3.2.2. Двойные колонковые снаряды

Двойные колонковые снаряды (ДКС) предназначены для повышения выхода керна при бурении в легкоразмывающихся и легкоистирающихся мягких полезных ископаемых.

При твердосплавном бурении применяют двойные колон­ковые снаряды с вращающейся и невращающейся при бурении внутренней трубой.

Двойные колонковые снаряды (рис. 3.9) с вращающейся внутренней трубой применяют при бурении легкоразмывающихся, но устойчивых к истиранию горных пород (например, мине­ральных солей).

ДКС с вращающейся (одновременно с наружной) внутрен­ней трубой состоит из переходника 1, с системой входных 7, 9 и выходных каналов 12, на который навинчивают наружную и внутреннюю трубы. На нижний конец труб навинчивают коронки 4 и 5, причем внутренняя коронка опережает наружную на 1-2 см. Коронка внутренней колонковой трубы имеет внутреннюю конусную расточку для установки рвательного кольца. Для центрирования внутренней трубы в нижней части наружной трубы крепят направляющее кольцо 6.

После спуска снаряда на забой через бурильные трубы центральный канал 7 и три боковых (поперечных) канала 9 жидкость поступает через внутреннюю трубу и межтрубное пространство на забой скважины для его очистки от шлама. После промывки скважины через бурильные трубы сбрасывают шарик 8, который перекрывает центральный канал, и жидкость начинает поступать только в межтрубное пространство, предохраняя образующийся при бурении керн от размывания. Оставшаяся во внутренней трубе жидкость выдавливается поступающим в нее керном через 2 выходных канала 10, 12 с обратными клапанами 11.

Рис. 3.9. Схема двойного колонкового снаряда (ДКС) с вращающейся внутренней трубой

Рис. 3.10. ДКС конструкции С. А. Алексеенко (с невращающейся внутренней трубой)

Двойные колонковые снаряды с невращающейся (при бурении) внутренней трубой предназначены для бурения легкоразмывающихся и легкоразрушающихся (под действием трения и вибрации трубы) полезных ископаемых (углей, мягких бокситов и др.). В настоящее время существует большое количество различных конструкций ДКС этого типа. Наибольшее распространение из них получили ДКС Алексеенко и ДКС «Донбасс НИЛ»

ДКС Алексеенко (рис. 3.10) состоит из следующих узлов:

1) муфты включения детали 1, 2, 3, 5, 16, 20, 21; 2) подвески (детали 4, 6, 7, 8, 9, 17, 18, 19, 22); 3) наружной трубы с коронкой 13; 4) внутренней трубы 10 со штампом 12 и керноприемной кассетой 11; 5) паука 14.

Муфта включения предназначена для передачи вращения от бурильной колонны на наружную трубу и включения паука (кернозахвата). Она состоит из переходника 1 на бурильные трубы, который при помощи резьбы соединяется со шпинделем 2 и защитным кожухом 5. Шпиндель имеет центральный канал для направления промывочной жидкости из бурильных труб в межтрубное пространство и боковой канал для выхода выдавливаемой керном из внутренней трубы жидкости. Шпиндель с сухарями 3 вставляется в пазы муфты 16, которая снизу имеет сальниковое уплотнение 21. С помощью резьбы муфту соединяют с наружной трубой 15.

Вращение трубы 15 осуществляется от бурильной колон­ны через переходник 1, сухарь шпинделя 3 и муфту 16. На­личие пазов муфты позволяет при подъеме ДКС перемещаться в наружной трубе 15, ее коронке 13 и пауку 14 вниз относи­тельно торца штампа 12. Оказавшись ниже торца, пластинки паука сжимаются и удерживают при подъеме керн от выпадения.

Подвеска предназначена для свободного подвешивания внутренней трубы к шпинделю ДКС и состоит из верхнего 4 и нижнего 7 переходников, соединенных патрубком 6, внутри которого устанавливают аммортизатор (пружину) 18 и подшипниковый узел. Подшипниковый узел состоит из подпятника 17, шарика и полого штока 8.

Шток устанавливают в нижнем переходнике 7 и с помощью резьбы его соединяют с переходником на внутреннюю трубу 9.

В процессе бурения осевое усилие на внутреннюю трубу передается от бурильной колонны через шпиндель 2, верхний переходник подвески 4, амортизатор 18, подпятник 17, шарик, опорный шток 8 и переходник на внутреннюю трубу. При этом благодаря наличию подшипникового узла и трению штампа о породу, внутренняя труба при вращении снаряда не вращается. Чем мягче порода, тем меньше сопротивление породы внедрению штампа, тем глубже (при одинаковом осевом усилии) погружается штамп (за счет амортизатора) в породу, тем меньше она размывается промывочной жидкостью.

Промывочная жидкость движется к забою через бурильные трубы, центральный канал шпинделя 2, поперечный канал верхнего переходника подвески 4, межтрубное пространство под торец коронки. Штамп 12 при этом защищает керн от воздействия потока жидкости. Жидкость выдавливается поступающим керном из внутренней трубы через обратный клапан, полный шток 8, патрубок 6, боковые каналы верхнего переходника 4, шпинделя 2 и через поперечный канал муфты 16 поступает в скважину.

Отсутствие вращения внутренней трубы и воздействия на керн потока жидкости способствует сохранению керна в процессе бурения. Наличие паука (кернозахвата) и обратного клапана предохраняет керн от выдавливания его столбом жидкости при подъеме снаряда. Наличие разъемной керноприемной кассеты способствует извлечению керна без нарушения его структуры.

ДКС «Донбасс НИЛ» (рис. 3.11) представлен тремя типами: «Донбасс НИЛ-1», «Донбасс НИЛ-2» и «Донбасс НИЛ-3».

ДКС «Донбасс НИЛ-1» (рис. 3.11, а) аналогичен Алексеенко, ДКС «Донбасс НИЛ-2» предназначен для бурения углей в районах повышенного метаморфизма. Он отличается тем, что имеет фрикционный механизм. При встрече крепких прослоев осевое усилие увеличивают, в результате чего тарельчатые пружины 4 (рис. 3.11, б) сжимаются, и диски фрикциона 9, прижимаясь друг к другу, передают крутящий момент на внутреннюю трубу 6 и ее коронку, что позволяет перебуривать крепкие пропластки горной породы.

ДКС «Донбасс НИЛ-3» (рис. 3.11, в) вместо фрикционного имеет вибрационный механизм, способствующий перебуриванию достаточно твердых пропластков породы без вращения внутрен­ней трубы за счет вибрации.

Рис. 3.11. Двойной колонковый снаряд «Донбасс НИЛ»: а - «Донбасс НИЛ-1», б - «Донбасс НИЛ-2», в - «Донбасс НИЛ-3»: 1 - переходник; 2 - колонковая труба; 3 - упорный шариковый подшипник; 4 - тарельчатые пружины; 5 - шаровой клапан; 6 - керноприемная труба

При встрече твердых пропластков осевую нагрузку на ДКС увеличивают, пружины (4) сжимаются, внутренняя коронка углубляется (внутрь наружной). Верхняя обойма вибратора 10 прижимается к нижней 11, что при вращении снаряда вызывает вибрацию внутренней трубы и ее коронки и позволяет обрабатывать выбуренный наружной коронкой керн до необходимого диаметра.