Технические средства (двойные колонковые трубы – ДКТ)

Один из путей защиты керна от разрушающих факторов – это установка внутри колонковой трубы еще одной (внутренней) трубы, которая как чехол будет надвигаться на столбик керна, и будет защищать его от вредных факторов. Такие конструкции правильнее было бы называть « двойные колонковые наборы», но установился термин двойные колонковые трубы – ДКТ. Поскольку проблема получения полноценного керна существовала с начала колонкового бурения, т.е. около ста лет, за это время и в России и за рубежом были созданы сотни конструкций ДКТ. Так уже в 1955 году при выполнении кафедрой разведочного бурения МГРИ анализа существующих средств для получения качественного керна было проанализировано более 250 отечественных и зарубежных конструкций ДКТ. Однако большинство различий в конструкциях ДКТ очень незначительны, часто неоправданно усложняют конструкцию и, как правило, делают ее менее надежной в работе. Практически все конструкции ДКТ можно свести к трем типам: двойные колонковые трубы с вращающейся внутренней трубой ТДВ, с невращающейся внутренней трубой – ТДН, и двойные колонковые трубы с невращающейся внутренней трубой (к ним относятся снаряды ССК) и ТДН с выступающим наконечником внутренней трубы – типа ШТАМП.

В колонковых наборах первого типа - ТДВ внутренняя труба жестко навинчена на тот же переходник, что и наружная труба с коронкой, а поток промывочной жидкости направляется по специальным каналам в зазор между трубами. (Рис. …) В таких снарядах керн защищается только от прямого воздействия потока промывочной жидкости – от размывания, т. е. от одного первого разрушающего фактора. Из серийных ДКТ к такому типу относится конструкция ВИТРа – ТДВ-1 (Рис…) со специальной алмазной коронкой, т.е. эта труба предназначена для бурения в скальных слабо трещиноватых породах. Поскольку, по идее, ТДВ предназначена для защиты керна от размывания, то применяться они должны в мягких, рыхлых и слабых полускальных (слабые угли, мергели, мел и.т.п.), т.е. именно размываемых породах. Поэтому в производственных условиях часто, благодаря их простоте и малой стоимости, ТДВ изготавливают в местных мастерских. Например, можно взять две колонковых трубы, скажем 108 и 127 выточить специальный переходник с двумя резьбами и специальными каналами для прямого потока в межтрубное пространство и выходным из внутренней трубы с обратным клапаном. На внутреннюю трубу навернуть коронку типа «М», например М6 и получится простая, дешевая и надежная в работе ТДВ. (Рис….)

Большинство объемов разведочного бурения, включая полезное ископаемое, проходится в скальных породах, но неустойчивых, неоднородных, слоистых, разной степени трещиноватости, а также в разрушенных и раздробленных.

В таких породах разрушение керна будет происходить, кроме воздействия прямого потока промывочной жидкости, еще и за счет вращения колонковой трубы

и резцами коронки (рассмотрим ниже). Для защиты керна от первых двух факторов применяют двойные колонковые трубы второго типа с невращающейся (во время бурения) внутренней трубой – ТДН. К этому типу относится большинство конструкций двойных колонковых труб, как с твердосплавными, так и с алмазными коронками, а также керноприемная часть снарядов со съемным керноприемником – наших ССК, КССК, и ССК зарубежных фирм. В этих конструкциях внутренняя труба закрепляется к переходнику (или к головке керноприемника) через открытый или закрытый герметично подшипниковый узел. Все эти ДКТ имеют аналогичное принципиальное устройство и различаются частными решениями. Для бурения в слабых и средних неустойчивых скальных пород VI – VIII категорий рекомендуется ДКТ конструкции КазИМС – ДКНТ- ВП со специальной твердосплавной коронкой (Рис….). Для бурения в породах более высоких категорий, но легко разрушаемых пород VII – XI категорий рекомендуется серия ДКТ конструкции ВИТР – ТДН-2 (сюда же относятся ТДН- ССК и ТДН-КССК), ТДН-4, ТДН –УТ, ТДН-РК и ТДН-О, Трубы ТДН-2 и ТДН-4 различаются схемой прохода жидкости из межтрубного пространства к забою.(Рис …), Труба ТДН –УТ (Рис. ..) принципиально отличается тем, что за счет уменьшения толщины стенок труб и межтрубного зазора, применяется стандартная алмазная коронка, (все остальные трубы этого типа имеют специальные коронки с увеличенной шириной торца). Конструкция трубы ТДН-О (Рис. …) предусматривает принудительную обратную циркуляцию жидкости, хотя и не гарантированную. ТДН-РК …Уточнить современные дкт?

Третий фактор разрушения керна – резцами коронки имеет место при бурении в раздробленных, легко разрушаемых породах. В слабых раздробленных породах, представленных рыхлыми и слабыми каменными углями и подобными им породами II – III категорий по буримости, предлагается использовать ДКТ третьего типа – типа ШТАМП. Идея этих труб заключается в том, что острый закаленный наконечник внутренней не вращающейся во время бурения трубы выступает впереди резцов коронки на 3 –7 мм. и в процессе бурения, за счет передаваемой и на внутреннюю трубу осевой нагрузки, вдавливается в породу (как штамп), закрывая от резцов образующийся столбик породы. Первоначально такая конструкция ДКТ - типа штамп была предложена в 1948 году С.А. Алексеенко (уточнить) и в настоящее время известна как ДТА-2 (Рис. ...) Поскольку до настоящего времени труба Алексеенко и ее модификации – Донбасс НИЛ-II и Донбасс НИЛ –III являются наиболее эффективными средствами для получения качественного керна при бурении в слабых рыхлых углях и подобным им породах, остановимся подробнее на ее устройстве и особенностях. Принципиально работа трубы ДТА видна из рисунка. Ее конструкция обеспечивает надежную защиту керна от разрушения резцами коронки, за счет внедрения наконечника внутренней керноприемной трубы впереди резцов, что полностью защищает керн от потока жидкости и от вращения керноприемной трубы. Кроме того, конструкция ДТА имеет еще два дополнительных достоинства: Первое – закрытый во время бурения и срабатывающий при подъеме снаряда кернодержатель. Это достигается возможностью осевого перемещения наружной и внутренних труб примерно на 10 см. за счет двух частей переходника – 1 и 2, соединенных шлицевым разъемом. Лепестковый кернодержатель размещается в зазоре между наружной и внутренней трубами. В свободно подвешенном состоянии внутренняя труба удерживается жесткой частью переходника – 1, а наружная труба с коронкой смещается в низ на ход шлицов, лепестки кернодержателя освобождаются и закрывают отверстие трубы. При постановке на забой сначала резцы упираются в породу, затем перемешается вниз жесткая часть переходника и внутренней трубой, наконечник внутренней трубы раздвигает лепестки кернодержателя, продвигается дальше упирается в забой и под действием осевой нагрузки вдавливается, врезается без вращения в породу забоя на 3 - 5 – 7 мм. в зависимости от прочности породы, что обеспечивается силовой пружиной - между внутренней трубой и жесткой частью переходника. Осевая нагрузка на внутреннюю трубу передается через шаровую пяту - ., которая, хотя и имеет большее сопротивление трения, чем у шарикоподшипников, но зато менее подвержена засорению и заклиниванию, что обеспечивает не вращение внутренней трубы при бурении. По окончании бурения при подъеме снаряда, сначала поднимается внутренняя труба на ход шлицевого разъема, и затем подъем передается на наружную трубу. При этом освобождаются лепестки кернодержателя и надежно перекрывают отверстие внутренней трубы. Второе достоинство ДТА в том, что внутри керноприемной трубы имеется разъемная тонкостенная гильза. После подъема снаряда и разборки ДТА из керноприемной трубы извлекается разъемная гильза, раскрывается, и геолог имеет возможность изучать керн в естественном состоянии без нарушений структуры, что бывает при обычном «вытряхивании» керна. Кстати, разъемная гильза используется и ДКТ с алмазной коронкой типа ТДН-РК.

Главный недостаток трубы ДТА в том, что она успешно работает в однородных слабых породах без более твердых включений, При наличии таких включений, например кусков колчедана среди угля или мелких прослоек сланцев, наконечник внутренней трубы не сможет при статической нагрузке внедриться в забой и бурение остановится. Уже в пятидесятые годы были предложены дополнения к трубе Алексеенко, которые позволяли бы проходить твердые прослойки и включения (предложения Гребенюка и кафедры бурения МГРИ).

Донбасской научно-технической лабораторией (Донбасс НИЛ) предложены практически те же решения - снаряды Донбасс НИЛ-II (Рис. ..) и Донбасс НИЛ- III (Рис. ..) В Донбасс НИЛ-II для преодоления твердых включений или пропластков используется временное включение вращения внутренней трубы. Для этого между переходником и внутренней трубой, кроме силовой пружины и подшипника установлены диски фрикциона, а на наконечнике внутренней трубы установлены небольшие твердосплавные резечки, При встрече твердого включения, наконечник внутренней трубы не может внедряться, резцы основной коронки будут вращаться в холостую, осевая нагрузка продолжит сжимать пружину и сожмет диски фрикциона. Тогда вращение начнет передаваться на внутреннюю трубу и наконечник внутренней трубы, как коронка, будет пробуривать твердое включение или прослойку, После преодоления прослойки, наконечник внутренней трубы сможет с меньшим усилием внедряться в породу, пружина выдвинет внутреннюю трубу, диски фрикциона разомкнутся, и вращение внутренней трубы прекратится. В Донбасс НИЛ-III преодоление твердых включений предполагается не вращением, а ударными импульсами с помощью встроенного роликового устройства. Один диск с выступающими роликами соединен с вращающейся частью переходника, другой к верхнему концу не вращающейся (во время бурения) внутренней трубы. При встрече твердого включения пружина продолжит сжиматься и вращающиеся ролики станут «наезжать на ролики внутренней трубы, создавая ударные импульсы, достаточно мощные для того, чтобы разбить твердое включение.

Аналогичное устройство керноприемной трубы используется в снарядах КССК под названием «конус».

Уточнить Лонгир?