. Поэтому выступы 10 шлицевого соединения в первой от наковальни трубе нижней секции достаточно выполнить на длине до 1,5 м.

В случае если под тяжестью труб нижней и верхней секций удлинитель погрузился в донный грунт на глубину меньше 1 м, то верхнюю секцию не фиксируют в трубодержателе и погружают удлинитель на всю его длину нанесением ударов верхней секции с ударником по наковальне. Затем, как и в первом случае, известными способами и техническими средствами извлекают из удлинителя керн, наращивают верхнюю секцию очередной трубой и, расхаживая верхнюю секцию с ударником, погружают нижнюю секцию на длину, не превышающую длину удлинителя. Далее из удлинителя снова извлекают керн и повторяют процесс наращивания труб верхней секции до погружения нижней секции на необходимую глубину, при которой моноопора не опрокинется при максимально возможных ее осевых и поперечных нагружениях при бурении в конкретных условиях моря.

После стабилизации моноопоры в грунте дна на ее верхний конец при помощи лебедки плавоснования устанавливают платформу 12 одновременно со смонтированными на ней буровыми механизмами (вращатель, мачта, механизм передачи усилия на забой и т.п.). Работой этих механизмов управляют дистанционно с плавоснования. Для профилактического осмотра обслуживающим персоналом механизмов на платформе с ней соединен трап 13, второй конец которого снабжен катками, опирающимися на палубу плавоснования (рис. 6.6).

Процесс бурения скважин механизмами на моноопоре не зависит от волнения моря. Поэтому бурить с нее можно любым из известных способов (ударно-забивным, вдавливающим, вращательным). При этом спуск в скважину и подъем из нее буровых снарядов 14 может осуществляться механизмами на моноопоре, спуск и подъем колонн обсадных труб - лебедкой плавоснования.

Демонтаж моноопоры проводят в последовательности, обратной монтажу. Для извлечения из грунта прихваченной в нем моноопоры можно использовать способ выбивания, применяемый на суше при извлечении обсадных труб из скважин. Для этого расхаживают подвешенную на тросе лебедки плавоснования верхнюю секцию труб и верхним торцом ударника наносят удары по нижнему торцу раструба.

Применение телескопической моноопоры из труб различных диаметров и использование верхней секции в качестве забивного и выбивного снаряда обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с известными конструкциями моноопор и способами их стабилизации в грунте.

Использование верхней секции моноопоры в качестве ударного снаряда обеспечивает вертикальность погружения в грунт нижней секции, исключает затраты материалов, труда и времени на изготовление специальных снарядов, погружение моноопоры в грунт и ее последующее извлечение из грунта.

Ударный снаряд в виде колонны труб характеризуется малым поперечным сечением и большой длиной. Этим достигаются рациональные соотношения ударных жесткостей ударного снаряда и погружаемых труб нижней секции и исключается отрицательное влияние ударной волны, отраженной от свободного конца верхней секции, на процесс взаимодействия ударника с наковальней. В результате в ударной системе генерируются ударные волны прямоугольной формы, которые обеспечивают энергию удара с наибольшим КПД [34].

При нанесении ударов верхней секцией по нижней через ударник и наковальню не нарушается прочность соединительных элементов между трубами моноопоры и повышается надежность ее работы.

Перечисленные преимущества увеличивают скорость монтажа, стабилизации и демонтажа моноопоры и уменьшают стоимость выполнения этих работ, что в целом повышает эффективность геологоразведочных работ на море при оптимизации критерия сложность - стоимость - эффективность.