книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

щают синусоидальные (или какие-либо другие по форме) колебания, во втором — ударные импульсы высокой частоты. При вибрацион­ ном бурении разрушение мягких пород (песков, супесей, суглинков, глин) в зоне контакта с породоразрушающим инструментом происхо­ дит за счет механического воздействия, чему способствует разжиже­ ние пород при вибрации; при

зана).

Дебалансы (или эксцентрично расположенные грузы), вращаясь в противоположные стороны синфазно с равной угловой скоростью, генерируют центробежные силы, горизонтальные составляющие которых (ЕД взаимно уравновешиваются, а вертикальные (Е2) — складываются.

Суммарная вертикальная сила изменяется по гармоническому (синусоидальному) закону. Она и возбуждает колебания вибратора и бурового снаряда.

где т — суммарная масса дебалансов в кг-с2/см; со — угловая скорость в с -1; е — смещение центра тяжести дебалансов относительно оси вращения (эксцентриситет) в см.

Эффективность вибрационного бурения в значительной степени зависит от веса вибропогружателя, момента эксцентриков, частоты и амплитуды колебаний. С возрастанием амплитуды скорость вибробурения увеличивается.

Рис. 13. Схемы вибропогружателей для бурения скважин.

а — вибратор: 1 — электродвигатель; 2 — клиноременная передача, 3 ■— дебалансы, 4 — корпус, 5 — переводник на погружаемую трубу; б — вибромолот: 1 — два электродвига­ теля с дебалансами, 2 — ударная плита, з — боек, 4 — пружина, 5 — наковальня, 6 — наголовник (ограничитель), 7 — погружаемая труба.

Величина амплитуды колебаний определяется по формуле

колебаний за счет демпфирующих сопротивлений, ср = 0,80—0,95. По мере увеличения глубины скважины возрастает вес инстру­ мента и, кроме того, увеличивается его упругость. За счет этого амплитуда колебаний породоразрушающего инструмента существенно снижается. Поэтому глубина бурения поверхностными вибраторами

не превышает 25—30 м.

Вибромолот (рис. 13, б) представляет собой вибратор, в коле­ бательную систему которой введен ограничитель колебаний (наго­ ловник с наковальней). С ограничителем вибратор либо вообще не связан, либо связан с помощью пружин и стяжных болтов. Вслед­ ствие наличия ограничителя колебания корпуса вибратора сопро­

вождаются ударами бойка по наковальне ограничителя, который жестко присоединяется к погружаемому (или извлекаемому) эле­ менту.

В качестве вибратора на вибромолоте нередко используют два

Известно большое количество различных вибраторов и вибро­ молотов, используемых для бурения скважин или погружения и извле­ чения обсадных труб. Вибромеханизмы различаются между собой по параметрам, конструктивному исполнению и весовым характе­ ристикам.

Подавляющее большинство вибраторов выполняется по конструк­ тивной схеме, показанной на рис. 13. В некоторых вибраторах привод осуществляется от двигателя внутреннего сгорания; нередко двигатель на корпусе устанавливается на пружинах.

Технические характеристики некоторых вибраторов предста­ влены в табл. 6.

* Вибраторы ВБ-7, ВГ-6 и БГ-8 одновременно являются и беспружинными вибромо­ лотами.

На рис. 14 представлен вибратор (беспружинный вибромолот) ВГ-8. Этот вибратор имеет центральное проходное отверстие и может закрепляться с помощью зажимного патрона в любом месте погру­ жаемой обсадной трубы.

Из других конструкций известны вибраторы с приводом посред­

поверхностными вибропогружателями дебалансного типа непре­

содержит в себе как закономерный, так и случайный элемент. Законо­ мерное изменение скорости обусловлено увеличением длины упругого бурильного стержня, посредством которого ударные импульсы пере­ даются виброзонду, а колебание скорости бурения — неоднород­ ностью свойств разбуриваемых грунтов. В меньшей степени воз­ действуют многочисленные случайные факторы (температура и влажность воздуха, индивидуальные особенности работы буровых

Рис. 15. Породоразруша­ ющий инструмент для ви­ бробурения:

а виброзонд: 1 — башмак, 2 — труба с окнами, 3 — кони­

башмак, 2 — разъемная труба, 3 — разъемный вкладыш для приема керна, 4 — клапан, 5 — переходник; в — виброжелонка: 1 — башмак, 2 — клапан пло­ ский, шарнирный, 3 — труба

сокнами.

мастеров ит. д.). Этот вопрос исследовался Б. М. Ребриком. Им была установлена зависимость скорости бурения от глубины скважины:

Согласно формуле (18), предельная глубина виброударного буре­ ния с поверхностным вибропогружателем будет около 36 м.

Вибрационное бурение более глубоких скважин можно осуще­ ствить только с помощью погружных вибраторов (рис. 16). Поскольку вибромеханизм находится непосредственно над породоразрушающим инструментом, скорость бурения с увеличением глубины скважины мало снижается. Погружной вибратор (вибромолот) опускается в скважину на кабель-канате, что исключает применение бурильных труб и ускоряет спуско-подъемные операции.

Рис. 16. Схема установки для бурения погружным вибробуром.

1 — пусковое устройство; 2 — кабельный барабан; а — лебед­ ка; 4 — трубы обсадные; 5 — трос; 6 — кабель; 7 — замок канатный; 8 — электродвига­ тель; 9 — вибратор; 10 — грун­

тонос или стакан.

Рис. 17. Установка вибрационного буре­ ния АБВ-2М (тран­ спортное положение).

1— автомобиль ГАЗ-66;

2— ящик для инструмента; 3 — мачта; 4 —

генератор; 5 — меха­ низм подъема мачты; 6— талевый блок; 7 — ле­ бедка; 8 — вибромеха­ низм.

Погружные вибраторы еще не внедрены в производство. В этом направлении должны вестись исследовательские и конструкторские работы.

Установки для вибрационного бурения. Для бурения вибрацион­ ным методом используются специализированные буровые установки, основным рабочим органом которых является вибратор или вибро­ молот. В большинстве случаев виброустановки представляют собой самоходные подъемно-транспортные машины с собственным источни­ ком энергопитания. Чаще виброустановки монтируются на базе авто­ мобиля высокой проходимости, реже — на базе трактора или прицепа. Техническая характеристика установок вибрационного бурения при­ ведена в табл. 8.

Т а б л и ц а 8

Заводом им. Воровского начато серийное производство установки АВБ-2М (рис. 17).

Установка АВБ-2М предназначена для бурения скважин диа­ метром 168—108 мм вибрационным способом на глубину до 20 м. В качестве вспомогательного способа может быть применен ударно­ канатный на глубину до 40 м. В качестве основного рабочего органа используется вибратор ВБ-7, с возмущающим усилием 3500 кгс. Привод вибратора осуществлен от электродвигателя мощностью 7 кВт, который получает питание от генератора мощностью 25 кВт.

Для производства спуско-подъемных операций установка имеет планетарную лебедку грузоподъемностью 4 т и однотрубчатую мачту высотой 7,5 м и грузоподъемностью 8 т при двухструнной

различных способов бурения, применяемых при инженерно-геоло­ гических исследованиях на глубину 10—20 м в породах I—III кате­ гории, из которой следует, что вибрационный способ является самым производительным.

§ 5. УСТАНОВКИ КОМБИНИРОВАННОГО БУРЕНИЯ

Проходка скважин в породах, обладающих разными механи­ ческими свойствами, может быть эффективной в том случае, если применяется соответствующий проходимой породе технологический процесс.

Поскольку геологические условия в верхних толщах многообразны, то при бурении неглубоких скважин иногда целесообразно применять не один, а несколько способов, комбинируя их последовательно в соответствии со свойствами пород.