6.6 Сурет. Құйынды мұздатқыштың принципиалды сұлбасы :

1– сопло; 2 – диафрагма; 3 – құйынды құбыр; 4 – развихритель; 5 – дроссель

Құйынды мұздатқыш өте кіші өлшемдермен ерекшеленіп, қозғалмайтын бөлшектерге ие, сондықтан оны ұңғымаларды бұрғылау кезінде забой маңы мұздатқыш генераторы ретінде қолдануға болады. Құйынды мұздатқыш 5 (6.6 сурет) колонкалы құбырдың үстінде бұрғылау снарядтың құрамына жабдықталады. Сығылған ауа компрессодың 1 ресиверінен 2 шланг 3 және бұрғылау құбырлар 4 арқылы құйынды камераға келіп түседі және онда ол ыстық және сұйық ағыстарға бөлінеді. Сұйық ағыс колонкалы құбырдың 7 ішіне бағытталып, збойға түседі және ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау құбырлар арасындағы енсіз сақиналы саңылау арқылы жоғары бағытталып, шламдың забойдан шығарады. Ыстық ауа ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау құбырлар арасындағы кең саңылауға шығарылып, суық ауамен араласады. Араласқан ағыс алғашқы температураға тең температуға ие болады. Суық ауа (жалпы шығынның бір бөлігін ғана құрайтын) еңсіз саңылау учаскесінде ғана шламды тасымалдайтын болғандықтан забойды шламнан тазалаудың алыпты жағдайлары сақталады.

Түсірілетін құйынды мұздатқыштың шығарылуы және оны қолдану тәжірибеі, әсіресе алмазды бұрғылау кезінде [7] жұмыста сипатталған.

Жер бетінде сығылған ауаны алдын-ала суыту арқылы құйынды мұздатқышты тиімді қолданудың әдісі де бар.

Құйынды мұздатқышты забой маңы суық генераторы ретінде қолданудан басқа, оны ұсақ ұңғымаларды, мысалы шоғырларда бұрғылау кезінде жер бетінде ауа суытудың қарапайым қондырғысы ретінде де қолдануға болады. бұл жағдайда құйынды мұздатқыш құйынды мұздатқыш сальникпен жетекші құыбр арасында орналастырылады. Ыстық ауа ағысы атмосфераға шығарылады. Сәйттіліктің нақты жағдайы – бұрғылау құбырларында және ұңғыманың сақиналы кеңістікте ең төменгі аэродинамикалық кедергілерді қамтамасыз ету.

Мұзды таужыныстарда бұрғылау кезінде жылулық қатынаста забой маңы белдемі жауапты болып келеді. Жер бетінен забойға суықты жеткізудің ең тиімді әдісі – жылу өткізбейтін бұрғылау бағанасы.

Жылу өткізбеудің тиімділік көз қарасынан құбырларды сырттан қарағанда, ішінен жапқан дұрыс. Бұрғылау бағанасының ішкі жабдықталуы сыртқыға қарағанда біршама ұзақ уақыт бойы сақталады. Жылу өткізбейтін материалдың шығыны ішінен жабдықталған кезінде біршама төмен.

Ұңғымаларды бұрғылдау және пайдалану тәжірибесінде құбырлардың ішкі жабдықталуы белгілі және де коррозиямен күресу, парафиннің шөгуі, тегістеу және т.б. нәтижесінде қысымның гидравликалық шығындарын төмендету үшін құбырлы өнеркәсібінде және салаларда қолданып келеді. Жабдықтаушы материалдар ретінде стеклоэмаль, органофсиликаттар, эпоксидті шайырлар, полиэтилен, винипласт, фторопласт, тығыз пенополистирол, пенофенопласт, пенополиуретан және басқа да көптеген синтетикалық материалдар қолданып жатыр немесе қолдануы мүмкін. АҚШ-та басқа жабдықталулармен бірге әртүрлі мақсаттар үшін тефлон мен тефлон-гласс сәтті қолданып келеді.

Бұрғылау құбырлардың ішкі жабдықталуы үшін ең тиімді пенополиуритан (ППУ) болып келеді, себебі ол қайнау және қатудан кейін жоғары механикалық қаттылықпен ( 20 МПа) ерекшеленіп, соққылауға тұрақты және су өткізбейтін бетіне ие болады. металға жоғары адгезияға ие болатын олардан жабдықталу кез келген қалындықпен жағылады.

Құбырлардың ішін кез келген полимерлі материалмен (мысалы, эпоксидті шайыр) жабу сыртқыға қарағанда біршама жеңіл. Ол үшін алдын-ала ішінен тазартылған құбырға қоспаның есептелген мөлшерін құйып, шеттерін жауып құбырды көлденең күйінде айналдырады. Үрдісті тездету үшін айналу кезінде құбырды жылытуға болады.

Бұрғылау құбырлардың ішкі жылу өткізбеудің қарапайым әдісі ЛГи-да ұсынылып, тәжірибелік тұрғыдан сынамадан өткен. 50 және 63,5 мм диамтерлі муфталы-құлыпты қосындысы бар бұрғылау құбырлардың ішінде ішіне қалындатылған шеттерін тегістегеннен кейін абырғасының қалындығы 3-5 мм тең сәйкесінше 30 және 401 мм диаметрлі полиэтиленді шлангтарды орнатқан. Құбырлар шеттеріндегі шлангтардың шеттерін тойтарып, кейіннен құбырларды муфталармен білтелерге қосқан.

Бірақ тәжірибелік тиімділік көз қарасынан суытылған ауамен үрлеу арқылы мұзды таужыныстарда бұрғылау әдісі технологиясының принципиалды сұрақтарын шешу ЛГИ және ЦНИГРИ бірге зерттеулер жүргізу үрдісінде физикалық үлгілеу жолымен жүзеге асқан [7].

Тәжірибелік бұрғылау жұмыстары диаметрлері 76-тан 178 мм-ге дейінгі әртүрлі маркалы қаттықоспалы коронкалармен температурасы 0-ден -12⁰С және ылғалдылығы (мұздылығы) 5-тен 30% дейінгі әртүрлі гранолуметриялық құрамды мұзды таужыныстардың жасанды блоктары бойынша жүргізілген.

Теріс температураларға дейін суытылған ауамен үрлеу арқылы бұрғылаудың кез келген жағдайларында ұңғыма қабырғасының тұрақтылығы сақталған. Жер беті еру белгілері тек форсирді режимдерде ғана байқалған, бірақ ұңғыма қабырғалары монолиттілігін сақтаған.

Нақты таужыныстарға жақын әртүрлі гранулометриялық құрамды жасанды мұзды таужыныстар бойынша 100 м тәжірибелік бұрғылаудың нәтижелерін талдау теоретикалық қағидалардың растығын дәлелдеп, сығылған ауаны -10⁰С дейін суыту - күрделіктерді шектейтін тиімді әдіс, мұзды таужыныстардың керннің табиғи, бұзылмаған күйінде шығуын қамтамасыз етеді.

Мұзды таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау кезінде тазалағыш агент ретінде суытылған сығылған ауаның артықшылығы осы тиімді технологиялық құралды Қиыр Солтүстік, Солтүстік-Шығыс және Поляр маңы аудандарда бұрғылау жұмыстардың тәжірибесімен тексерілген.

Бұрғылаудың бұл әдісі ұңғыманың температуралық режимін қалыпты реттеуі бар сұйықтықты жуу (сумен қамтамасыз ету мәсілесе, әсіресе қыс мезгілінде) алдында ауамен үрлеудің барлық артықшылықтарын жинап алған. Мұздықтардың таралу ауданында жылдың біршама бөлігінде сығылған ауаны теріс температураларға дейін суыту суық атмосфералық ауамен жылу алмасу есебінен алуға болады. тек жаз мезгілінде ғана белгілі бір мәжбүүрлі суыту жүйесі ғана керек және оның құрамы бөліктері қол жетімді, арзан және ұзақ мерзімді қызмет атқарады.

Забойды суытылғани ауамен тазалау арқылы қалған бұрғылау әдісі қарапайым әдістерден ерекшеленбейді және көптеген аудандарда сәтті игеріліп жатыр. Ауаның қажетті қысымын және шығының есептеу, қондырғы мен құралды таңдау, үрлеу арқылы бұрғылаудың технологиялық режимін таңдау бойынша ұсыныстар суытылған ауаны қолдану үшін де күшін сақтайды. Бірақ соңғы жағдайда түсірілген ылғал бөлгіштердің және конденсаттың түсуімен байланысты күрделіктермен күресу құралдарында қажеттілік жоқ.

Мұзды таужыныстар және мұздықтарда, әсіресе суытылған ауамен үрлеу арқылы бұрғылау технологиясының мәселелері 1953 жылдан бастап солтүстік аудандарда инженерлік зерттеулер бойынша АҚШ армиясының арнайы зертханасында (CRREL) жасақталып келеді. АҚШ пен Канаданың Қиыр Шығысында, Гренландия және Исландияда үрлеу арқылы бұрғылаудың біршама тәірибесі жинақталған. Гренландияның мұзды шөгінділері бойынша бұрғылау кезінде АҚШ-тың инженерлік әсерлері реттілікпен жылуалмастырғышта, ресивер-ылғал бөлігінште және газды турбинада мұздың температурасына дейін суытылған сығылған ауаны қолданған. Ол үшін арнайы бұрғылау қондырғысы «Фейлинт» құрастырылған. Суытылған сығылған ауа Антрактиданың мұздарында үрлеу арқылы механикалық бұрғылау кезінде кеңінен қолданып келеді.

Бұрғылау кезінде сығылған ауаны суыту үшін Канада елі жер бетінде орналастырылған ұзын айдаушы жүйені қолданған.

Мұздықтар ауданында зерттеулер мақсаттарында бұрғылау кезінде американдық мамандармен жаз мезгілінде сығылған ауаны -9 °С [7] дейін суытуға арналған фреонды қондырғы қолданған. Осы бұрғылау әдісінің жоғары тиімділігін көрсету үшін мысал ретінде Солтүстік Канада және Аляскада электрожүйенің трансконтиненталды жүйесі үшін инженерлік зерттеу жұмыстарын алуға болады және бұл жұмыстар жаз үш айы ішінде жасалған.

Ресейдің Солтүстік және Солтүстік-Шығыс бөлігінде мұзды таужыныстар бойынша қыс мезгілінде желдің бойымен немесе жаз айында мұзды грунтқа түсірілетін, конденсатты түсіруге арналған краны бар жылуалмастырғыштың шегендеуші құбырлардан қарапайым дәнекерленген, ылғал бөлгіші бар жер бетімен орналастырылған ұзын құбырлар көмегімен суытылатын ауамен үрлеудің сәтті бұрғылау жұмыстарының мысалдары бар.

Солтүстік-Шығыстың бір шоғырлы кенорында П.М. Степанов басшылығымен ЦНИГРИ қызметкерлерімен жаз айында ВХМ-ЛГИ мұздатқышты қондырғымен теріс температураларға дейін суытылған ауамен үрлеу арқылы колонкалы бұрғылаудың өндірістік тәжірибесі жүргізілген.

Бұрғылау жұмыстары БУ-20-2 арбасында орналастырыған ЗИФ-650А станогы және ЗИФ-51 компрессорлы станцияның көмегімен 178 мм диаметрлі қатты қоспалы коронкалармен жүргізілген. Ауаның жеткіліксіз шығынынан колонкалы жинаққа шламды құбырды қосқан. Ұңғыманың үлкен диаметрі және 63,5 мм диаметрлі бұрғылау құбырларын қолдану нәтижесінде пневмоқозғалтқыштың шығу бөлігінде қарсы қысым қалыпты жағдайларда және 40 м дейінгі тереңдікте 0,1МПа аспаған, осыған байланысты сығылған ауа -23°С дейін суытылған. Механикалық жылдамлықтың және коронка тұрақтылығының бірнеше есе жоғарлауы ескерілген. Қатты мұзды құмдарда жоғары сапалы кернің толық шығуы қамтамасыз етілген, ал «құрғақ» бұрғылау кезінде мұздың еру нәтижесінде оның сапасы күрт төмендеп, толығымен алғашқы криологиялық құрылымы өзгертілген. Мұзбен нашар цементтелген борпылдақ мұзды таужыныстарда керннің шығуы үрлеу кезінде жону және ұсақ фракцияларды үрлеп шығару нәтижесінде төмендеген, бірақ шығарылған керн өзінің табиғи құрылымын сақтаған. Осы таужыныстарда «құрғақ» бұрғылау нәтижесінде керннің толық шығуына қарамастан, құрылымның толығымен бұзылу, материалдың араласып, тығыздалу нәтижесінде оның келбеті біршама өзгерген.

ЛГИ дала зерттеулері жаз және қыс жағдайларында ГПИ «Дальстройпроект» нысаналарында және ПГО «Якутгеология» және «Севвостгеология» геологиялық барлау партияларда жүргізілген. Бұрғылау жұмыстары қатты қоспалы және алмазды коронкалармен, сонымен қатар штырьді қашаулармен мәңгілік мұзды және мезгілдік мұзды, ұсақдисперстіден ірі дисперстіге дейінгі әртүрлі гранулометриялық құрамды таужыныстарда және түпкірлі тасты таужыныстарда – ылғалдылығы 41,7-ден 0% дейінгі (борпылдақ «құрғақтар» және монолитті «мұзды» таужыныстар), табиғи температурасы 0,1-ден -11°С, бұрғылау дәрежесі бойынша III-тен XI дейінгі қатты моруға ұшыраған және жарықшақты, монолитті тығыз таужыныстар бойынша, сонымен қатар еріген белдемдерде жүргізілген. Борпылдақ, әртүрлі дәрежеде мұзбен цементтелген таужыныстар саздармен, саздақтармен, құмайттармен, әртүрлі түйірлі құмдармен, ұсақ тастармен, құмды-қиыршықтасты, қиыршықты-малтатасты және дөңбек-малтатасты шөгінділермен, жартасты – құмтастармен, сазды тақтатастармен, гранодиоритермен, липаритермен, андезитермен және т.б. көрсетілген.

Сығылған ауаны шығару үшін ДВС жетегі бар ПКС-5, ЗИФ-55, ДК-9М тасымалданатын комперссорлы станциялар және «Дальстройпроектің» бір зерттеу партиясында – жұмыс қысымы 0,8МПа кезінде бергіштігі 10 м³/мин тең болатын электрожетегі бар ВВ-10/8 стационарлы компрессор қолданған. Ауаны суыту үшін жоғарыда сипатталғанпневмоқозғалтқыш-детандері бар ВХМ-ЛГИ қондырғысы және екінші суыту сатысы ретінде 4,65; 7,0 және 11,6 кВт фреонды парокомпрессорлы машиналары бар мұздатқыш қондырғының үш нұсқасы қолданған. Ауаны суыту температурасы -25 °С дейін жеткен. Салыстыру үшін температурасы 40 °С дейін компрессордан ауамен үрлеу арқылы жеке рейстер жүргізілген.

Бұрғылау алаңдары бақылау-өлшеу аспаптар кешенімен жабдықталған. Біруақытты хронометражы бар бұрғылау режимінің барлық параметрлерін бақылау 40 м тереңдікке дейінгі инженерлік зерттеулер үшін көлемі 300 м жоғары ұңғымаларда және тереңдігі 300 м дейінгі шамамен 4000 м геологиялық барлау ұңғымаларда жүргізілген.

Ұңығмаға айдалатын ауаның температурасы таужыныстар температурасынан көтерілмеген кезінде ұңғыма қабырғасы және керннің еруі болмаған. Шлам мұзды шаң және мұздықтар бөлігі ретінде құрғақ түрінде шығады. Температурасы +5 +10 °С дейінгі ауамен үрлеу кезінде ұңғыма қабырғасы мен керн беттерінің еруі байқалып, ауаның ұңғыманың суық қабырғаларымен байланысу нәтижесінде конденсаттың шығуы, сальниктердің түзілуі және ауа қысымының жоғарлауы байқалған. Айдалатын ауаның температурасы +20 °С және одан да жоғары болған кезінде құралды шығару кезінде оның бекітіліп қалу жағдайлары кездескен.

Ұңғыманың диаметрі 112, 132 мм және ауаның нақты шығыны 5-6 м³/мин кезінде шлам толығымен ұңғымадан шығарылған, ал жоғары диаметрде немесе төмен 3,0 -3,5 м³/мин дейінгі шығын кезінде снаряд жиынтығына шламды құбырды енгізу қажет болатын.

Ауамен үрлеу арқылы борпылдақ мұзды таужыныстарда бұрғылау жылдамдығы «құрғақ» бұрғылауға қарағанда 4 есе, рейсте бұрғылау ұзындығы 3 есе, ал коронкалардың тұрақтылығы 5-6 есе жоғары болған. Моруға ұшыраған таулы таужыныстарда бұрғылау кезінде механикалық жылдамдылық 4-4,5 есе, рейсте бұрғылау ұзындығы 4 есе, коронкалардың тұрақтылығы 6-7 есе, ал қатты таулы таужыныстарда (бұрғылау дәрежесі бойынша VIII - IX)бұрғылау жылдамдығы 4,5 есе, орташа рейс ұзындығы 10 есе, ал коронкалардың тұрақтылығы 8-10 есе жоғарлаған.

Ерекше назар керннің шығуы және сапасына бөлінген және температурасы -0,1 -0,3 °С шамасында аз мұзды және ірі сынықты борпылдақ таужыныстарда оның шығуы күрделенген. Осы қолайсыз жағдайларда қарапайым қос колонкалы құбырларды қолдану жақсы нәтиже береді.

Мұзбен цементелген борпылдақ мұзды таужыныстар бойынша қатты қоспалы бұрғылау жұмыстарының барлық жағдайларында суытылған ауамен үрлеу немесе «құрғақ» бұрғылау кезінде керннің шығуы 100% құраған. Бірақ керннің сапасы әртүрлі. «Құрғақ» бұрғылау кезінде алынған керн бойынша грунттың физикалық-механикалық қасиеттері және опырылу қабілеттілігі туралы ғана айта алмаймыз, бұрғыланған таужыныстарды мұзды немесе еріген таужыныстарға жатқызуға да болмайды. Суытылған ауамен үрлеу арқылы бұрғылау жұмыстарында алынған керн толығымен табиғи агрегаттық күйін және барлық құрылымдық ерекшеліктерін сақтайды, ал бұл инженерлік зерттеулер үшін өте маңызды.

Жоғары мұздылығы (20 % және одан да жоғары) бар таужыныстарда әдетте бұрғылау жұмыстары біріңғай колонкалы снарядпен жүргізілетін керн түзу бағаналар түрінде алынатын, олардың ұзындығы көптеген жағдайларда рейстің бұрғылау ұзындығына (1-2 м) тең болады. 6.7, а суретте құмайттар және малматастар қабатшалары бар мұзды қиыршықты құммен берілген керн көрсетілген. Колонкалы құбырдан шығару кезінде ол үш бөлікке бөлінген. Керннің жалпы ұзындығы 1,9 м. 6.7, б суретте орташа мұздылығы 20% болатын мұзды құмнан керн көрсетілген. Оның бұзылуы жер бетінде күн сәулесінің әсерінен болған.

Мұздылығы 10-15 % болатын таулы жарықшақты және моруға ұшыраған таужыныстарды бұрғылау кезінде (мұз қабатшалар, линзалар және цемент түрінде) керннің шығуы 100 % құраған, бірақ оның колонкалы құбарда бұзылуынан сақтау үшін рейсті 0,6-0,8 м дейін қысқартып, СМ типті қалыпты коронкасы бар немесе 3 мм сыртқа және ішке шығып тұратын қосымша кескіштермен күшейтілген біріңғай снарядпен бұрғылау жұмыстарын жүргізген. Бұл жағдайларда керн әдетте бір кесек ретінде алынатын.

6.7, в суретте кололнкалы құбырдан шығарылған мұзды моруға ұшыраған гранодиориттерден керн көрсетілген. Осы таужыныстарды «құрғақ» бұрғылаған кезінде кернді цементтейтін мұздың толығымен еруі ғана болмай, таужыныстардың минералды құрылымының бұзылуы да орын алатын еді. Нәтижесінде моруға ұшыраған гранодиориттер құм және үлкен тастарға, ал андезиттер қабатшалары ірісынықты қоспаларға ұсақталған. Ертеде жүргізілген «құрғақ» бұрғылау жұмыстары негізінде табиғи күйінде мұзбен қатты цементтелген моруға ұшыраған жарықшақты гранодиориттер және андезиттер малтатастарға жататын, ал суытылған ауамен үрлеу арқылы бұрғылау жұмыстары кезінде алынған осы таужыныстардың керні кесектерге қиыншылықпен бөлінетін (6.7, г сурет).

Суытылған сығылған ауамен үрлеу арқылы бұрғылау жұмыстары кезінде Аркағалы ГРЭС ауданында 535а ұңғымдан алынған мұзды таужыныстар үрліглерінің жоғары сапасы оларды зерттеу нәтижелері осы ұңғыма маңында қазылған барлау шурфтан алынған үлгілерді зерттеу нәтижелерімен толық расталған. «Құрғақ» және суық ауамен үрлеу арқылы бұрғылау кезінде алынған мұзды таужыныстардыңи тығыздығы және ылғалдылығы біршама ерекшеленеді. «Құрғақ» бұрғылау кезінде ылғалдылықтың жылудың әсерінен төмендеуі бірқалыпты дисперсті мұзды таужыныстар (абсолюттік мәні бойынша 0,2-0,4%) үшін төмен және мұзбен цементтелген ірі сынықты шөгінділер және жарықшақты таулы таужыныстар үшін жоғарлайды (4-5% және одан да жоғары). Мұздың еріту нәтижесінде тығыздығы әдетте 50-170 кг/м³ дейін төмендейді, бірақ ылғалды таужыныстарда сеграциондық, инъекциялық немесе жартасты-желілі мұздың еру нәтижесінде минералды қаңқа тығыздығы кенет жоғарлауы мүмкін.