ВИТРом ВПО «Союзгеотехника» разработаны двойные колонковые трубы нескольких типов для работы в различных геолого-технических условиях.

Грубы первого типа выпускаются с вращающейся (ТДВ-76-1 и ТДВ-59-1) и невращающейся (ТДН-76-1 и ТДН-59-1) внутренними трубами. Они предназначены для бурения с промывкой водой монолитных и слаботрещиноватых пород V—VII категорий буримости. Для труб данного типа в качестве породо-разрушающих инструментов используются серийные твердосплавные и алмазные коронки диаметром 76 и 59 мм.

Трубы второго типа предназначены для бурения с промывкой водой или глинистым раствором трещиноватых и сильнотрещиноватых малоустойчивых пород VII—XII категорий буримости. Они выпускаются трех диаметров с вращающейся (ТДВ-76-2, ТДВ-59-2, ТДВ-46-2) и невращающейся (ТДН-76-2, ТДН-59-2 и ТДН-46-2) внутренними трубами. С ними применяются специальные алмазные коронки (10АЗ, НИЗ) с увеличенной шириной матрицы и удлиненным корпусом с внутренней резьбой.

В двойной колонковой трубе с вращающейся внутренней трубой наружная и внутренняя трубы получают вращение от бурильной колонны через износостойкий переходник и переходник. Промывочная жидкость при бурении поступает через межтрубное пространство и отверстия во внутренней трубе в зазор между керном и трубой. Далее жидкость направляется в затрубное пространство двумя путями: одна часть — омывая коронку и забой скважины, а другая — через шариковый клапан 6 и каналы переходника.

Двойная колонковая труба с невращающейся внутренней трубой в отличие от труб ТДВ имеет подшипниковый узел, обеспечивающий свободное проворачивание внутренней трубы относительно переходника и наружной трубы, на нижнем конце которой закреплены расширитель и коронка. Промывочная жидкость проходит по межтрубному пространству и, омывая коронку, поступает в скважину. Внутренняя труба с кернователем (9, 10) на нижнем конце в процессе бурения надевается на керн и, как чехол, предохраняет его от истирания.

Труба четвертого типа ТДН-76-4 предназначена для бурения с промывкой водой или глинистым раствором разрушенных, легкоразмываемых и сильнотрещиноватых пород V—X категорий по буримости. С этими трубами используются специальные алмазные коронки КДТ-4А, КДТ-4И и расширитель РДТ-4-76. Толщина стенок коронок КДТ 15 мм. В корпусе коронки сделаны каналы, по которым промывочная жидкость из межтрубного пространства поступает непосредственно под торец коронки, минуя керн. Керн удерживается в трубе проволочным кернорвателем типа «паук».

Труба ТДН-У предназначена для бурения монолитных и слаботрещиноватых пород VIII—XII категорий по буримости. С этой трубой применяется алмазная коронка с уменьшенной до 7 мм ширной матрицы (у коронок для двойных колонковых труб других конструкций ширина матрицы 8,5—15 мм).

Трубы типа О (ТДН-93-0, ТДН-76-0, ТДН-59-0, ТДН-46-0) предназначены для бурения в сложных геологических условиях: сильнотрещиноватых, раздробленных, брекчированных, перемежающихся по твердости, хрупких, подверженных истиранию породах V—X категорий по буримости. Трубы используют со специальными алмазными коронками. Большие зазоры между колонковыми трубами допускают применение глинистых растворов любом, в том числе повышенной, вязкости. В комплект трубы входят кернорватели двух типов: пружинный—при бурении в слаботрещиноватых породах и проволочный — при бурении в сильно разрушенных породах.

Рис. 1. Двойные колонковые трубы для алмазного бурения:
а — труба ТДВ-2: 1 — износостойкий переходник; 2 — переходник; 3 — труба наружная; 4 — гайка; 5 — пружинная шайба; 6 — клапан-шарик; 7 — труба внутренняя; 8—алмазный расширитель; 9 — упорное кольцо; 10 — кернорвательное кольцо; 11 — корпус кернорвателя; 12 — алмазная коронка; б — труба ТДН-2: 1 — износостойкий переходник; 2 — переходник; 3 — подшипниковый узел; 4 — труба наружная; 5 — клапан-шарик; 6 — труба внутренняя; 7 — расширитель; 8 — упорное кольцо; 9 — корпус кернорвателя; 10 — кернорвательное кольцо; 11 — коронка; в — труба ТДН-76-0: 1 — переходник; 2 — отводной канал; 3 — сигнализатор; 4 — подшипниковый узел; 5 — шламовая труба; 6 — наружная труба; 7 — внутренняя труба; 8 — кернорватель; 9 — коронка

Особенность труб данного типа — обеспечение обратной циркуляции промывочной жидкости в призабойной зоне скважины. Верхний переходник У, имеющий пояс и вставки из твердого сплава, создает в скважине сопротивление потоку промывочной жидкости, поднимающемуся по затрубному пространству, в связи с этим до 40% жидкости, выходящей из межтрубного пространства и проходящей через каналы коронки на забой, поступает во внутренюю трубу, поднимается по ней до верхнего переходника и через отводной канал изливается в скважину. При этом шлам и мелкие частицы керна осаждаются во внутренней шламовой трубе. Более крупные обломки керна потоком промывочной жидкости удерживаются во взвешенном состоянии в верхней части керноприемной трубы, что уменьшает вероятность самозаклинивания керна и повреждения алмазов коронки. Если же самозаклинивание произойдет, то срабатывает сигнализатор, представляющий собой два резиновых кольца, разделенных стальной шайбой.

При самозаклинивании керна внутренняя труба через керн воспринимает осевую нагрузку, направленную вверх, и через подшипниковый узел передает его на резиновые кольца сигнализатора. Кольца сжимаются и перекрывают зазор для прохода промывочной жидкости в межтрубное пространство, что фиксируется резким увеличением давления по манометру насоса. Сигнализатор срабатывает при осевой нагрузке 10—12 кН.

Трубы типа УТ (ТДН-76-УТ, ТДН-59-УТ, ТДН-46-УТ) предназначены для бурения с промывкой водой монолитных, слаботрещиноватых и трещиноватых пород VII—XI категорий по буримости. С трубами этого типа применяются специальные алмазные коронки 18АЗ, КУТ-В, 19ИЗГ, КУТ-И, ширина матрицы которых такая же, как у серийных коронок. Трубы типа УТ обеспечивают как прямую, так и обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости, причем интенсивность обратного потока жидкости можно регулировать винтами в переходнике.

Работая с двойными колонковыми трубами, описанными выше, при спуске снаряда в скважину его необходимо остановить в 1,5—2 м над забоем и включить насос для очистки каналов коронки и трубы от шлама. Снаряд на забой ставят с вращением и медленной подачей, осуществляя в течение 10— 15 мин приработку коронки на малой частоте вращения с осевой нагрузкой 3—4 кН, чтобы керн вошел в керноприемную трубу, не сломав рвательное кольцо. В процессе бурения не рекомендуется отрывать снаряд от забоя. Значения параметров режима бурения приведены в табл. 26. Перед окончанием рейса осевую нагрузку следует уменьшить и 1—2 мин вращать снаряд с усиленной промывкой.

Для бурения пород II—VI категорий буримости, в основном на угольных месторождениях, рядом производственно-геологических объединений разработаны двойные колонковые трубы, работающие с твердосплавными коронками при прямой циркуляции промывочной жидкости. Наиболее широко применяются следующие конструкции двойных колонковых снарядов: в Донбассе— двойная труба С. Е. Алексеенко ДТА-2 и двойная труба Д1-76(93) конструкции ПГО «Южукргеология», в Кузбассе — двойная колонковая труба Г. Г. Игнатьева и двойная колонковая труба ДК-46 (59, 76) конструкции ПГО «Запсибгеология», в Печорском угольном бассейне — трубы ТДК-59-П и ТДК-76-Т конструкции Полярно-Уральского ПГРО и двойные трубы «Донбасс НИЛ» — 59 (76, 93) конструкции Донбасской научно-исследовательской лаборатории Мингео СССР. Названные трубы характеризуются тем, что имеют две коронки или вместо внутренней— штамп. Это позволяет полностью изолировать керн от потока промывочной жидкости, что особенно важно при пе-ребуривании мягких углей (III—IV категорий по буримости), легко поддающихся размыванию. Длина керноприемных труб невелика (0,8—1,5 м). Двойные колонковые снаряды «Донбасс НИЛ» выпускаются в трех модификациях.

ДКС «Донбасс НИЛ-1» предназначен для бурения пластов простого строения, сложенных углем любого петрографического состава и любой степени углефикации.

ДКС «Донбасс HMЛ-II» предназначен для бурения угольных пластов сложного строения в районах повышенного метаморфизма угля и вмещающих пород.

ДКС «Донбасс НИЛ-1 II» предназначен для бурения угольных пластов сложного строения при низкой степени метаморфизма.

Внутренняя — керноприемная труба двойных колонковых снарядов «Донбасс НИЛ» соединена нижним концом со штампом, который благодаря подшипниковому узлу при бурении вдавливается в уголь без вращения, опережая наружную коронку на 2—5 мм.

Снаряд «Донбасс НИЛ-11» имеет пружинно-фрикционный механизм, а штамп снабжен твердосплавными резцами. При встрече пропластка твердой породы осевую нагрузку на снаряд увеличивают, благодаря чему тарельчатые пружины, сжимаясь, включают фрикцион. Через диски фрикциона керноприемная труба и штамп-коронка приводятся во вращение. Таким образом пропласток твердой породы бурится вращательным способом.

Рис. 2. Двойные колонковые снаряды «Донбасс НИЛ»:
1 — переходник; 2 — колонковая труба; 3 — упорный подшипник; 4 — тарельчатые пружины; 5 клапан; 6 — керноприемная труба; 7 — штамп; 8 — наружная коронка; 9 — фрикцион; 10 — верхняя обойма вибратора; 11 — нижняя невращающаяся обойма вибратора

ДКС «Донбас НИЛ-Ш» имеет вибрационный узел При встрече твердого пропластка вмещающей породы или угля осевая нагрузка на снаряд увеличивается. Тарельчатые пружины получают дополнительное сжатие и штамп заходит внутрь наружной коронки. Нижняя — ведомая — обойма вибратора соединяется с верхней — ведущей — обоймой. Ролики верхней обоймы, перекатываясь по роликам нижней обоймы, будут возбуждать высокочастотную динамическую нагрузку на керно-приемную трубу и штамп. При работе в режиме вращательно-вибрационного бурения наружная коронка вбуривается в породу забоя, образуя керн, который на расстоянии 2—4 мм от забоя обрабатывается вибрирующим штампом. После выхода из пропластка твердой породы осевая нагрузка на снаряд автоматически уменьшается за счет опережающего внедрения штампа в уголь. Пружины разжимаются, и вибратор выключается.

Срыв и удержание керна при работе снарядами «Донбасс НИЛ» производятся созданием перед подъемом увеличенной осевой нагрузки при отключенном вращении. Керн в своей нижней части деформируется и расклинивается на кольцевом бурте штампа.

Для бурения с гидроударниками применяется двойная колонковая труба (Ж70М-76, разработанная СКВ ВПО «Союзгеотехника».

При бурении скважин пневмоударниками используются двойные колонковые трубы ТДП-102 (диаметром 121, 146, 168, 203), разработанные ЦНИГРИ.

—

Двойные колонковые трубы предназначены в основном для повышения выхода (сохранности) керна и увеличения углубки за рейс в различных геолого-технических условиях. В двойных колонковых трубах внутренняя труба предохраняет поступающий в нее керн от разрушения, а наружная служит для передачи осевой нагрузки и крутящего момента на породоразрушающий инструмент.

Основным отличием двойных колонковых труб друг от друга является возможность вращения внутренней колонковой трубы. По этому признаку они подразделяются на двойные колонковые трубы с вращающейся (ТДВ) или не вращающейся (ТДН) в процессе бурения внутренней трубой. Серия двойных колонковых труб различных типов разработана ВИТР ВПО «Союз-геотехника».

Трубы первого типа предназначены для бурения в монолитных слаботрещиноватых породах V—XII категорий по буримо-сти с промывкой скважины только водой с использованием серийно выпускаемых алмазных и твердосплавных коронок.

Трубы первого типа диаметром 59 и 76 мм изготавливаются с вращающейся и невращающейся внутренней трубой.

Труба ТДН-59-1 состоит из переходника, труб: наружной и внутренней, подшипникового узла, корпуса кернорвателя с кольцом и расширителя.

Износостойкий переходник с релитовыми наплавками служит для соединения с колонной бурильных труб.

Подшипниковый узел, связывающий наружную и внутреннюю трубы, обеспечивает свободное проворачивание внутренней трубы, благодаря чему она остается неподвижной при бурении. Узел состоит из переходника 1, вала, втулки с упорными подшипниками, подшипника скольжения, имеющего корпус, манжету, втулку, гайку, шайбу и винт с конической резьбой.

Упорные подшипники поджаты подшипником скольжения, который ввинчен в переходник.

Корпус кернорвателя имеет внутреннюю цилиндрическую проточку, в которой расположена нижняя часть внутренней трубы. Между концом проточки и нижним торцом внутренней трубы имеется зазор (0,5— 1,0 мм), величина которого регулируется гайкой 10 и пружинной шайбой 11 с помощью резьбы на валу 14.

При бурении с двойной трубой ТДН-59-1 промывочная жидкость направляется в износостойкий переходник, далее движется вниз по межтрубному пространству, затем через отверстия во внутренней трубе поступает к породоразрушающему инструменту. Для предотвращения возникновения во внутренней трубе водяной или воздушной подушки предусмотрен обратный шаровой клапан.

Рис. 1. Двойная колонковая труба ТДН-59-l:
1 — переходники; 2, 10 — гайки; 3, 11 — шайбы стопорные; 4 — подшипники; 5 — втулка; 6 — винт; 7 — втулка; 8 — корпус подшипника скольжения; 9 — манжета; 13 — наружная труба; 14 — вал; 15 — внутренняя труба; 16 — корпус кернорвателя и расширитель; 17 — рвательйое кольцо; 18 — породоразрушающий инструмент; 19— шаровой клапан

Трубы ТДН-76-1 по конструкции и принципу действия аналогичны ТДН-59-1; различие заключается в конструкции подшипникового узла.

Трубы второго типа предназначены для бурения с промывкой водой и глинистым раствором слаботрещиноватых, трещиноватых и малоустойчивых горных пород VII—XII категорий по буримости.

Применяемые с ними алмазные коронки имеют специальную конструкцию с увеличенной шириной матрицы и удлиненным стальным корпусом с внутренней резьбой.

Двойные колонковые трубы второго типа также выпускаются с невращающейся и вращающейся внутренними трубами. Двойная колонковая труба ТДН-59 (76)-2 состоит из износостойкого центрирующего переходника, труб: наружной и внутренней, подшипникового узла, корпуса кернорвателя, рвательного кольца, расширителя, упорного кольца 8 и алмазной коронки.

Промывочная жидкость через износостойкий переходник, переходник подшипникового узла попадает в межтрубное пространство, омывает забой и через промывочные каналы в коронке попадает в затрубное пространство. Во избежание возникновения водяной или воздушной подушки во внутренней трубе и перетекания в нее промывочной жидкости из межтрубного пространства в снаряде предусмотрен шаровой клапан.

Трубы третьего типа — колонковые снаряды с комбинированным соединением керноприемной трубы, которая вращается при бурении твердых пород и не вращается при бурении мягких. К этому типу труб относятся двойные эжекторные колонковые снаряды ЭкС.

Трубы четвертого типа с неподвижной внутренней трубой выпускаются одного размера.

Рис. 2. Двойная колонковая труба ТДН-59 (76)-2:
1 — износостойкий переходник; 2 — переходник подшипникового узла; 3 — подшипниковый узел; 4 — наружная труба; 5 — шаровой клапан; 6 — внутренняя труба; 7 — расширитель; 8 — упорное кольцо; 9 — корпус кернорвателя; 10 — рвательное кольцо; II — породоразрушающий инструмент

Рис. 3. Принципиальная схема двойной колонковой трубы ТДН-УТ с прямой промывкой забоя скважины:
1 — наружная труба; 2 — внутренняя труба; 3 — вал; 4, 5 — подшипниковый узел; 6 — корпус рвателя; 7 — рвательное кольцо; 8— коронка; 9 — пробка; 10 — шаровой клапан

Эти трубы предназначены для бурения с промывкой глинистым раствором или водой разрушенных, легкоразмываемых и сильнотрещиноватых пород V—X категорий по буримости.

Трубы типа О разработаны четырех размеров с невращающейся внутренней трубой и предназначены для бурения в сложных геологических условиях по сильно разрушенным и перемежающимся по твердости горным породам VII—XII категорий по буримости с промывкой водой и глинистым раствором.

В трубах типа ТДН-76-0 применяются алмазные коронки специальных конструкций.

Конструкции двойных колонковых труб этого типа обеспечивают частичную обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости благодаря меньшим гидравлическим сопротивлениям во внутренней трубе по отношению к затрубному пространству.

На рис. 3 изображена принципиальная схема двойной колонковой трубы ТДН-УТ, основными частями которой являются подшипниковый узел, обеспечивающий неподвижность внутренней трубы при вращении наружной трубы, и узел регулирования положения трубы.