Установка для глубоководного бурения и способ глубоководного бурения
DEVICE FOR DEEP-SEA DRILLING AND METHOD OF DEEP-SEA DRILLING

Относятся к области глубоководного бурения с морских судов и могут быть использованы при структурно-картировочном, поисковом и разведочном бурении установками глубокого бурения.
При морском глубоководном бурении скважин применяют райзер (водоотделяющую колонну), предназначенный для размещения бурильной колонны и отвода бурового раствора из скважины в очистительное сооружение. Райзер соединяет буровую установку, размещенную на судне, с блоком подводного устьевого противовыбросового оборудования, устанавливаемого на кондукторе скважины, исключающего аварийный выброс газожидкостной смеси.
Предусматривается установка на судне буровой вышки с бурильным станком и использование бурильной колонны, составленной из разъемных труб. На донном устье скважины размещают противовыбросовое устройство, управляемое с судна. Специфика морского бурения состоит в том, что положение вышки и бурового станка меняется вместе с колебаниями судна. При этом меняется нагрузка на породоразрушающий инструмент, что ухудшает условия его работы. Колебания судна отрицательно сказываются на состоянии райзера. Для обеспечения оптимальных условий работы инструмента требуется оснащение судна и бурового оборудования компенсаторами продольных и поперечных перемещений.
Известна установка для глубоководного бурения с райзером и используемая при этом технология, принятые за прототип (Гамсахурдия Г.Р., Вайнерман М.И., Басович Д.B., Бачурин А.А. «Технология разведочного бурения на нефть и газ с бурового научно-исследовательского судна». Технические науки: теория и практика: материалы II междунар. науч. конф. (г. Чита, январь 2014 г.). - Чита: изд-во «Молодой ученый», 2014. - C. 65-74, httр://moluch.ru/conf/tech/archive/88/4697/). Для проведения спуско-подъемных операций используется буровая вышка с кронблоком и талевым блоком с верхним силовым приводом, перемещаемым по вертикальным рельсам, свечеприемником, крюком, на котором подвешен вертлюг-сальник, соединенный рукавом со стояком промывочного насоса, и раскатный стол. На буровой палубе размещен пост бурильщика, буровые лебедки, ротор, ключи для свинчивания бурильных труб, а также лебедки керноприемников и каротажного оборудования. Предусмотрено применение буровых лебедок с режимом активной компенсации вертикальных перемещений судна при качке. В носовой части на 2-й палубе размещается трюм для секций райзера, а в корме - запасы обсадных и бурильных труб. В носовой части на главной палубе расположены научно-исследовательские лаборатории, под ними в трюме - кернохранилище. В кормовой части за буровой вышкой в трюме размещены технологические комплексы приготовления буровых и цементных растворов. Между буровой и главной палубами под вышкой организовано помещение для размещения крупногабаритного оборудования: воронки бурильной колонны, подводного устьевого оборудования. В центре судна в трюме врезана буровая шахта, предназначенная для размещения верхней части райзера, а нижняя его часть соединена с блоком скважинного донного устьевого оборудования.
Технология бурения предполагает, что на подготовительном этапе работ на бурильных трубах с резьбовыми соединениями (ТРС) спускают и заглубляют в дно моря направление (направляющее шарнирное самоустанавливающееся центрирующее устройство) в сборе с воронкой повторного ввода бурильной колонны в скважину, бурение проводят до проектной глубины, затем освобождают и поднимают бурильные трубы. Обсаживают и цементируют устье скважины, создавая кондуктор. К кондуктору присоединяют блок противовыбросового устройства и систему управления им, присоединяют нижнюю часть райзера к противовыбросовому устройству, формируя подводное устьевое оборудование.
Затем устанавливают райзер и присоединяют его верхнюю часть к судовой буровой установке, а нижнюю - к кондуктору. Основной этап бурения - углубку скважины (перемещение забоя под действием породоразрушающего инструмента на горные породы) - производят с помощью бурильной колонны, работающей внутри райзера. Колонна на обоих этапах бурения составлена из разъемных бурильных труб повышенной прочности и забойных механизмов с породоразрушающим инструментом.
Применяемые бурильные трубы имеют резьбовые соединения, наружный диаметр которых превышает диаметр тела трубы. Поэтому собранная из таких труб бурильная колонна не является гладкоствольной и не сбалансирована по массе. В процессе работы колонна вращается с высокой частотой.
Основная техническая проблема использования традиционного способа при глубоководном бурении с судна состоит в том, что при вращении и спуско-подъемных операциях с несбалансированной бурильной колонной за счет крутильных ударов и вибрационных нагрузок происходит механическое воздействие колонны на райзер, приводящее к снижению его надежности и увеличению вероятности разрушения и, соответственно, снижению экологической безопасности буровых работ (загрязнение водной среды). В то же время в процессе бурения происходит механическое воздействие бурильной колонны на стенки скважины, из-за чего повышается вероятность их обрушения, приводящая к авариям. Еще одна проблема состоит в том, что из-за жесткости бурильной колонны колебания судна передаются на породоразрушающий инструмент. Это исключает обеспечение основного технологического условия - сохранения постоянства осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Для уменьшения колебаний применяют судовые системы компенсации, которые конструктивно сложны и дорогостоящи. Поэтому возникают ограничения по гидрометеорологическим условиям применения (ветер и волнение водной поверхности), что существенно уменьшает время использования судна непосредственно для буровых работ. И, наконец, используется большое количество конструктивно сложного крупногабаритного тяжелого энергоемкого палубного бурового оборудования: буровая вышка (в арктических условиях закрытая для поддержания заданных климатических условий эксплуатации) высотой 30 м и более, лебедка, ротор, верхний силовой привод, ключи для свинчивания, трюмные стеллажи с бурильными трубами и т.д. Это приводит к увеличению парусности и понижению остойчивости судна. Обслуживание оборудования требует больших трудовых, временных и материальных затрат. Тем самым снижается экономическая эффективность морских глубоководных буровых работ.
Технической задачей изобретения является разработка установки и способа глубоководного бурения, при использовании которых обеспечивается постоянство нагрузки на забой, уменьшается механическое воздействие буровой колонны на райзер и на стенки скважины, снижаются требования к системе компенсации колебаний судна, повышается остойчивость судна, снижаются габариты, общий вес и энергоемкость бурового оборудования.
Задача решается тем, что традиционное оборудование и инструмент используют только на подготовительном этапе (бурение под кондуктор, обустройство устья скважины и установка райзера и противовыбросового устройства). Углубка глубоководной скважины производится дополнительным буровым устройством с использованием бурильной колонны, составленной из гибких непрерывных труб (ГНТ), т.е. предлагается использовать на этапе углубки колтюбинговую технологию.
Предлагаемая установка для бурения содержит устройство для подготовительного этапа бурения и устройство для этапа углубки скважины, которые размещены на общей раме с возможностью установить каждое из устройств во время выполнения задачи в рабочем положении, а после выполнения задачи вернуть каждое из них в свое исходное положение. Установка также содержит вспомогательную лебедку и промывочные насосы с системой обвязки, сбора и отвода для очистки бурового раствора. Это оборудование используется на обоих этапах бурения. Устройства для каждого из этапов содержат забойные механизмы (приводы) с породоразрушающим инструментом.
Устройство для подготовительного этапа бурения содержит буровую вышку с кронблоком, талевый блок с крюком, буровую и вспомогательную лебедки, ротор, вертлюг с ведущей трубой и бурильную колонну, составленную из ТРС.
Использование при углубке скважины ГНТ снижает механическое воздействие не только на райзер, но и на стенки скважины, что повышает их устойчивость и исключает образование желобов при наклонно-направленном бурении.
Размещение устройства для подготовительного этапа бурения и устройства для углубки скважины на общей раме и возможность перемещения каждого из них в рабочее положение из исходного позволяет обеспечить соосность судового противовыбросового устройства и райзера на этапе углубки скважины после того, как выполнен подготовительный этап бурения.
Буровая вышка может быть выполнена складной. Тогда на этапе транспортирования и на этапе углубки скважины рама с вышкой и другим буровым оборудованием может быть полностью размещена под верхней палубой. Тем самым уменьшится зависимость от климатических условий эксплуатации, повысится надежность бурового оборудования и будут созданы более безопасные и комфортные условия работы для бурового персонала. Остойчивость судна дополнительно увеличится за счет уменьшения парусности палубного оборудования.
Устройство для этапа углубки скважины, в котором бурильная колонна составлена из ГНТ, содержит лебедку для ГНТ с плавно регулиремым приводом, промывочным сальником и укладчиком ГНТ, устьевой блок, включающий гусак (изогнутую направляющую ГНТ), центратор бурильной колонны с выпрямляющим устройством и дефектоскопом, трубодержатель-податчик ГНТ и противовыбросовое устройство, и забойный механизм.
Забойный механизм соединен с ГНТ и включает гидравлический забойный двигатель вращательного типа и гидроударник с породоразрушающим наконечником. В качестве гидравлического забойного двигателя вращательного типа может быть использован турбобур или винтовой забойный двигатель (ВЗД). В гидравлических забойных двигателях вращательного типа энергия движущегося потока бурового раствора преобразуется во вращательное движение их роторов и валов. При бурении вертикальных скважин предпочтительно использовать турбобур, а при бурении наклонно-направленных и горизонтальных - ВЗД.
Забойный двигатель вращательного типа с гидроударником соединены друг с другом через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения, расширителем и демпфером. При углубке скважины колонна ГНТ не вращается. Углубка происходит за счет использования комплекса гидравлического забойного двигателя вращательного типа и гидроударника. Оборудование, обеспечивающее работу такого устройства, требует меньших затрат энергии, а, следовательно, и топлива.
По сравнению со стальными бурильными ТРС, ГНТ (из стальной ленты или металлополимерные) имеют существенно меньший вес. Поэтому в состав забойного инструмента введен гидроударник, что позволяет решить эту проблему за счет того, что площадь разрушения кольцевого породоразрушающего наконечника у гидроударника значительно меньше чем при бурении сплошным забоем с помощью долота трубобура, и он создает импульсные колебания на породоразрушающем наконечнике и в буровом растворе. Значит, величина необходимой нагрузки на забой уменьшается. Кроме того, снижаются силы трения инструмента о стенки скважины, в результате чего улучшаются условия передачи нагрузки на породоразрушающий наконечник. Все это вместе взятое позволит обеспечить необходимую величину нагрузки на породоразрушающий наконечник и, совместно с центраторами, обеспечить минимальное искривление скважины, особенно при наклонно-направленном и горизонтальном бурении, исключается образование шламовых подушек за счет импульсных колебаний бурового раствора.
Гусак может быть укомплектован индикатором веса спущенной в скважину ГНТ (указателем глубины скважины). Это позволит оценивать величину нагрузки на породоразрушающий инструмент. При этом нужно учитывать, что связь между весом и величиной нагрузки не прямая. На нее влияет величина гидростатического давления в скважине, прямолинейность скважины и ее глубина.
В промывочном сальнике и во внутреннем канале гидравлического забойного двигателя могут быть установлены обратные клапаны, которые, в случае выброса бурового раствора, исключат самопроизвольное перемещение бурового механизма и колонны ГНТ от забоя к устью скважины.
С этой же целью в наружной линии забойного двигателя вращательного типа может быть установлено распорное устройство.
Если веса забойного механизма недостаточно для создания необходимой нагрузки на породоразрушающий инструмент, над ним может быть размещен утяжелитель. Утяжелитель может быть разъемным, надеваемым на ГНТ, или в качестве утяжелителя могут быть использованы утяжеленные бурильные трубы. Разъемный утяжелитель может в то же время являться центратором бурильной колонны, препятствующим в аварийных ситуациях выталкиванию колонны ГНТ газожидкостной смесью.
При бурении наклонно-направленных скважин при переходе с вертикального направления проходки на горизонтальное целесообразно включить в состав скважинного бурового инструмента ориентирующий инструмент, позволяющий поворачивать бурильную колонну под действием только величины гидростатического давления. Он может быть выполнен, например, как описано в статье А.С. Захаровой «Проведение работ по бурению скважин с применением ГНКТ» (Время колтюбинга, 2017 г., №2, стр. 33-34). В нижней части колонны ГНТ с этой же целью применяются гидравлические нагружатели, создающие осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент.
Способ морского глубоководного бурения включает подготовительный этап и этап углубки скважины. Для каждого этапа предназначено собственное буровое устройство, причем оба устройства размещены на общей раме. До начала использования каждое из буровых устройств находится в своем зафиксированном исходном положении. Перед началом подготовительного этапа бурения устройство для этого этапа перемещают по раме в рабочее положение. Подготовительный этап бурения включает спуск скважинного инструмента, бурение под кондуктор, его установку и цементирование, установку противовыбросового устройства и установку райзера. На подготовительном этапе применяют буровое устройство с использованием бурильной колонны, составленной из ТРС. После этого собирают райзер и присоединяют его нижнюю часть к кондуктору, а верхнюю - к буровой установке на судне. Затем буровое устройство для подготовительного этапа бурения возвращают по раме в исходное положение и фиксируют. Перед началом этапа углубки скважины устройство для углубки, в котором бурильная колонна составлена из ГНТ, перемещают по раме и фиксируют в рабочем положении над верхней частью райзера и производят углубку скважины с помощью этого устройства.
Использование колонны ГНТ в процессе углубки скважины обеспечивает возможность расположения нижней части бурильной колонны в сжатом по длине (винтообразном) состоянии. Тем самым при качке уменьшается влияние вертикальных перемещений судна на величину осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Это позволит упростить конструкцию судовых компенсаторов и повысить производительность бурения.
Поскольку на подготовительном этапе бурение производится на относительно небольшую глубину, то используемые для этого этапа буровая вышка, талевый блок с крюком и верхним силовым приводом, буровая лебедка, ротор имеют значительно меньшую грузоподъемность и, соответственно, габариты, чем если бы углубка скважины на всю глубину (многократно превышающую глубину бурения на подготовительном этапе) велась традиционным способом. Свечеприемник (устройство для упорядоченной установки бурильных свечей) и трубный склад при выполнении этого этапа также значительно меньше по размерам и общему весу труб, чем если бы бурение этим способом производилось на всю глубину скважины. Соответственно снижаются требования к компенсаторам колебаний судна.
В целом на обоих этапах работ потребуется оборудование меньших габаритов, грузоподъемности и энергоемкости, чем если бы бурение велось на всю глубину скважины только традиционным способом.
Технический результат прежде всего состоит в том, что в процессе работы буровой установки на этапе углубки бурильная колонна не вращается, и тем самым уменьшается механическое воздействие на райзер и на стенки скважины за счет исключения крутильных колебаний и вибрационных нагрузок. Повышается механическая скорость бурения породоразрушающего наконечника и его ресурс и уменьшаются требования к конструкции компенсаторов вертикального перемещения колонны при качке судна. Увеличивается время производительного использования судна. Остойчивость судна возрастает за счет уменьшения высоты буровой вышки, снижения габаритных размеров бурового оборудования, размещенного на буровой палубе, ниже главной палубы. Снижается энергоемкость установки и трудоемкость обслуживания. Соответственно требуется энергетическое оборудование с более низкими параметрами и меньшим расходом топлива. Все эти преимущества достигаются благодаря тому, что традиционное буровое оборудование с ТРС используется только на подготовительном этапе бурения на ограниченную глубину в течение относительно короткого промежутка времени, а для длительной работы по углубке на всю глубину скважины используется буровая установка с колонной ГНТ, а в качестве забойного инструмента использована комбинация гидравлического забойного двигателя вращательного типа с гидроударником.
а
На чертежах показана установка для бурения в состоянии, соответствующем этапу углубки скважины. Изображения на фиг. 1 и на фиг. 2 совмещаются по стрелкам , б, в. Фиг. 1 - устройство для подготовительного этапа бурения, размещенное на раме, промывочный насос с системой обвязки и очистки раствора и вспомогательная лебедка. Фиг. 2 - устройство для углубки скважины, размещенное на той же раме, райзер и скважинный инструмент (фиг.3) в скважине для случая с использованием турбобура.
На буровой палубе судна установлена рама 1 с амортизаторами 2 колебаний судна, на которой размещены устройство 3 для подготовительного этапа бурения и устройство 4 для углубки скважины. Предусмотрены узлы перемещения и закрепления на раме устройств 3 и 4, обеспечивающие возможность размещения и фиксации каждого из этих устройств на время его использования в рабочем положении. Для устройства 3 - это размещение над заданной точкой бурения. Для устройства 4 - размещение над верхней частью уже установленного райзера 5 и его соединения с уплотнительным устройством верхнего (судового) комплекта оборудования 6 райзера (комплект включает компенсатор колебаний судна, уплотнительное устройство, гибкую муфту, систему натяжения райзера, узел аварийного отсоединения судна от райзера; на чертеже не показаны). После использования каждое из устройств 3 и 4 может быть перемещено и зафиксировано в своем исходном положении. Райзер 5 через нижний (донный) комплект оборудования 7 (комплект включает противовыбросовый узел с системой управления им и с гибким узлом соединения с райзером и уплотнительное устройство; не показаны) соединен с кондуктором 8.
Устройство 3 для подготовительного этапа бурения содержит буровую вышку 9 с кронблоком 10, талевым блоком 11, крюком 12, вертлюгом-сальником 13, стояком 14 со шлангом 15, буровую лебедку 16, ротор 17, ведущую трубу 18 и бурильную колонну 19, составленную из ТРС.
Устройство 4 для углубки скважины, содержит колонну ГНТ 20, лебедку для ГНТ 21 с системой упорядоченного сматывания и наматывания ГНТ с плавно регулируемым приводом (не показан на чертеже) и с промывочным сальником 22, устьевой блок, и соединенный с колонной ГНТ 20 и забойный механизм. Устьевой блок включает противовыбросовое устройство 23, трубодержатель-податчик ГНТ 24, гусак 25 и центратор 26 бурильных труб с выпрямляющим устройством (не показано). Забойный механизм содержит гидравлический забойный двигатель 27 вращательного типа и гидроударник 28 с породоразрушающим инструментом 29. Двигатель 27 соединен с колонной ГНТ 20 аварийным отсоединительным переходником (не показан), а с гидроударником 28 - через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения (не показаны). На корпусе шарнирного переходника размещен расширитель (не показан), на корпусах каждого из забойных двигателей размещены не менее двух центраторов (не показаны), а между гидравлическим забойным двигателем вращательного типа размещен демпфер (не показан).
Установка также содержит вспомогательную лебедку 30 с ручным управлением и промывочный насос 31 с регулируемым приводом и с системой обвязки, сбора, отвода и очистки бурового раствора (не показана). Указанное оборудование используется при работе как устройства 3, так и устройства 4. На подготовительном этапе насос 31 соединяют гидравлической линией 32 с вертлюгом-сальником 13, а на этапе углубки с промывочным сальником 26 лебедки 25. На расстоянии, доступном для вспомогательной лебедки 30 должны быть предусмотрены стеллажи для бурильных труб, забойных двигателей и другого инструмента.
В случае недостаточной нагрузки нагрузки на породоразрушающий инструмент, над ним может быть размещен утяжелитель 32.
Для выполнения способа бурения необходимо произвести следующие операции.
1. После позиционирования судна на заданной точке бурения устройство для подготовительного этапа бурения 3 перемещают по раме 1 из исходного положения в рабочее над этой точкой и фиксируют его.
2. Для создания кондуктора выполняют бурение в донных породах с использованием колонны 19 из ТРС. Для этого на бурильных трубах с помощью лебедки 16 спускают и заглубляют в дне направление в сборе с воронкой повторного ввода бурильной колонны в скважину. Бурение проводят до проектной глубины, затем освобождают и поднимают бурильные трубы. Обсаживают и цементируют устье скважины.
3. К созданному таким образом кондуктору 8 присоединяют нижний (донный) комплект оборудования 7 райзера и противовыбросовое устройство.
4. Собирают райзер 5 и присоединяют его нижнюю часть к нижнему комплекту оборудования 7 райзера 5, а верхнюю - к верхнему (судовому) комплекту оборудования 6 райзера 5.
5. Устройство 3 для подготовительного этапа возвращают по раме 1 в исходное положение и фиксируют.
6. Перемещают по раме 1 из исходного в рабочее положение устройство 4 для углубки скважины, позиционируют над райзером 5 и фиксируют его.
7. С помощью вспомогательной лебедки 30 компонуют забойный инструмент (забойный механизм, состоящий из гидравлического забойного двигателя вращательного типа 27 и гидроударника 28, с породоразрушающим инструментом 29) и фиксируют его в трубодержателе-податчике 24. Тип гидроударника и породоразрушающего инструмента выбирают в зависимости от геологических условий.
8. Колонну ГНТ 20 наматывают на барабан лебедки 21 и присоединяют к промывочному сальнику 22. Промывочный сальник 22, установленный на лебедке 21, соединяют с системой обвязки промывочного насоса 31.
9. С лебедки 21 сматывают колонну ГНТ 20, пропускают ее через гусак 25 и открытый трубодержатель-податчик 24, центратор 26, выпрямляющее и противовыбросовое устройства и присоединяют колонну 20 ГНТ к гидравлическому забойному двигателю 27.
10. Раскрепляют трубодержатель-податчик 24 и, регулируя лебедкой 21 скорость сматывания колонны 20 ГНТ, а промывочным насосом 31 - расход и давление бурового раствора, опускают забойный инструмент до контакта с забоем скважины, затем выполняют углубку скважины на заданную глубину.
В начале работы после установки и фиксации в рабочем положении устройства 3 для подготовительного этапа бурения подготавливают к работе бурильную колонну 19, забойный механизм устройства 3, промывочный насос 31 и другое оборудование.
Подготовительный этап бурения проводят традиционным способом. Соединяют направление с направляющей воронкой, обеспечивающей соосность скважины и спускаемой колонны, и спускают на бурильных трубах до достижения морского дна. Производят заглубление направления в донные отложения, например, роторным способом до достижения твердых пород. Затем производят бурение в твердых породах на глубину обсаживания устья скважины. При необходимости для создания достаточной нагрузки на породоразрушающий инструмент используют утяжеленные бурильные трубы. Глубину обсаживания выбирают таким образом, чтобы обеспечить безаварийную работу противовыбросового устройства. Она зависит от физико-механических свойств пород, в которых закрепляется кондуктор.
По достижении твердых пород отвинчивают от направления бурильные трубы и поднимают на судно.
С помощью бурильных труб спускают колонну обсадных труб и цементируют их, образуя кондуктор 8.
Спускают на бурильных трубах и присоединяют к кондуктору 8 нижнее донное уплотнительное устройство 7 с противовыбросовым устройством. На бурильных трубах спускают и присоединяют к кондуктору устройство управления превенторами. Посекционно собирают и спускают райзер 5 и присоединяют его к противовыбросовому узлу донного уплотнительного устройства 7. По мере увеличения длины райзера соответственно уменьшается длина колонны бурильных труб. Поднятые на судно свечи бурильных труб разбирают и укладывают на трюмные стеллажи. В процессе сборки оборудуют райзер 5 системой натяжения и компенсаторами колебаний.
В процессе работы целесообразно периодически оценивать состояние внутренней поверхности райзера с использованием видеокамеры, спускаемой на колонне ГНТ.
Соединяют райзер 5 через верхнее уплотнительное устройство 6 с судном для обеспечения связи с устьем морской скважины.
Отсоединяют стояк 14 от гидравлической линии промывочного насоса 31.
Возвращают по раме 1 использованное устройство 3 из рабочего положения (над райзером 5) в исходное и фиксируют его.
При переходе к этапу углубки устройство 4 должно быть расконсервировано и подготовлено к эксплуатации. На лебедку для ГНТ 21 должна быть намотана колонна ГНТ 20. В нерабочем положении колонна ГНТ находится в законсервированном состоянии (например, она может быть заполнена инертным газом и закрыта заглушками). Перед началом работы колонну ГНТ расконсервируют.
Рассмотрим работу устройства 4 для углубки скважины для варианта с турбобуром.
По раме 1 перемещают устройство 4 для углубки и позиционируют и фиксируют его в рабочем положении над райзером 5. Соединяют промывочный сальник 22 с промывочным насосом 31. При необходимости очищают или заменяют буровой раствор в пробуренной скважине и в райзере 5. Гидроударник 28 с присоединенным к нему породоразрушающим инструментом 29 с помощью вспомогательной лебедки 30 пропускают через трубодержатель-податчик 24 и закрепляют его внутри трубодержателя. Захватывают со стеллажа турбобур 27 и присоединяют его к гидроударнику 28. При этом вал турбобура 27 соединяют с валом гидроударника через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения. На корпусе переходника закреплен расширитель, а на корпусе турбобура 2-3 центратора. Между турбобуром и гидроударником размещен демпфер. К верхнему концу турбобура 27 присоединяют колонну ГНТ 20, сматываемую с лебедки 21 для ГНТ, и пропускают через гусак 25, трубодержатель-податчик 24, центратор 26 и противовыбросовое устройство 23. Гусак должен иметь диаметр, достаточный для исключения механических повреждений ГНТ в результате перегиба при сходе с барабана лебедки 21. При использовании гибких труб не допускается применение в трубодержателе-податчике 24 плашек с насечкой, чтобы исключить механическое повреждение ГНТ.
Целесообразно для предотвращения попадания инородных тел в забойный двигатель применять в колонне ГНТ фильтр. В гидроударнике для предотвращения попадания в него шлама может быть установлен фильтр.
Для углубки скважины включают насос 31 и после установления непрерывной циркуляции потока бурового раствора раскрепляют трубодержатель-податчик 24 и производят углубку, при этом осуществляют управление скоростью сматывания колонны ГНТ 20 с барабана лебедки 21 и расходом и перепадом давления бурового раствора. При использовании технологии бурения с ГНТ исключается регулирование частоты вращения бурильной колонны. Это упрощает управление процессом бурения с использованием автоматизированной компьютеризированной системы, что снижает вероятность аварий, повышает безопасность работ и уменьшает риски нарушения технологии.
В процессе бурения буровой раствор проходит через статоры турбобура 27, происходит закручивание потока жидкости и увеличение скорости его движения. В роторах турбобура 27 кинетическая энергия потока превращается в энергию вращения вала, соединенного с гидроударником 28 через шарнирный переходник с узлом аварийного отсоединения и расширителем. При вращении гидроударника 28 при посредстве клапана, периодически перекрывающего поток жидкости, возникает кратковременный гидроимпульс, который передается на вращающийся породоразрушающий инструмент 29. Благодаря гидроимпульсу снижается необходимая величина нагрузки на породоразрушающий инструмент. Это делает возможным использование колонны ГНТ, имеющей значительно меньший вес, чем традиционная колонна из ТРС. Одновременно происходит разбуривание (расширение) ствола скважины на величину разности диаметров турбобура 27 и гидроударника 28, с одновременной калибровкой скважины по диаметру. Импульсы, возникающие в гидроударнике 28, гасятся в демпфере и не передаются на турбобур 27, что повышает надежность и ресурс турбобура. Для снижения площади контакта забойного механизма со стенками скважины на наружной поверхности турбобура и гидроударника могут быть размещены центраторы.
Аналогично происходит работа устройства для углубки скважины при использовании ВЗД.
Сочетание конструктивных параметров забойных двигателей, гибких труб, промывочного сальника должны обеспечить режим промывки скважины при минимальном гидростатическом давлении бурового раствора с условием полной очистки забоя от шлама и сохранения устойчивости стенок скважины.
Должна быть предусмотрена возможность аварийного отсоединения судна от райзера.
При использовании установки для разведочного бурения конструкция гидроударника должна включать керноприемник. В случае разведочного бурения дополнительным преимуществом колтюбинговой технологии является возможность промывки скважины непосредственно в процессе геофизических исследований скважин. В зависимости от твердости разбуриваемых пород используют гидроударник низкочастотный или высокочастотный.
Возможно применение колтюбинговой технологии с использованием двойной концентричной ГНТ совместно с эжектором для добычи со дна Мирового океана железо-марганцевого концентрата, очистки забоя от посторонних предметов, исключения воздействия на продуктивный пласт.
Для одновременного бурения пилот-скважины и ее разбуривания до большего диаметра скважинный забойный механизм может быть дополнен ступенчатым разбуривателем.
Для снижения возможных напряжений на участке ГНТ, прилегающем к верхней части гидравлического забойного двигателя вращательного типа, может быть установлен амортизатор крутильных колебаний.
Для исключения при наматывании на барабан лебедки колонны ГНТ деформации ее нижних рядов под действием верхних (при большой глубине и большом диаметре ГНТ) в конструкции лебедки могут быть предусмотрены межрядные амортизирующие разделители.
Совместное использование забойного двигателя вращательного типа с гидроударником обеспечивает промывку скважины с насыщением бурового раствора тонкодисперсным шламом в отличии от грубодисперсного, получаемого при турбинном и роторном бурении. В сочетании с гладкоствольной ГНТ это способствует большей устойчивости стенок скважины, улучшает экологическую обстановку в море за счет возможности более тщательной очистки бурового раствора не только механическими, но и химическими способами.
Применение ГНТ при бурении наклонно-направленных скважин позволит уменьшить радиус искривления скважины, тем самым снизив затраты рабочего времени на ее проходку, а применение гидроударника исключает шламовые подушки и падение механической скорости бурения.
В целом использование предлагаемого решения позволит повысить техническую и экологическую безопасность и повысить экономическую эффективность морского глубоководного бурения. Это достигается за счет повышения надежности и ресурса райзера и увеличения времени производительного использования бурового судна.