Усиленное резонансом бурение: способ и устройство

Настоящее изобретение относится к бурильному модулю, содержащему вращательное бурильное сверло, осциллятор, выполненный с возможностью приложения высокочастотной осевой колебательной нагрузки к бурильному сверлу с частотой до 1 кГц, вибротрансмиссионную секцию,соединяющую вращательное бурильное сверло с осциллятором и выполненную с возможностью передачи высокочастотной осевой колебательной нагрузки от осциллятора к вращательному бурильному сверлу, узел изоляции от вибрации, предназначенный для присоединения бурильного модуля к бурильной колонне и выполненный с возможностью изолирования бурильной колонны от высокочастотной осевой колебательной нагрузки, датчики для проведения измерений в нисходящей скважине и управляющее средство, выполненное с возможностью работы в нисходящей скважине с управлением с обратной связью в реальном времени путем использования указанных измерений в нисходящей скважине от датчиков для управления осциллятором путем изменения высокочастотной осевой колебательной нагрузки в ответ на состояние породы, через которую проходит вращательное бурильное сверло, для установления и поддержания резонанса колебательной системы между осциллятором, вращательным бурильным сверлом и породой,через которую проходит вращательное бурильное сверло, так что высокочастотная осевая колебательная нагрузка является достаточной для создания трещин в породе, через которую проходит вращательное бурильное сверло. Настоящее изобретение также относится к способу управления вращательным устройством для усиленного резонансом бурения и к управляющему устройству, предназначенному для выполнения указанного способа, когда оно установлено на указанном бурильном модуле.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЮНИВЕРСИТИ КОРТ ОВ ДЕ ЮНИВЕРСИТИ ОВ АБЕРДИН (GB) Настоящее изобретение относится к устройству бурения и, в особенности, к устройству бурения для забуривания в породу, такую как горная порода. Область техники, касающаяся забуривания в горную породу и в другие породы, способствовала большому числу усовершенствований в технологии бурения. В этом отношении чрезвычайно трудные условия, сопровождающие бурение этого типа, так же как его стоимость и соответствующие проблемы охраны окружающей среды, устанавливают серьезные требования к эффективности, надежности и безопасности способов бурения. Как следствие, отрасли промышленности, в которых используется бурение нисходящей скважины,такая как нефтедобывающая промышленность, сильно нуждаются в усовершенствовании устройства бурения и методологий, которые удовлетворяют этим требованиям, увеличивают скорость бурения и снижают износ инструмента. В этой связи нефтедобывающая промышленность все больше и больше вынуждена бурить отклоненные или горизонтальные скважины большой длины в поиске новых запасов нефти. Однако такое бурение дополнительно представляет собой несколько проблем, которые бросают вызов существующей технологии бурения, в особенности требованиям низкой нагрузки на бурильное сверло, сниженному требованию по мощности, изменчивости условий горных пород по длине скважины, опасность надломов/разломов разбуренного отверстия, увеличенные затраты на бурение и увеличенный износ инструмента и его отказ. Известно, что скорости бурения при определенных обстоятельствах могут быть улучшены путем приложения возвратно-поступательных осевых перемещений к бурильному сверлу по мере его прохождения через породу, которую предполагается бурить, так называемое ударное бурение. Это происходит потому, что воздействие этих осевых перемещений способствует появлению разломов в пробуриваемой породе, обеспечивая, тем самым, более легкое последующее бурение и удаление породы. В традиционном ударном бурении механизм проникновения основан на разламывании породы в буровой скважине посредством сильных неконтролируемых ударов низкой частотой, приложенных бурильным сверлом. Таким образом, скорости бурения для горных пород средней и высокой твердости могут быть увеличены по сравнению со стандартным вращательным бурением. Однако негативной стороной этого является то, что эти удары ставят под угрозу устойчивость ствола скважины, снижают качество буровой скважины и вызывают ускоренный, а часто и катастрофический, износ инструмента и/или его отказ. Другим важным усовершенствованием способов бурения является приложение ультразвуковых осевых колебаний к вращающемуся бурильному сверлу. Таким образом, ультразвуковая вибрация, а не изолированные удары высокой нагрузки, используется для продвижения распространения разломов. Это может иметь существенные преимущества по сравнению с традиционным ударным бурением, заключающиеся в том, что могут быть использованы более низкие нагрузки, обеспечивая бурение с более низкой нагрузкой на бурильное сверло. Однако усовершенствования, обеспечиваемые ультразвуковым бурением, не всегда последовательны и не всегда могут быть непосредственно применимы к бурению нисходящей скважины. Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства бурения и способа, которые стремятся облегчить такие проблемы. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство бурения, содержащее бурильное сверло, выполненное с возможностью приложения к нему вращательной и высокочастотной колебательной нагрузки; управляющее средство для управления приложенной вращательной и/или колебательной нагрузкой к бурильному сверлу, содержащее регулирующее средство для изменения приложенной вращательной и/или колебательной нагрузки, которое выполнено с возможностью отклика на состояние породы, через которую проходит бурильное сверло, причем управляющее средство при использовании расположено на указанном устройстве в месте расположения нисходящей скважины и содержит датчики для проведения измерений характеристик породы нисходящей скважины, благодаря чему устройство выполнено с возможностью работы в нисходящей скважине с управлением с обратной связью в реальном времени. Таким образом, устройство бурения может функционировать автономно и регулировать вращательную и/или колебательную нагрузку бурильного сверла в ответ на текущие условия бурения, чтобы оптимизировать механизм бурения и получить улучшенные скорости бурения. Предпочтительно управляющее средство управляет бурильным сверлом, чтобы воздействовать на породу для создания первой группы макротрещин, при этом управляющее средство дополнительно управляет вращением сверла и его воздействием на породу, что в дальнейшем приводит к созданию дополнительной группы макротрещин, причем управляющее средство синхронизирует вращательные и колебательные перемещения бурильного сверла для того, чтобы получить соединенные между собой макротрещины для формирования, тем самым, локализованной динамической зоны распространения трещин перед бурильным сверлом. Преимуществом является то, что управляющее средство управляет приложенной вращательной и колебательной нагрузкой сверла, чтобы достигнуть и поддерживать резонанс между бурильным сверлом и пробуриваемой породой, находящейся в контакте с ним. Такой резонанс в системе, содержащей бурильное сверло и пробуриваемую породу, минимизирует подводимую энергию, необходимую для приведения в действие бурильного сверла. Таким образом, распространение трещин в породе перед бурильным сверлом усиливается, облегчая операцию бурения и, тем самым, увеличивая скорость бурения. В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ управления бурильным сверлом для использования с устройством бурения, содержащим бурильное сверло, выполненное с возможностью приложения колебательной и вращательной нагрузки, и управляющее средство для управления приложенной вращательной и/или колебательной нагрузкой бурильного сверла, причем управляющее средство содержит регулирующее средство для изменения приложенной вращательной и/или колебательной нагрузки, выполненное с возможностью отклика на состояние породы, через которую проходит бурильное сверло, причем регулирующее средство дополнительно управляет приложенной вращательной и колебательной нагрузкой бурильного сверла, чтобы достигнуть резонанса и поддерживать резонанс в бурильном сверле и пробуриваемой породе, находящейся в контакте с бурильным сверлом. Предпочтительно способ дополнительно включает определение соответствующих параметров нагрузки для бурильного сверла в соответствии со следующими этапами, чтобы достигнуть и поддерживать резонанс между бурильным сверлом и пробуриваемой породой, находящейся в контакте с бурильным сверлом а) определяют предел амплитуды бурильного сверла при его резонировании и взаимодействии с пробуриваемой породой;b) оценивают подходящий диапазон качания частоты для того, чтобы нагрузить бурильное сверло;c) оценивают форму резонансной кривой;d) выбирают оптимальную резонансную частоту на резонансной кривой в точке меньше, чем максимум на резонансной кривой; иe) приводят в действие бурильное сверло, основываясь на этой оптимальной резонансной частоте. В этой связи верхний предел амплитуды бурильного сверла выбирают таким, при котором резонанс в бурильном сверле не станет разрушающим. За этим пределом существует возможность, что резонанс начнет оказывать разрушающий эффект. Что касается оценки подходящего диапазона качания частоты, то его предпочтительно выбирают так, чтобы мог быть оценен и использован достаточно узкий диапазон, чтобы, тем самым, ускорить оставшуюся часть способа. Форма резонансной кривой основана на основной резонансной кривой для одиночного бурильного сверла, модифицированной так, чтобы принять во внимание взаимодействия с пробуриваемой породой. В этом отношении точку выбирают на этой кривой в точке, меньшей, чем максимальная точка, чтобы избежать бурения, превышающего максимум резонанса и перемещающегося в неустойчивую/непредсказуемую область. В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен способ бурения через породу с использованием бурильного сверла, выполненного с возможностью вращательного и высокочастотного колебательного перемещения, причем бурильное сверло выполнено с возможностью динамического воздействия на породу для создания первой группы макротрещин, после чего бурильное сверло вращается и динамически воздействует на породу и дальше для создания дополнительной группы макротрещин,при этом вращательные и колебательные движения синхронизируют для продвижения соединения между таким образом созданными макротрещинами для формирования локализованной динамической области распространения трещин перед бурильным сверлом. Предпочтительно способ используют в контексте бурения горных пород, при этом образованные макротрещины имеют длину до 10 мм, предпочтительно приблизительно 5 мм. Такая максимальная длина позволяет в большой степени управлять размером области распространения трещин. Предпочтительно к бурильному сверлу прикладывают высокочастотное колебание частотой до 1 кГц. Предпочтительно бурильное сверло приводят во вращение со скоростью до 200 об/мин. Предпочтительно приложенной к бурильному сверлу вращательной и колебательной нагрузкой управляют так, чтобы поддерживать резонанс между бурильным сверлом и пробуриваемой породой, находящейся в контакте с бурильным сверлом. Должно быть понятно, что при таких условиях резонанса для создания распространяющейся области разлома требуется меньше подводимой энергии. Предпочтительно распространяющаяся зона разлома проходит радиально наружу на расстояние не больше чем 1/20 диаметра бурильного сверла от наружного края бурильного сверла. Должно быть понятно, что это представляет собой сильно контролируемые способы создания разломов, которые минимизируют глобальное напряжение в пробуриваемой породе. Предпочтительно в контексте бурения горной породы размер выбуриваемых обломков составляет до 10 мм, предпочтительно 5 мм. Они являются маленькими по сравнению с получаемыми с помощью традиционных способов бурения и иллюстрируют кардинальное изменение в принятой методологии. Предпочтительно настоящий способ может использоваться в одном или большем количестве применений, таких как бурение на приповерхностный газ, бурение в слабой зоне и бурение в разломанной зоне высокого давления. Это становится возможным в результате способности предложенного способа пробуривать отверстия с использованием сильно контролируемых способов создания локального разлома, которые минимизируют глобальное напряжение в пробуриваемой породе. В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложен узел бурильного сверла,содержащий бурильную колонну, имеющую бурильную трубу и удлинитель бурильной трубы; и бурильное сверло, выполненное с возможностью приложения высокочастотной колебательной и вращательной нагрузки; управляющее средство, расположенное при использовании в нисходящей скважине для управления приложенной вращательной и/или колебательной нагрузкой бурильного сверла, при этом управляющее средство содержит регулирующее средство для изменения приложенной вращательной и/или колебательной нагрузки, которое выполнено с возможностью отклика на состояние породы, через которую проходит бурильное сверло, причем вес бурильной колонны на метр до 70% меньше, чем вес традиционной бурильной колонны на метр, работающей с тем же самым диаметром скважины для использования в тех же самых условиях бурения. Предпочтительно вес бурильной колонны на метр от 40 до 70% меньше, чем вес традиционной бурильной колонны на метр, работающей с тем же самым диаметром скважины для использования в тех же самых условиях бурения. Предпочтительно вес бурильной колонны на метр, по существу, на 70% меньше, чем вес традиционной бурильной колонны на метр, работающей с тем же самым диаметром скважины для использования в тех же самых условиях бурения. Таким образом, устройство бурения может регулировать вращательную и/или колебательную нагрузку бурильного сверла в ответ на текущие условия бурения, чтобы оптимизировать механизм бурения и получить улучшенные скорости бурения. Предпочтительно регулирующее средство управляет приложенной вращательной и колебательной нагрузкой бурильного сверла, чтобы поддерживать резонанс системы, включающей бурильное сверло и пробуриваемую породу. Явления резонанса усиливают распространение трещин в породе перед бурильным сверлом, облегчая процесс бурения и, таким образом, увеличивая скорость бурения. В этом отношении приложенная вращательная и колебательная нагрузка основана на предсказуемом резонансе пробуриваемой породы. Предпочтительно бурильное сверло выполнено, чтобы воздействовать на породу для создания первой группы макротрещин, причем бурильное сверло, вращающееся и воздействующее на породу, в дальнейшем создает дополнительную группу макротрещин, при этом управляющее средство синхронизирует вращательные и колебательные движения бурильного сверла для продвижения соединения созданных таким образом макротрещин друг с другом с формированием локализованной динамической области распространения трещин перед бурильным сверлом. Предпочтительно управляющее средство определяет параметры нагрузки на бурильное сверло для того, чтобы определить условия резонанса между сверлом и пробуриваемой породой с помощью следующего алгоритма:a) вычисляют нелинейный резонансный отклик бурильного сверла без влияния пробуриваемой породы;b) оценивают силу воздействия для создания распространяющейся области разлома в пробуриваемой породе;c) вычисляют нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы;d) оценивают резонансную частоту бурильного сверла, взаимодействующего с пробуриваемой породой; иe) повторно вычисляют значение резонансной частоты для установившегося состояния, включая нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы. В этом отношении приложенная вращательная и колебательная нагрузка основана на предсказуемом резонансе пробуриваемой горной породы. Предпочтительно алгоритм определяет неизвестную функцию нелинейного отклика. Предпочтительно алгоритм основан на нелинейном динамическом анализе, причем динамические взаимодействия между бурильным сверлом и пробуриваемой горной породой при резонансных условиях промоделированы комбинацией аналитических и числовых методов. Предпочтительно регулирующее средство корректирует управляющее средство для изменения приложенных параметров бурения, чтобы поддерживать резонанс горной породы, находящейся в непосредственном контакте с бурильным сверлом по мере продвижения последнего в указанную породу. Предпочтительно регулирующее средство может выборочно деактивировать колебательную нагрузку бурильного сверла для бурения по мягкой породе. Таким образом, колебания могут быть деактивированы при бурении сквозь мягкую породу, чтобы избежать отрицательных воздействий, обеспечивая,-3 022613 таким образом, сдвиговые моды от вращательного движения для эффективного бурения и, что является наиболее важным, избавляясь от необходимости смены бурильных сврел между твердыми и мягкими породами. В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложен способ бурения породы, включающий этапы приложения колебательной и вращательной нагрузки через бурильное сверло, контроля характеристик породы на границе породы с бурильным сверлом, определения значения резонансной частоты горной породы на ее границе с бурильным сверлом и регулирования приложенной колебательной и/или вращательной нагрузки, чтобы поддерживать резонансную частоту горной породы на ее границе с бурильным сверлом. Предпочтительно указанный способ дополнительно включает применение алгоритма нелинейного динамического анализа для определения резонансной частоты породы на его границе с бурильным сверлом. Предпочтительно алгоритм имеет следующие функции:a) вычисляют нелинейный резонансный отклик бурильного сверла без влияния пробуриваемой породы;b) оценивают силу воздействия для создания распространяющейся области разлома в пробуриваемой породе;c) вычисляют нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы;d) оценивают резонансную частоту бурильного сверла, взаимодействующего со пробуриваемой породой; иe) повторно вычисляют значение резонансной частоты для установившегося состояния, включая нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы. Пример настоящего изобретения описан ниже со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 показывает бурильный модуль в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения и фиг. 2 иллюстрирует графически, как находят параметры для определения условий резонанса в соответствии с настоящим изобретением. При разработке настоящего изобретения было обнаружено, что при бурении сквозь породы, такие как горные породы, особенно высоких скоростей бурения можно достичь, если нагрузка на бурильное сверло установлена такой, что она способствует установлению резонанса в системе, образованной бурильным сверлом и пробуриваемой горной породой. Однако, тогда как получить этот резонанс возможно на испытательном стенде, использующем стандартизированные образцы, бурение сквозь естественную горную породу является совсем другим случаем. Это происходит потому, что условия бурения изменяются внутри горной породы от слоя к слою. Соответственно условия резонанса изменяются при прохождении горной породы и поэтому условия резонанса не могут поддерживаться в течение всего процесса бурения. Настоящее изобретение преодолевает эту проблему с помощью использования явления нелинейного резонанса при бурении через породу и стремится поддерживать резонанс в системе, состоящей из комбинации бурильного сверла и пробуриваемой породы. Чтобы достигнуть этого путем точной идентификации параметров и механизмов, воздействующих на бурение, заявители разработали точную и надежную математическую модель динамических взаимодействий в буровой скважине. Эта математическая модель позволяет настоящему изобретению вычислять и использовать механизмы обратной связи, чтобы автоматически регулировать параметры бурения для поддержания резонанса на участке буровой скважины. Поддерживая резонанс таким образом, действие распространяющейся области трещин перед сверлом усиливается, а скорость бурения сильно возрастает, и поэтому может быть определено как Резонансно Усиленное Бурение (в дальнейшем РУБ). На фиг. 1 изображен иллюстративный пример бурильного модуля РУБ в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Бурильный модуль оборудован бурильным сверлом 1 из поликристаллического алмаза (ПКА). Вибротрансмиссионная секция 2 соединяет бурильное сверло 1 с пьезоэлектрическим преобразователем 3 с обеспечением передачи колебаний от преобразователя к бурильному сверлу 1. Сцепление 4 соединяет модуль с бурильной колонной 5 и действует как узел изоляции от вибрации, чтобы изолировать вибрацию бурильного модуля от шахты. Во время операции бурения электродвигатель постоянного тока вращает буровой вал, который передает движение через секции 4, 3 и к бурильному сверлу 1. Сравнительно низкая статическая сила, приложенная к сверлу 1, вместе с динамической нагрузкой создают распространяющуюся область разлома,так что бурильное сверло продолжает проходить через породу. В то же самое время, в которое происходит вращение бурильного модуля 1, активируется пьезоэлектрический преобразователь, чтобы вибрировать на частоте, соответствующей для породы на участке буровой скважины. Эту частоту определяют, вычисляя нелинейные резонансные условия между бурильным сверлом и пробуриваемой породой, схематично показанными на фиг. 2, в соответствии со следующим алгоритмом:a) вычисляют нелинейный резонансный отклик бурильного сверла без влияния пробуриваемой породы;b) оценивают силу воздействия для создания распространяющейся области разлома в пробуриваемой породе;c) вычисляют нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы;d) оценивают резонансную частоту бурильного сверла, взаимодействующего с пробуриваемой породой; иe) повторно вычисляют значение резонансной частоты для установившегося состояния, включая нелинейные характеристики податливости разломанной пробуриваемой породы. Колебания от пьезоэлектрического преобразователя 3 передаются через сверло 1 к участку буровой скважины и создают область распространения трещин в породе перед бурильным сверлом. Поскольку бурильное сверло продолжает вращаться и продвигаться вперед, оно сдвигается к породе в горной породе, врезаясь в нее. Однако создание области распространения трещин в породе перед бурильным сверлом значительно ослабляет это бурильное сверло, что означает, что действие сдвигового вращения смещает больше породы, которая может впоследствии быть удалена. Свойства динамики распространения трещин могут быть настроены, чтобы оптимизировать механическую скорость проходки (МСП), качество отверстия и срок службы инструмента или, в идеале, комбинацию всех трех параметров. Трещины появляются в результате действия вставок в сверле, воздействующем на горную породу. Другие способы бурения работают путем срезания или сдвига породы или путем создания трещин гораздо большего размера. Следующее является главными особенностями РУБ системы с точки зрения рабочих средств и фокусирования на создании и распространении макро трещин в непосредственной близости перед бурильным сверлом. Способ РУБ работает благодаря высокочастотному осевому колебанию бурильной головки, которая воздействует на породу, при этом угловая геометрия вставок бурильного сверла создает начальные трещины в породе. Продолжающаяся работа бурильного сверла, то есть продолжающееся колебание и вращение, устанавливает динамическую область распространения трещин перед бурильным сверлом. Это явление может быть лучше всего описано как синхронизированная кинематика. Установление резонанса в системе (система, содержащая пробуриваемую породу, (осциллятор) и бурильное сверло) оптимизирует КПД и рабочие характеристики. Динамическая зона распространения трещин является локализованной у сверла, а линейный размер обычно имеет величину, не большую чем 1/10 диаметра бурильного сверла. Следовательно, локализованное распространение трещин является управляемым с точки зрения его направленности, при этом способ РУБ предотвращает распространение трещин за область, расположенную непосредственно перед бурильным сверлом. Способ РУБ, следовательно, может привести к высококачественному отверстию, удовлетворяющему требованиям. Как результат чувствительности способа РУБ, его способности пробуривать отверстия с использованием сильно управляемого местного разлома и минимизации глобального напряжения в породе, способ РУБ будет очень хорошо вести себя при бурении чувствительных пород в сложных областях, таких как приповерхностный газ, слабые зоны и разломанные зоны высокого давления. В соответствии с вышесказанным настоящее изобретение может поддерживать резонанс в течение всего процесса бурения, позволяя смещать породу от горной породы на участке буровой скважины более быстро и, следовательно, достигать более высоких скоростей бурения. Кроме того, использование резонансного движения для продвижения распространения разлома позволяет прикладывать к бурильному сверлу меньший вес, что приводит к уменьшенному износу инструмента. Также настоящее изобретение не только предлагает увеличенную механическую скорость проходки (МСП), но также обеспечивает более длительный срок службы инструмента и, следовательно, уменьшает время простоя, требуемое для технического обслуживания инструмента или его замены. Как только механические свойства пробуриваемой породы известны, параметры бурения могут быть модифицированы, чтобы оптимизировать работу бурения (в соответствии с МСП, качеством отверстия, сроком службы инструмента и надежности). С точки зрения способа РУБ частота и амплитуда колебаний могут быть изменены, чтобы установить самую эффективную работу с самым большим КПД. Установление резонанса колебательной системы (между (осциллятором), буровым сверлом и пробуриваемой породой) обеспечивает оптимальную комбинацию рабочих характеристик бурения и эффективности использования энергии. На фиг. 2 графически показано, как находят параметры для установления и поддержания условий резонанса. Во-первых, необходимо определить предел амплитуды бурильного сверла, когда последнее находится в резонансе и взаимодействует с пробуриваемой породой. В этой связи за предел амплитуды бурильного сверла выбрано значение, при котором резонанс в бурильном сверле не станет разрушающим. При превышении этого предела существует возможность, что резонанс станет иметь разрушающий эф-5 022613 фект. Затем оценивают подходящий диапазон качания частоты для того, чтобы нагрузить бурильное сверло. Этот диапазон оценивают так, чтобы мог быть определен соответствующий узкий диапазон, который впоследствии может быть использован для ускорения оставшейся части способа. Затем оценивают форму резонансной кривой. Как может быть видно, эта резонансная кривая является типичной резонансной кривой, вершина которой сдвинута вправо, как следствие эффекта взаимодействия бурильного сверла с пробуриваемой породой. Следует отметить, что, как следствие, график имеет верхнюю и нижнюю ветви, что является следствием перемещения по кривой за пределы максимальной амплитуды, что приводит к резкому спаду в амплитуде от верхней ветви до нижней ветви. Также, чтобы избежать таких резких изменений, которые являются нежелательными, на следующем этапе выбирают оптимальную частоту на резонансной кривой в точке, которая меньше, чем максимум на резонансной кривой. Насколько оптимальная резонансная частота выбрана ниже максимума, по существу, устанавливает запас надежности, причем для изменяемых/переменных пород для бурения этот запас надежности может быть также выбран, исходя из точки максимальной амплитуды. Управляющее средство может в этом отношении изменить запас надежности, то есть переместиться к точке максимума на резонансной кривой или удалиться от нее в зависимости от измеренных характеристик пробуриваемой породы или от хода выполнения бурения. Например, если МСП изменяется случайным образом из-за низкой однородности пробуриваемой породы, то запас надежности может быть увеличен. Наконец, устройство приводится в действие на выбранной оптимальной резонансной частоте, при этом процесс обновляется периодически в пределах рабочей замкнутой системы с обратной связью управляющего средства. В настоящем изобретении вес бурильной колонны на метр может быть на 70% меньше, чем вес традиционной бурильной колонны на метр, работающей с тем же самым диаметром скважины для использования в тех же самых условиях бурения. Предпочтительно этот вес от 40 до 70% меньше или более предпочтительно, по существу, на 70% меньше. Например, при типичных условиях бурения и глубине бурения 12500 футов (3787 м) для размера отверстия 12 1/4" (0,31 м) вес бурильной колонны на метр уменьшен от 38,4 кг/м (Стандартное Бурение Вращением) до 11,7 кг/м (использование способа РУБ), т.е. наблюдается уменьшение на 69,6%. При типичных условиях бурения и глубине бурения 12500 футов (3787 м) для размера отверстия 17 1/2" (0,44 м) вес бурильной колонны на метр уменьшен от 49,0 кг/м (Стандартное Бурение Вращением) до 14,7 кг/м (использование способа РУБ), т.е. наблюдается уменьшение на 70%. При типичных условиях бурения и глубине бурения 12500 футов (3787 м) для размера отверстия 26" (0,66 м) вес бурильной колонны на метр уменьшен от 77,0 кг/м (Стандартное Бурение Вращением) до 23,1 кг/м (использование способа РУБ), т.е. наблюдается уменьшение на 70%. В результате низкой НБС (нагрузки на бурильное сверло) и динамического разлома, который создает эта нагрузка, способ РУБ может сэкономить до 35% энергетических затрат на буровой установке и до 75% веса удлинителя бурильной трубы. Должно быть понятно, что проиллюстрированный описанный здесь вариант выполнения показывает применение изобретения только в целях иллюстрации. На практике изобретение может быть применено ко многим различным конструкциям; детальные варианты выполнения будут очевидны для применения их специалистами в этой области техники. Например, часть модуля, представляющая собой бурильное сверло, может быть изменена, чтобы соответствовать конкретному бурильному применению. Например, могут быть использованы различные конструкции сверла и материалы. В другом примере могут использоваться другие средства вибрации в качестве альтернативы пьезоэлектрическому преобразователю для создания вибрации бурильного модуля. Например, могут быть использованы магнитострикционные материалы. Кроме того, также предусмотрено, что средства вибрации могут быть деактивированы при бурении через мягкие породы, чтобы избежать отрицательных воздействий. Например, бурильный модуль, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может быть деактивирован, чтобы функционировать (только) как модуль вращательного бурения, при бурении сначала через верхнюю мягкую породу почвы. Бурильный модуль может затем быть активирован, чтобы приложить резонансные частоты, как только достигнуты более глубокие твердые горные породы. Это дает значительные сбережения времени,устраняя время простоя, которое в ином случае было бы необходимо, чтобы сменить бурильные модули между бурением этих различных горных пород. Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества, а именно само бурение требует более низкой подводимой энергии, увеличенная механическая скорость проходки (МСП), улучшенная стабильность отверстия и его качество, а также более длительный срок службы инструмента и его надежность. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Бурильный модуль, содержащий вращательное бурильное сверло (1),осциллятор, выполненный с возможностью приложения высокочастотной осевой колебательной нагрузки к указанному сверлу с частотой до 1 кГц,вибротрансмиссионную секцию, соединяющую вращательное бурильное сверло с осциллятором и выполненную с возможностью передачи высокочастотной осевой колебательной нагрузки от осциллятора к указанному сверлу,узел изоляции от вибрации, предназначенный для присоединения бурильного модуля к бурильной колонне и выполненный с возможностью изолирования бурильной колонны от высокочастотной осевой колебательной нагрузки,датчики для проведения измерений состояния породы в нисходящей скважине и управляющее средство, выполненное с возможностью работы в нисходящей скважине с управлением с обратной связью в реальном времени путем использования указанных измерений в нисходящей скважине от датчиков для управления осциллятором путем изменения высокочастотной осевой колебательной нагрузки в ответ на состояние породы, через которую проходит вращательное бурильное сверло,для установления и поддержания резонанса колебательной системы между осциллятором, вращательным бурильным сверлом и породой, через которую проходит указанное сверло, с обеспечением создания высокочастотной осевой колебательной нагрузки, достаточной для создания трещин в породе, через которую проходит указанное сверло. 2. Бурильный модуль по п.1, в котором управляющее средство выполнено с возможностью изменения диапазона частоты для определения состояния породы, через которую проходит вращательное бурильное сверло, для установления и поддержания резонанса колебательной системы. 3. Бурильный модуль по п.1 или 2, в котором осциллятор выполнен с возможностью приложения высокочастотной осевой колебательной нагрузки на основе резонансной кривой для вращательного бурильного сверла и изменения указанной колебательной нагрузки в ответ на взаимодействие с пробуриваемой породой. 4. Бурильный модуль по любому из предшествующих пунктов, в котором управляющее средство выполнено с возможностью определения соответствующих параметров нагрузки для вращательного бурильного сверла в соответствии со следующими этапами для достижения и поддержания резонанса колебательной системы:a) определение предела амплитуды указанного сверла при его резонировании и взаимодействии с пробуриваемой породой,b) оценка подходящего диапазона изменения частоты для того, чтобы нагрузить указанное сверло;c) оценка формы резонансной кривой;d) выбор оптимальной резонансной частоты на резонансной кривой в точке меньше, чем максимум на резонансной кривой, иe) приведение в действие указанного сверла, основываясь на этой оптимальной резонансной частоте. 5. Бурильный модуль по любому из предшествующих пунктов, в котором управляющее средство выполнено с возможностью автономного регулирования вращательной и высокочастотной осевой колебательной нагрузки вращательного бурильного сверла в ответ на текущие условия бурения. 6. Бурильный модуль по п.5, в котором управляющее средство выполнено с возможностью управления вращательным бурильным сверлом с обеспечением воздействия на породу, через которую проходит указанное сверло, для создания первой группы макротрещин и с возможностью управления вращательным бурильным сверлом с обеспечением его вращения и воздействия на породу для создания в дальнейшем дополнительной группы макротрещин, причем управляющее средство выполнено с возможностью синхронизации вращательных и колебательных перемещений вращательного бурильного сверла для соединения между собой полученных макротрещин для формирования локализованной динамической зоны распространения трещин перед указанным сверлом. 7. Способ управления бурильным модулем по п.1, содержащим вращательное бурильное сверло и осциллятор, предназначенный для приложения высокочастотной осевой колебательной нагрузки к указанному сверлу с частотой до 1 кГц, включающий приложение высокочастотной осевой колебательной нагрузки к указанному сверлу,проведение измерений состояния породы в нисходящей скважине, управление приложенной высокочастотной осевой колебательной нагрузкой в нисходящей скважине с управлением с обратной связью в реальном времени путем использования указанных измерений для изменения высокочастотной осевой колебательной нагрузки в ответ на состояние породы, через которую проходит указанное сверло, для установления и поддержания резонанса колебательной системы между осциллятором, вращательным бурильным сверлом и породой, через которую проходит указанное сверло, с обеспечением создания высокочастотной осевой колебательной нагрузки, достаточной для создания трещин в породе, через кото-7 022613 рую проходит указанное сверло. 8. Способ по п.7, в котором дополнительно изменяют диапазон частоты для определения состояния породы, через которую проходит вращательное бурильное сверло, для установления и поддержания резонанса колебательной системы. 9. Способ по п.7 или 8, в котором высокочастотную осевую колебательную нагрузку прикладывают на основе резонансной кривой для вращательного бурильного сверла и изменяют указанную нагрузку в ответ на взаимодействие с пробуриваемой породой. 10. Способ по любому из пп.7-9, в котором определяют соответствующие параметры нагрузки для вращательного бурильного сверла в соответствии со следующими этапами для достижения и поддержания резонанса колебательной системы:a) определяют предел амплитуды указанного сверла при его резонировании и взаимодействии с пробуриваемой породой;b) оценивают подходящий диапазон изменения частоты для того, чтобы нагрузить указанное сверло;c) оценивают форму резонансной кривой;d) выбирают оптимальную резонансную частоту на резонансной кривой в точке меньше, чем максимум на резонансной кривой; иe) приводят в действие указанное сверло, основываясь на этой оптимальной резонансной частоте. 11. Способ по любому из пп.7-10, в котором вращательную и высокочастотную осевую колебательную нагрузку вращательного бурильного сверла регулируют автономно в ответ на текущие условия бурения. 12. Способ по п.11, в котором вращательным бурильным сверлом управляют с обеспечением воздействия на породу, через которую проходит указанное сверло, для создания первой группы макротрещин и с обеспечением его вращения и воздействия на породу для создания в дальнейшем дополнительной группы макротрещин, причем вращательные и колебательные перемещения вращательного бурильного сверла синхронизируют для соединения между собой полученных макротрещин для формирования локализованной динамической зоны распространения трещин перед указанным сверлом.