Технические средства для получения кондиционного керна.

В качестве технических средств при бурении простыми снарядами для получения кондиционного керна в сложных геологических условиях используются специальные колонковые наборы, обычно называемые «двойные колонковые трубы» - ДКТ. Конструкций двойных колонковых труб разработано большое количество, но все они могут быть сведены к трем принципиальным типам – соответственно для борьбы с тремя основными факторами, разрушающими керн.

Для защиты керна от первого фактора – воздействия прямого потока промывочной жидкости, используются наиболее простые и дешевые двойные колонковые трубы с вращающейся внутреннейтрубой – ДТВ, Рис. 58а. В такой конструкции поток промывочной жидкости из специального переходника попадает в пространство между двумя трубами и, минуя керн, омывает забой и выносит разрушенную породу. Очевидно, что такая конструкция защищает керн только от размывающего действия потока и не защищает его от вращения колонковой трубы и от резцов коронки.

А б в

Рис. 58.

При воздействии на керн второго фактора – вращения колонковой трубы совместно с первым – воздействием на куски породы потока жидкости, в трещиноватых слоистых перемежающихся породах, где возможны самозаклинивания керна, применяют двойные колонковые трубы с невращающейся внутренней колонковой трубой – ТДН. Рис. 58 б. В этих конструкциях внутренняя колонковая труба закреплена к переходнику на подшипниках и в процессе углубки скважины она может не вращаться и просто надвигается на образующийся столбик керна. При этом заметно снижается самозаклинивание и соответственно разрушение керна. Как и в первом типе снарядов, здесь также устраняется вредное воздействие на керн потока промывочной жидкости. Специальные снаряды – ССК фактически представляют собой вариант ТДН.

Наиболее сложно защитить керн от воздействия третьего фактора – разрушения резцами коронки!

Если первые два варианта воздействия резцов на керн– нажим на столбик керна боковой поверхностью резцов и дробление столбика породы за счет осевой нагрузки и касательных напряжений в хрупких породах, можно устранить или существенно снизить применением острых резцов с острой боковой гранью и снижением осевой нагрузки, то при бурении в слабых легко разрушаемых, раздробленных, разрушенных породах, защитить керн от разрушения можно только или специальными техническими средствами или сочетанием технических средств с технологическим приемом – изменением направления потока промывочной жидкости.

Породы, в которых керн разрушается резцами, делятся на две принципиально разные группы:

- слабые легко разрушаемые породы типа слабых каменных углей II –III категорий по буримости, и, наоборот, - очень твердые, но уже в природных условиях разбитые на отдельные кусочки – раздробленные, разрушенные. Причем по буримости эти породы могут относиться к X – XI категориям, и бурить их можно только алмазными коронками.

Получение кондиционного керна в породах первой группы, а это, в большинстве случаев, слабые каменные угли, где требуется не только 100% выход керна, но требуется полное сохранение структуры пород, а иногда и газосодержание, успешно осуществляется применением специальных двойных колонковых наборов с выступающим наконечником невращающейся внутренней колонковой трубы. Такие конструкции получили название «двойные колонковые трубы типа ШТАМП» Рис. 58 в.

Главной особенностью труб типа «Штамп» является то, что внутренняя невращающаяся труба имеет острый, закаленный кольцевой наконечник, выступающий во время бурения на 3 – 5 мм впереди резцов коронки. Под действием осевой нагрузки наконечник без вращения вдавливается в породу забоя, раздвигая или раздавливая кусочки породы, как бы выштамповывая центральную часть забоя, образуя столбик породы, защищенный от резцов. Поток жидкости проходит по межтрубному зазору, доходит до резцов и омывает забой, не касаясь керна. Таким образом «Штамп» позволяет получать полный не нарушенный керн со всеми включениями и даже с газом. Однако, при встрече твердых прослоек или включений, штамп не сможет разрушить или раздвинуть породу и не сможет внедряться. Тогда, в наиболее простом варианте конструкции, повышенная осевая нагрузка начинает сжимать пружину между наружной и внутренней трубами, наконечник внутренней трубы «утапливается» и оказывается на одном уровне с резцами, резцы обуривают породу вокруг наконечника, оставшийся тонкий слой породы под наконечником скалывается и углубка может продолжаться. Если скалывать прослойку не удается бурение надо прекращать. В более сложных конструкциях трубы «штамп», при встрече твердых прослоек и сжатия пружины включается специальное устройство, которое либо передает внутренней трубе вращение и позволяет наконечнику, в этом случае снабженному мелкими твердосплавными резцами, разбуривать прослойку, либо передает на внутреннюю трубу мелкие ударные импульсы, позволяющие разбить края твердой прослойки.

Вариант керноприемной трубы по типу «штамп» имеется в снаряде КССК и называется там «конус» (рис. 60), аналогичные конструкции имеются и в зарубежных снарядах ССК (рис. 59). К большому сожалению, во всех вариантах трубы типа «Штамп» могут применяться и дают отличный керн только в слабых раздробленных породах типа слабого каменного угля. В разрушенных породах второй группы, - в породах VIII – XI категорий только техническими средствами добиться получения кондиционного керна не получается. Задача успешно решается комбинацией технических средств и специального технологического приема – обратной циркуляцией очистного агента в призабойной зоне скважины. Такие мероприятия и средства называются технико-технологические.

Рис. 60 Вариант съемного керноприемника в комплекте КССК (Россия) с наконечником керноприемника типа «штамп» и плюс еще с керногазонаборгиком