Двойные колонковые трубы: повышение выхода керна и ГОСТы

Двойные колонковые трубы. Перечисленные выше приемы и методы повышения выхода керна не обеспечивают решения проблемы. Одним из наиболее эффективных и надежных способов повышения выхода керна и улучшения его качества является использование двойных колонковых труб. Сущность метода заключается в особой конструкции колонкового снаряда внутри колонковой трубы размещается вторая, внутренняя труба, которая служит для приема керна.

Таким образом, керн помещается практически в специальном керноприемнике, что открывает дополнительные возможности для предохранения его от разрушающего воздействия промывки и вибрации. Эти возможности реализуются различными конструкциями снарядов, в которых предусмотрена относительная изоляция керноприемника. В настоящее время применяются двойные колонковые снаряды (ДКС) различных типов (рис. 17).

Рис. 17. Двойные колонковые трубы. А — с вращающейся внутренней трубой, Б — с невращающейся внутренней трубой

ДКС с одновременно вращающимися наружной и внутренней трубами предохраняют керн только от размыва промывочной жидкостью. В этих снарядах наружная и внутренняя трубы навинчены на один переходник, в котором имеется ряд каналов для промывочной жидкости; она направляется в кольцевой зазор между колонковыми трубами. Поэтому керн не подвергается воздействию промывочной жидкости. Обе колонковые трубы снабжены буровыми коронками, при этом внутренняя опережает наружную.

ДКС с вращающейся наружной и невращающейся внутренней трубами предохраняют керн от размывания и ударов. В этих снарядах внутренняя труба имеет подвижное соединение с переходником и поэтому в процессе бурения не вращается; керн, находящийся внутри, не испытывает ударов. Отрыв и удержание керна при бурении с двойными колонковыми трубами осуществляется с помощью кернорвателей различной конструкции. Помимо этого известны ДКС более сложного устройства.

Для того чтобы не просто увеличить выход керна, но и сохранить присутствующие в породе газы (что особенно важно при разведке нефтяных, газовых, угольных месторождений), используют следующие принципы:
1) механическую герметизацию керна непосредственно на забое;
2) замораживание керна жидкой углекислотой;
3) улавливание газа, выделяющегося из керна при подъеме снаряда.

Для отбора керна в водоносных песках, гравии и галечниках применяют замораживание керна, при этом для промывки используется дизельное топливо, охлажденное в специальных установках с помощью сухого льда до температуры от -18 до -24°С.

Нормативная база (ГОСТы): Применение ДКТ и связанных с ними процессов регламентируется рядом российских стандартов:
1. ГОСТ 20692-2023 "Трубы бурильные и ведущие для колонкового бурения. Технические условия":
- Основной стандарт, определяющий классификацию, размеры, материалы, механические свойства, методы испытаний и приемки бурильных труб, включая колонковые (внешние) трубы для ДКТ. Указывает марки сталей, пределы прочности, требования к резьбовым соединениям.

2. ГОСТ 53020-2023 "Инструмент буровой и штанги буровые колонковые. Общие технические условия":
- Распространяется на колонковые наборы, переходники, коронки, кернорватели и другие элементы снаряда. Определяет требования к их конструкции, материалам, изготовлению, взаимозаменяемости и безопасности. Ключевой для комплектующих ДКТ.

3. ГОСТ 23543-88 "Снаряды колонковые двойные. Основные параметры": (Требует проверки актуальности! Могут действовать обновленные версии или СТО)
Специализированный стандарт, устанавливающий основные типоразмеры, присоединительные резьбы, параметры ДКТ. Хотя может быть устаревшим по некоторым материалам/технологиям, задает базовые геометрические стандарты.

4. ГОСТ 1581-96 "Штанги буровые колонковые. Технические условия":
- Регламентирует штанги, используемые для спуска/подъема колонкового снаряда, включая ДКТ. Определяет размеры, материалы, прочность.

5. Сопутствующие ГОСТы:
- ГОСТ 24810-2015 "Подшипники шариковые и роликовые. Зазоры": (Для подшипниковых узлов ДКТ с невращающейся трубой).
- ГОСТ 7338-2015 "Рукава резиновые напорные": (Для материалов латексных вкладышей - CoreLiner).
- ГОСТ 4543-2017 "Прокат из легированной конструкционной стали": (Для сталей наружных труб, переходников).
- ГОСТ 4784-2019 "Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые": (Для внутренних труб из легких сплавов).

Современные тенденции и материалы:
- Легкие сплавы и композиты: Для внутренних труб и компонентов снижают вес, улучшают отбор керна в рыхлых породах.
- Полимерные покрытия и вкладыши: Снижают трение керна о стенки трубы, минимизируют нарушение структуры, облегчают извлечение.
- Улучшенные подшипниковые узлы: Повышенная износостойкость, лучшее гашение вибраций, надежные уплотнения от бурового раствора.

- Системы CoreLiner: Стандарт для высококачественного отбора керна.
- Интеграция с LWD/MWD: Телеметрические системы могут передавать данные о состоянии снаряда (вибрации, температура, давление в камере для герметичных систем) в режиме реального времени.
- Специальные коронки: Для внутренней трубы - коронки с минимальным зазором и особым профилем для снижения сдвига керна; для наружной - коронки, оптимизированные под конкретную породу и тип ДКТ.

Заключение: Двойные колонковые трубы, особенно системы с невращающейся внутренней трубой и латексными вкладышами (CoreLiner), остаются технологическим лидером в обеспечении высокого выхода и превосходного качества керна. Современные разработки в области материалов (легкие сплавы, полимеры), механики (усовершенствованные подшипники, системы герметизации) и технологий охлаждения/замораживания значительно расширили их применение в самых сложных условиях: от рыхлых водоносных песков и угольных пластов до нефтегазовых коллекторов под давлением. Соблюдение требований актуальных ГОСТов (20692-2023, 53020-2023 и др.) является основой для безопасной и эффективной эксплуатации ДКТ.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: В. В. Авдонин, и др.

Источник: Технические средства и методика разведки месторождений полезных ископаемых.

Данные публикации будут полезны для студентов инженерно-геологической и геохимической специальностей.