Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Вибрационное бурение и его разновидности — виброударное и виб — роударновращательное представляют собой варианты бурения внедре­нием, поскольку порода в процессе углубки не удаляется, а ее разру­шение идет за счет раздвигания и уплотнения. Вибробурение осущест­вляют кольцевым забоем с отбором образцов породы главным образом в слабых мягких однородных породах на глубину до 30 м с диамет­ром скважин 89—218 мм. Вибробурение применяют при инженерно — • геологических изысканиях, разведке стройматериалов, россыпных месторождений, поисково-съемочных работах.

Сущность вибрационного бурения и его разновидностей заключа­ется в том, что инструмент кольцевого типа интенсивно погружается

в породу под воздействием сравнительно небольшой статической силы — веса бурового снаряда с погружателем или веса и ударных импульсов, или веса, ударных импульсов и медленного вращения при одновре­менном наложении на инструмент высокочастотных колебаний (виб­рации). Вибрация, передаваемая через породоразрушающий инстру­мент на грунт, изменяет состояние грунта, уменьшая его сопротивле­ние. В песчаных грунтах песчинки получают колебательное движение, что резко снижает силы сцепления и трения между частицами, грунт в призабойной зоне псевдоразжижается и инструмент как бы тонет в нем. В глинистых грунтах под действием колебаний происходит отделение как поровой, так и физически связанной воды и порода в призабойной зоне разжижается, а выделившаяся вода действует как смазка. Этим объясняется, что наиболее интенсивно погружение идет в увлажненных супесях и суглинках, меньше в пластичных глинах и плотных сухих песках, труднее всего — в полускальных и обломочных грунтах (мел, слабый известняк, аргиллит, мерзлые породы).

Чисто вибрационное бурение применяют редко, в малых объемах и только при бурении в слабых однородных породах. Наиболее ши­роко используют виброударное бурение. При бурении в наиболее сложных разрезах с твердыми прослоями и включениями обломочно­го материала эффективно виброударновращательное бурение.

Появлению вибробурения предшествовало широкое использова­ние вибрации строителями для извлечения и погружения свай в мягкие грунты. Вибробурение было предложено в 1949 г. Д. Д. Барканом и В. Н. Тупиковым на основании опыта погружения и извлечения труб­чатых свай, внутри которых оказывалась колонка грунта.

Схема вибробурения, представленная на рис. 8.19, включает труб­чатый виброзонд 3, спускаемый в скважину на бурильных трубах 2, вибропогружатель /, соединенный тросом с лебедкой.

Принцип работы вибропогружателей

Различные вибропогружатели (вибровозбудители) для бурения имеют общие схему устройства и принцип действия. По методу соединения с буровым снарядом их подразделяют на вибраторы, когда он жестко соединен со снарядом (рис. 8.20, а), и вибромо­лоты (см. рис. 8.20, б) при свободном соединении со снарядом. Вибромолоты, имеющие связь со снарядом через пружинную под­веску, сейчас практически не применяются, вибромолоты, свободно поставленные на снаряд, называют беспружинными вибромоло­тами.

Буровой вибропогружатель представляет собой механический цен­тробежный двухвальный вибровозбудитель (рис. 8.21). В результате синфазного (равномерного) в противоположные стороны вращения эксцентричных масс (эксцентриков, дебалансов) возникают цент­робежные силы, суммарная вертикальных составляющих которых

Рис. 8.19. Схема бурения вибробуровой установкой

Рис. 8.20. Варианты связи вибро­погружателя с буровым снарядом: а — вибратор; б — вибромолот

Рис. 8.21. Схема работы вибропогружателя: а —динамическая схема; б — график колебаний величины вынуждающей силы

изменяется по синусоидальному закону, вызывая направленные про­дольные колебания системы. Величину этой силы определяют выра­жением

F= /M0eco2sin(co?+ ф0) (8.10)

где т0 — суммарная масса дебалансов; е — эксцентриситет центров

тяжести дебалансов; со — частота вращения дебалансов; ф0 — началь­ный фазовый угол.

Максимальное по модулю значение этой силы, называемое вы­нуждающим усилием, рассчитывают по формуле

^max = W0ECO2. (8.11)

При жестком закреплении вибропогружателя к снаряду (вибробу­рение) предельное значение амплитуды вынужденных колебаний си­стемы приблизительно равно

Лпред = т0Е/^т, (8.12)

где X т — масса всех колеблющихся элементов, включая буровой снаряд.

При работе погружателя в системе вибромолота (свободное закреп­ление на снаряде) величина вынуждающей силы значительно превы­шает вес погружателя и когда сила направлена вверх, погружатель отрывается от бурового снаряда, а затем, когда центробежные силы меняют направление, падает на верхний конец снаряда (наковальню), нанося удар. При бурении вибромолотом на грунт через буровой инструмент действуют сила тяжести инструмента, вибрация, связан­ная с колебаниями нагрузки на снаряд, и сила ударов вибромолота по снаряду. Энергия ударов не только позволяет интенсифицировать про — » цессы уплотнения и раздвигания породы как при вибробурении, но

i и дополнительно разрушает, раскалывает твердые прослойки и вклю­чения, что существенно расширяет область вибробурения и повышает его производительность.

В отличие от вибратора, где колебания вынуждающего усилия синхронны частоте вращения дебалансов, частота ударов вибромолота, как правило, не совпадает с частотой вращения дебалансов. Это яв­ление связано с тем, что на скорость движения ударной массы влияет ряд переменных факторов, находящихся в разных сочетаниях и фазах. Общую скорость ударной массы в промежутках между двумя ударами определяют выражением

v = t>y/?-y4cosin фу+ /4rosin(9y — ф) — (#ф/(о), (8.13)

где с/у — скорость в момент удара, м/с; R — коэффициент восстановле­ния; vy R — составляющая скорости движения массы за счет отскока после удара; А — высота падения (амплитуда) массы, м; со — частота вращения дебалансов, об/с; ф, и ф — фазы (углы) дебалансов в момент удара и любой момент времени соответственно; А со sin фу — скорость колебательного движения в момент удара, м/с; Лю8т(фу-ф) — ско-

рость колебательного движения в любой момент времени, м/с; g(p/a> — скорость свободного падения, м/с.

Поскольку при разных значениях (р sin ф может быть положитель­ным или отрицательным, то переменными будут знаки у второго и третьего членов суммы, определяющей скорость. Следовательно, воз­можны различные значения скорости в момент удара, отскок и ам­плитуда отскока. Учитывая, что если энергия единичного удара равна

W= mVy/2, (8.14)

то при разных скоростях удара будут разными и силы ударов. При оп­ределенном сочетании составляющих скорости могут происходить боль­шие отскоки и удары, энергия которых в 2—3 раза превышает сред­нее значение.

За счет отскока ударная масса приобретает дополнительную ско­рость движения вверх, и движение вверх становится продолжитель­нее, чем это происходило бы только под действием вынуждающего усилия, в результате чего дебалансы успеют совершить больше поло­вины оборота, а за все время между ударами — больше одного обо­рота. Выражение i = ио6/яу означает число полных и неполных оборо­тов, совершенных дебалансами за период между двумя ударами. В прак­тике виброударного бурения число /, как правило, бывает от 1 до 8, чаще от 1 до 4. С увеличением i увеличивается энергия единичного удара и соответственно погружающая способность. Процесс измене­ния частоты ударов может саморегулироваться: с увеличением сопро­тивления грунта увеличивается величина коэффициента отскока, следо­вательно, возрастает скорость отскока и соответственно энергия еди­ничного удара и значение числа т. е. снижается частота ударов при неизменной частоте вращения дебалансов. Это явление весьма благо­приятно, так как позволяет существенно увеличить глубину и расши­рить диапазон пород для виброударного бурения.

Технические средства вибробурения

Буровой инструмент при вибробурении состоит из трубчатого бура, который в вибробурении называют виброзондом, и бурильных труб, соединяемых в колонну резьбовыми соединениями.

Виброзонд представляет собой трубу длиной 1—3, иногда до 5 м, имеющую на нижнем конце рабочее кольцо (башмак), а при вибро- ударновращательном бурении специальную коронку и на верхнем конце переходник для присоединения к бурильным трубам. Вдоль тела зонда делают одну или две прорези.

Рабочее кольцо виброзонда (рис. 8.22) имеет толщину стенки несколько больше, чем у трубы зонда. Это делается для уменьшения сил трения по наружной и внутренней поверхностям зонда о породу при его внедрении. Однако слишком большое превышение толщины кольца приводит к увеличению лобового сопротивления, поэтому не­обходимо выдерживать оптимальное соотношение толщины стенок
кольца и трубы зонда. Угол скоса кольца в зависимости от пород выбирают от 15 до 60°. Для бурения в неустойчивых породах лучше делать внутренний скос, что приводит к уплотнению породы внутри зонда и способствует удержанию ее при подъеме инструмента. В связ­ных и плотных породах нужно использовать кольца с наружным скосом, поскольку в этом случае уплотнение породы внутри зонда приведет к образованию пробки и снижению углубки за рейс. Для упрочнения режущей кромки рабочего кольца ее закаливают или наплавляют твердым сплавом. При вращательном варианте вибробу­рения для комбинированного разрушения породы вместо гладкого кольца на виброзонд (колонковую трубу) навинчивают специальную коронку, имеющую и скосы для вибропогружения, и резцы для вра­щательного резания и рыхления породы (см. рис. 8.22). С учетом разнообразия буримых пород виброкоронки изготовляют с различным количеством и выступаниями резцов.

Сам виброзонд для бурения связных устойчивых пород имеет, как правило, одну прорезь с углом выреза 140—160°. Большой вырез об­легчает извлечение породы из зонда. Для бурения слабых неустойчи­вых фунтов используют зонд, угол выреза которого меньше 90—110°, или зонд с двумя узкими вырезами с разных сторон. При использова­нии длинных зондов для сохранения их устойчивости делают два вы­реза по длине, разделенных перемычками. Для бурения слабосвязных, сыпучих, плывучих грунтов применяют виброзонды с двустворчатым или тарельчатым (виброжелонка) клапанами. Для облегчения извле­чения породы из зонда используют разъемные или поршневые виб­розонды.

В качестве бурильных труб при вибробурении применяют трубы геологоразведочного сортамента диаметрами 50 и 63,5 мм муфтово­замкового соединения, а также трубы диаметром 60,3 мм с привар­ными замками. Свинчивание и развинчивание бурильных труб при вибробурении обычно производят не ключами, как при вращательном бурении, а с помощью штырей, для чего на каждом конце трубы имеются поперечные отверстия. Один штырь служит для опоры (как подкладная вилка), другой — для навинчивания или отвинчивания вер­хней трубы.

Для вибробурения основной частью оборудования является виб­ропогружатель, который может быть использован как с подручными средствами (например, автокран, любая буровая установка с мачтой и лебедкой), так и в составе специальных вибробуровых или комби­нированных установок.

Вибропогружатели делят на две группы: для бурения и для ра­боты с обсадными трубами. Имеется большое разнообразие тех и других (около 20), вызванное не столько технической целесообраз­ностью, сколько ведомственной разобщенностью организаций, ис­пользующих и производящих вибропогружатели. В настоящее время для всех вариантов вибробурения широко применяют (вполне может заменить все другие) беспружинный вибромолот ВБ-7 и его моди­фикацию ВБ-7М (рис. 8.23). Эта конструкция отличается простотой, надежностью и универсальностью. Ниже представлены характерис­тики вибромолотов.

Параметры ВБ-7 ВБ-7М

TOC o "1-5" h z Мощность двигателя, кВт………………………………………………….. 7 9,4

Статический момент массы дебалансов, Н • м………………… 20 24

Угловая скорость вращения дебалансов, с“’ …. 131 141,3

Максимальная вынуждающая сила, кН…………………….. 35 60

Максимальный ход ударной части, м…………………………… 0,135 0,15

Масса, кг………………………………………………………………………… 340 600

При значительных объемах вибробурения целесообразно исполь­зовать специальные вибробуровые установки, для эпизодического при­менения вибробурения — комбинированные буровые установки, в ко­торых вибробурение является одним из нескольких видов бурения. Из специальных вибробуровых установок наибольшее распространение имеет установка АВБ-2М (агрегат вибрационного бурения), реже встречается более тяжелая установка АВБ-3, которую возможно обо­рудовать для виброударновращательного бурения. В системе Мосгор — геотреста наряду с указанными применяют установки ВБУ. Из комби-

Рис. 8.23. Вибромолот ВБ-7М:

1 — подвеска; 2 — электродвигатель; 3 — вибратор; 4 — патрон

нированных установок для вибробурения наиболее часто применяют установку БУЛИЗ-15 (буровая установка линейных изысканий).

Вибробуровые установки, как правило, бывают самоходными на базе автомашин (УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗИЛ-131). Кроме автомашин, в со­став установки входят мачта, обычно однотрубчатая, электрогенера­тор с приводом от двигателя автомашины или от дополнительного дизельного двигателя (АВБ-3), лебедки, механизмы подъема мачты (табл. 8.8). В установку АВБ-3 можно дополнительно устанавливать роторный вращатель и цепной механизм подачи для вибровращатель- ного бурения. Устройство вибробуровой установки и некоторых ее узлов приведены на рис. 8.19.

Технология вибробурения при относительной простоте включает значительное число факторов, определяющих эффективность проход­ки скважин:

✓" выбор разновидности бурения (вибрационное, виброударное, виб — роударновращательное);

Параметры	АВБ-2М	АВБ-3	ВБУ	БУЛИЗ-15
Глубина виброударного бурения, м	20	20	40	15
Глубина вибровращательного бурения, м	—	40	—	—
Тип вибропогружателя	ВБ-7, ВБ-7М	ВБ-7М	ВБ-7М	С приводом от гибкого вала
База	ГАЗ-66	ЗИЛ-131	ГАЗ-66 ЗИЛ-131	УАЗ-469
Масса, кг	6300	9900	—	2030

✓" выбор способа проходки скважины (с открытым стволом или с одновременным креплением скважины обсадными трубами);

•/ конструкция скважины, выбор вибропогружателя и его пара­метров;

•/ режим бурения;

■/ выбор величины углубки за рейс в конкретных условиях. Выбор разновидности вибробурения производят в зависимости от вибробуримости грунтов данного разреза. Наилучшей вибробуримостью обладают сильноувлажненные супеси и суглинки. Плохо поддаются виб­робурению тугопластичные глины и плотные сухие пески. Особенно затруднено вибробурение в обломочных насыпных грунтах и при наличии твердых прослоек. Чисто вибрационное (безударное) бурение применя­ют редко, только в наиболее благоприятных условиях: однородные ув­лажненные супеси, суглинки. Виброударное бурение является основным преобладающим видом вибробурения и находит эффективное приме­нение при бурении в большинстве пород I—IV категорий по буримо — сти. Виброударновращательное бурение успешно применяют в разре­зах с крупнообломочными грунтами и при наличии твердых прослоек.

При бурении в устойчивых породах устье скважины оборудуют направляющей трубой на глубину 2—3 м и далее бурение ведут без крепления скважины трубами. В разрезах, представленных сильнооб — водненными, сыпучими и другими неустойчивыми породами, бурение ведут с закреплением неустойчивых интервалов обсадными трубами сразу после их проходки, а в особо сложных условиях, особенно при разведке россыпных месторождений, с одновременным или опережаю­щим закреплением скважины обсадными трубами, при этом погруже­ние труб осуществляют также виброметодом.

Конструкции скважин вибробурения, их ступенчатость, кроме не­обходимости закрепления неустойчивых интервалов обсадными тру­бами, определяются также условиями эффективного погружения зонда. Конечный диаметр скважины зависит от необходимых размеров об­разца породы (керна), но обычно не менее 89 мм, часто 108 мм. Далее снизу вверх скважина может иметь ступенчатую конструкцию с переходом на большие диаметры. Теория и практика показывают, что при небольшой глубине скважины эффективнее (выше скорость бурения) применять зонды максимального размера диаметром 168 или 219 мм, а с увеличением глубины скважины наибольшая скорость по­лучается при последовательном уменьшении диаметра зондов. Эта зако­номерность объясняется тем, что таким путем поддерживается рацио­нальный вес бурового инструмента по мере добавления бурильных труб. Из этих соображений рациональная конструкция скважин виб­робурения при глубине более 10 м рекомендуется ступенчатой.

Выбор вибропогружателя и параметров режима бурения взаимо­связан. При вибробурении и виброударном бурении главными пара­метрами режима являются: осевая нагрузка, определяемая весом буро­вого инструмента и вибропогружателя, вынуждающее усилие, частота колебаний и ударов, максимальная амплитуда колебаний и возмож­ный ход ударной части. В настоящее время для вибробурения и виб — роударного бурения в большинстве случаев используют вибромолоты ВБ-7 и ВБ-7М, так что выбор вибропогружателя и параметров режима бурения сводится к выбору из этих двух механизмов (см. табл. 8.6). Единственный параметр режима бурения, который поддается регули­ровке в небольших пределах,— частота вращения дебалансов. При элект­роприводе ее можно изменять в пределах ±5 % за счет изменения час­тоты вращения приводного двигателя и соответственно напряжения на генераторе. Выбор этого параметра зависит от плотности грунтов: для слабых грунтов лучше увеличивать частоту вращения дебалансов, для плотных — снижать. Регулировку частоты вращения дебалансов ис­пользуют для влияния на отношение частоты вращения к частоте уда­ров (/= «цб/яу) с целью поддержания устойчивого / в пределах 1—4, причем с увеличением глубины скважины и плотности пород жела­тельно увеличивать чтобы получить большую силу удара. Большие перспективы в эффективном управлении этими параметрами режима (частота вращения и ударов) связаны с использованием для привода вибропогружателя гидродвигателя.

Для вибробурения, как и для ряда других видов бурения, харак­терно снижение скорости углубки по мере внедрения зонда в породу, что связано с нарастанием сил трения и уплотнением грунта внутри зонда. В начале рейса углубка идет быстро, затем механическая ско­рость бурения заметно снижается. Следовательно, существует момент, когда становится целесообразно прекратить бурение и поднять снаряд на поверхность, извлечь образец породы и вновь спустить снаряд в сква­жину и вести бурение с высокой скоростью. При бурении с затухаю­щей механической скоростью существует оптимальная углубка за рейс, соответствующая максимальной рейсовой скорости и, следовательно, производительности бурения:

^р = Ар/(?б+?всп) = Ум/(1 +?вспЛб), (8-15)

где /гр — углубка за рейс, м; 1Ъ — время чистого бурения; /|1СП — время на вспомогательные операции.

Отрицательной характерной особенностью вибробурения является резкое снижение механической и рейсовой скоростей бурения с уве-

в

Рис. 8.24. Зависимость механической скорости вибробурения от текущей углубки (а), глубины скважины (б) и зависимость рейсовой скорости вибробурения от глубины скважины (в)

І

личением глубины скважины (рис. 8.24). Оптимальная величина уг­лубки за рейс зависит от свойств буримых пород и от глубины сква­жины. При небольшой глубине и в легких породах углубка за рейс может составлять 3—5 м, с увеличением глубины и плотности пород рациональная углубка за рейс снижается до 0,6—0,2 м (табл. 8.9).

Таблица 8.9. Примерные показатели виброударного бурения Показатели Интервал Буримость пород (категория по буримости) глубин, м 1 II III IV Механическая скорость 0-4 180 90 60 30 бурения, м/ч 4-10 60 42 30 18 10-20 4-10 10-20 36 24 12 6 Оптимальная углубка 0-4 5,0 2,5 1,5 0,8 за рейс, м 4-10 2,5 1,5 1,0 0,4 10-20 2,0 1,0 0,6 0,2 Рейсовая скорость 0-4 20 15 12 8 бурения, м/ч 4-10 10 7 4 1,5 10-20 3 2 1 0,5

Учитывая, что с увеличением углубки за рейс происходит значи­тельное уплотнение грунта внутри зонда, т. е. искажаются механичес­кие свойства, в отдельных случаях при высоких требованиях к каче­ству образцов углубку за рейс снижают меньше оптимальной.

При вибробурении значительную трудоемкость представляет про­цесс извлечения породы из зонда, который выполняют вручную ломом или специальными лопатками. Невязкие грунты эффективно извлекать, передавая вибрацию на подвешенный и присоединенный к вибратору зонд, т. е. как бы вытряхивать грунт. Одним из путей облегчения и ускорения извлечения породы из зонда является применение разъем­ных и поршневых виброзондов. В первом случае наполненный грун­том зонд поднимают на поверхность, отвинчивают башмак, зонд раз­нимают на две продольные части и из него без труда извлекают нена­рушенный образец породы. Во втором случае в верхней части внутри зонда закреплен поршень с поперечным отверстием, совпадающим с дву­мя продольными прорезями в теле зонда. После подъема зонда с грун­том на поверхность в отверстие поршня вставляют стержень, закреп­ленный к раме станка, и зонд лебедкой станка тянется вверх. Пор­шень, удерживаемый стержнем, выдавливает образец грунта из зонда.

Виброударновращателыюе бурение применяют при встрече твердых прослоек, крупнообломочных, мерзлых грунтов, а также с увеличе­нием глубины скважины в плотных породах, где виброударное бурение становится весьма затруднительным или совсем невозможным. Одна­ко область вибробурения может быть значительно расширена как по породам, так и по глубинам, если совместить виброударное воздей­ствие с медленным вращением инструмента. При виброударновраща — тельном бурении за счет вращения происходит резание и разрыхление грунта, а за счет виброударных импульсов идет интенсивное внедре­ние инструмента в разрыхленный слой грунта. Твердые включения при этом разрушаются резцами или оттесняются ими в сторону.

Для осуществления вибровращательного бурения в состав буровой установки добавляют роторный вращатель и специальную трехгранную ведущую трубу. Для вращения, поскольку оно осуществляется без про­мывки, требуется большой крутящий момент, достигающий 7000 Н • м для снижения силы трения ведущей трубы в роторе. Вращение от ро­тора на ведущую трубу передается через роликовые элементы качения, что позволяет обходиться без механизма принудительной подачи.

Для комбинированного разрушения породы вместо гладкого рабо­чего кольца (башмака) на виброзонд навинчивают специальную ко­ронку, имеющую скосы для виброударного внедрения, и твердосплав­ные резцы для резания и рыхления породы (см. рис. 8.22). С учетом разнообразия буримых пород изготовляют специальные коронки с раз­личным количеством и выступом резцов.

Сочетание вращения с виброударным воздействием не только рас­ширяет область применения вибробурения, но и увеличивает скорость и производительность бурения в 3—4 раза по сравнению с вибробу­рением и медленновращательным бурением.

Шнековое бурение (от нем. Schnecke — улитка, завиток, бесконеч­ный винт) является разновидностью вращательного бурения, отличаю­щейся тем, что удаление с забоя и транспортирование по стволу скважины разрушенной породы осуществляют одновременно с углуб — кой скважины не потоком очистного агента, а за счет свойств вра­щающейся шнековой колонны. Обычно шнековое бурение осущест­вляют сплошным забоем, при необходимости шнековое бурение можно вести с отбором ненарушенных образцов породы (керна) с помощью магазинных шнеков или съемных грунтоносов.

Шнековое бурение — наиболее распространенный и наиболее уни­версальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении скважин глубиной до 50—80 м в породах от I до VI ка­тегорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. Широко распространено шнековое бурение ввиду того, что при бурении в большинстве пород происхо­дит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой.

Шнековое бурение используют при сейсморазведке (бурение для погружных зарядов ВВ), взрывных скважинах при открытой разра­ботке угольных карьеров, инженерно-геологических, гидрогеологиче­ских, мелких водозаборных скважинах, разведке стройматериалов и некоторых других геологоразведочных скважинах. Такой вид бурения можно успешно применять в комбинации с геологоразведочным бу­рением, для забуривания скважины в начальном интервале, представ­ленном рыхлыми наиболее трудными для бурения с промывкой по­родами.

Физические основы шнекового бурения

Физику процесса шнекового бурения отличают три важных мо­мента: охлаждение породоразрушающего инструмента, транспортирова­ние разрушенной породы на поверхность и закрепление стенок сква­жины поднимаемой породой.

При вращательном бурении неизбежно трение породоразрушаю­щего инструмента о породу и его нагревание: чем быстрее вращение и больше силы трения, тем больше выделяется тепла и сильнее нагре­вается инструмент. При недостаточном охлаждении, т. е. отводе тепла, будет происходить значительный износ инструмента или даже его рас­плавление — «прижог». В шнековом бурении при отсутствии потока очистного агента охлаждение породоразрушающего инструмента про­исходит вследствие отдачи тепла непосредственно породе, эффектив­ность охлаждения обеспечивается высокой скоростью бурения. В твер­дых скальных породах, где скорость бурения низка из-за недостаточ­ного охлаждения инструмента, шнековое бурение не применяют.

Транспортирование разрушенной породы осуществляется по прин­ципу шнекового транспортера. Такие транспортеры для перемещения сыпучих материалов известны давно и широко применяются в раз­личных областях техники: в цементной промышленности, на зерно­вых элеваторах, в сельхозмашинах и в обычной бытовой мясорубке. Как работает шнековой транспортер при бурении скважины?

Шнек состоит из центрального трубчатого стержня, к которому приварена спиральная реборда, представляющая собой винтовую по­верхность. При бурении вертикальных скважин элементарный участок винтовой поверхности может быть представлен как наклонная плос­кость с углом наклона а, в плане представляющая собой диск (рис. 8.25).

Рис. 8.25. Схема динамики подъема частицы породы при шнековом бурении

Частица породы, отделенная долотом, попадает на спираль шнека и начинает вращаться вместе с ним. За счет вращательного движения на частицу действует центробежная сила, отбрасывающая ее от центра вращения. Поскольку движение частицы по радиусу ограничено стен­кой скважины, центробежная сила прижимает частицу к стенке, и со стороны стенки скважины на частицу будет действовать реакция, равная центростремительной силе: Fm = mRw>2, где т — масса частицы; со — час­тота вращения шнека; R — максимальный радиус шнека. На частицу породы также действует сила тяжести G= mg. Вращению частицы вместе со шнеком будет препятствовать сила трения ее о стенку скважины, вызванная центростремительной силой и равная Fc =fcFuc, где f — ко­эффициент трения породы о стенку скважины (порода по породе). Под действием силы трения о стенку частица породы частично или полностью удерживается от вращения, а точка шнека, на которой ле­жала частица, продолжает вращаться, в результате чего возникает отно­сительное перемещение частицы и шнека. Этому перемещению будут препятствовать силы трения частицы о поверхность реборды шнека и составляющая силы тяжести, направленная вниз вдоль спирали (по на­клонной плоскости) шнека. Всего сил, действующих вниз вдоль спирали шнека, три: составляющая веса FG = mg sin а, сила трения от нормаль­ной составляющей веса FulG=fmmgcos а и сила трения от нормальной составляющей (прижимающей частицу к поверхности шнека), силы трения частицы о стенку скважины f’l[C = fmNFc = fmFc sin a = fufcmRm2 sin a.

Вверх по винтовой поверхности шнека действует составляющая от силы трения частицы о стенку скважины, которую можно назвать подъемной Fn = Fc cos a =fmRay2 cos а. Из схемы (рис. 8.26) очевидно, что частица будет двигаться вверх по шнеку, если сила F„ будет больше

б

a

Рис. 8.26. Геометрия витка шнека (а) и кинематика подъема частицы породы при шнековом бурении (б)

суммы СИЛ, препятствующих этому движению /’С1, /’шсь ршс, т. е. ус­ловие транспортирования частицы по шнеку будет составлять

(8.16)

Раскрывая выражение (8.16), получим

fcmRm2 cos а > mg sin a +fiumg cos a + /ш/стЯоз2 sin a,

и, решив его относительно со, получим первое условие транспортиро­вания породы при шнековом бурении:

(8.17)

Эта формула действительна для элементарной частицы, располо­женной на краю реборды на максимальном удалении от центра вра­щения, т. е. на расстоянии К В реальных условиях на реборде одно­временно находится значительное число частиц, часть из которых рас­полагается ближе к центру шнека, т. е. их радиус меньше Л. Кроме того, поскольку они не касаются стенки скважины, их тормозная сила меньше, чем у частицы, прижатой к стенке.

Эти обстоятельства учитываются коэффициентами: к1 = 0,8—0,9 — учитывает уменьшение Ли к2 = 0,9 — уменьшение силы трения. Окон­чательно расчетная формула для подсчета минимально необходимой частоты вращения шнека для подъема породы имеет вид

(8.18)

При использовании этой формулы надо знать свойства и состоя­ние породы, определяющие значения /с, к,, к2. Анализ форму-

лы (8.18) показывает, что для улучшения транспортирования породы шнеком надо стремиться к минимальному значению коэффициента /ш, для чего поддерживать поверхность реборды чистой, ровной и глад-

кой. Лучшее транспортирование породы также будет при больших значениях / и большем Я.

Рассмотрим траекторию частицы породы при ее транспортиро­вании с забоя на поверхность. Винтовая поверхность реборды шнека выполнена таким образом, что угол подъема винтовой линии не одинаков по ширине реборды: больший у стенки центральной тру­бы шнека и минимальный на внешнем краю реборды. Развертка витка шнека показана на рис. 8.26, а. Здесь /г — шаг винтовой спи­рали шнека; г — радиус трубы шнека; Я — наружный радиус реборды шнека; аг = агОД (/г/2яг), ак = аг^ (И/2кЯ). Обычно для буровых шне­ков аг-ая = 7—20°. Схема движения частицы породы при ее транс­портировании шнеком показана на рис. 8.26, б. Абсолютная скорость движения частицы является векторной суммой вращательного движе­ния частицы со шнеком (переносное движение) и относительного дви­жения (скольжения) частицы по шнеку:

Уа = У4 + ¥г,

где уь = (оК — окружная скорость вращательного движения шнека; срЯ — уменьшение скорости вращательного движения частицы за счет ее тор­можения трением о стенку скважины. Как видно из схемы, подъем породы обусловлен наличием положительного угла у между абсолют­ной и переносной скоростями. Значение абсолютной скорости из схемы составляет

уа = соЛвш аДт(а +у). (8.19)

Вертикальная составляющая скорости движения частицы равна уг = соЛ8Й1 авт у/8т(а + у). (8.20)

Из формулы (8.20) следует, что скорость подъема частицы увели­чивается с ростом угла у. Наиболее интенсивный рост вертикальной скорости происходит при значениях угла у до 15°, а ее максимальное значение будет при у= 90°, т. е. при полном отсутствии вращения час­тицы. Однако такого значения у достигнуть нельзя, поскольку с оста­новкой вращения исчезнет центробежная сила, прижимающая части­цу к стенке скважины. Фактическая траектория движения частицы породы при шнековом бурении представляет собой левую спираль с углом подъема у.

Вертикальная составляющая, или скорость транспортирования по­роды, определяет возможности шнекового бурения. Если объем породы, получаемой в результате бурения и подаваемой на спираль шнека (26, будет больше транспортирующей способности шнека 0Ш, то произой­дет уплотнение и слипание породы, образование сальника и пре­кращение транспортировки породы, т. е. создается аварийная ситуация. Отсюда следует еще одно условие шнекового бурения: объем разбу­риваемой породы должен быть меньше или равен объему транспор­

тируемой породы, т. е. (2г, < С?,,- Из этого соотношения можно опре­делить максимально допустимую скорость бурения:

ут = (Л2-г2)К^/(К2К3Я2), (8.21)

где Кх — коэффициент заполнения шнека породой; К2 — коэффици­ент разбуривания скважины, равный 1,1—1,2; Кг — коэффициент раз­рыхления породы, равный 1,2—1,6. Однако воспользоваться этой фор­мулой трудно, поскольку сложно определить вертикальную скорость частицы.

Технические средства для шнекового бурения

В шнековом бурении определяющую роль играет буровой инстру­мент, от которого и произошло название вида бурения. В практике шнекового бурения выделено три разновидности и соответственно три компоновки бурового технологического инструмента:

лонной обычных шнеков;

— бескерновое шнековое бурение осуществляют долотом и ко-

— шнеко-колонковое бурение ведут с использованием магазинного шнека с коронкой и колонны обычных шнеков;

— бурение колонной полых шнеков с использованием съемного керноприем — ника или съемного долота.

При бурении в мягких и рыхлых по­родах применяют двух — и трехлопастные долота режущего типа со спиральными или плоскими лезвиями, армированны­ми твердым сплавом. Для пород средней твердости, где нужна более высокая из­носостойкость, применяют долота округ­ленного профиля со значительно боль­шей насыщенностью твердым сплавом. Основные виды шнековых долот приве­дены на рис. 8.27.

Рис. 8.27. Породоразрушающий инструмент для шнекового бурения: а — спиральное долото для рыхлых пород; б — долото для плотных пород 1ДРШ-М; в — долото для слабых скаль­ных пород (угля); г—коронка для ма­газинного шнека

При шнеко-колонковом бурении и бурении полыми шнеками породоразру­шающий инструмент представлен спе­циальными шнековыми коронками, раз­рушающими породу по кольцевому за­бою режущими лопастями. Обычно коронки имеют от 3 до 6 лопастей, ар­мированных твердым сплавом, с глад­кой или ступенчатой режущей поверх­ностью (см. рис. 8.27, г).

Основой бурового инструмента для шнекового бурения служат буровые шне­
ки, составляющие колонну с непрерывной спиральной ребордой от долота или коронки на забое до поверхности. В зависимости от раз­новидности бурения применяют три основных вида шнеков: обычные, в том числе и утяжеленные, магазинные и полые. Наиболее часто применяют обычные буровые шнеки. Шнек — это труба с навитой на ней спиральной ребордой. Спираль получают путем навивки стальной ленты на специальную винтовую оправку, затем ее надевают на трубу шнека, растягивают вдоль трубы до получения нужного шага и при­варивают. К концам трубы шнека приваривают соединительные эле­менты (рис. 8.28, а). Обычные шнеки различаются размерами по на­ружному диаметру спиральной реборды диаметром трубы шнека, шагом спиральной реборды, общей длиной и устройством соединительных элементов. Для разных буровых установок применяют разнообразные шнеки, отличающиеся размерами и устройством соединений, что часто исключает их взаимозаменяемость (табл. 8.10).

Как видно из табл. 8.10, наружный диаметр шнека составляет 0,88—

0, 95 от диаметра долота, что обеспечивает свободное вращение шнеко­вой колонны и способствует закреплению стенок скважины.

Рис. 8.28. Буровой и магазинный (колонковый) шнеки 29-Соловьев 449

Установка	Диаметр долота, мм	Диаметр шнека, мм	Диаметр трубы, мм	Размер реборды, мм	Шаг, мм	Длина шнека, мм	Тип соединений
КМ-10	64-70	362	25	20×2	50	1240	Резьбовое
УКБ 12/25	76	70	25	23,5×3	55	1000	»>
УПБ-100	105-112	100	42	25×3	60	1000	Шести­
						1500	гранное
УГБ-50М	151	135	73	30×5	100	1500	То же
УГБ-1ВС	198	180	73	53,5×5	125	1500
	250	230	89	70,5×5	167	1500

Кроме обычных шнеков, применяют утяжеленные буровые шнеки, отличающиеся от обычных увеличенной толщиной до 10—16 мм ре­борды, приваренной к трубе двумя швами (сверху и снизу). Как пра­вило, в колонну при встрече валунно-галечных отложений вставляют 2—3 утяжеленных шнека. Утяжеленные шнеки, кроме повышенной прочности, обеспечивают также плавность вращения шнековой колонны.

Соединения обычных буровых шнеков могут быть двух типов — шестигранные замки и резьбовые соединения (рис. 8.28). Наиболее распространены и имеют наибольшие достоинства шестигранные со­единения. При таком типе соединений на одном конце шнека имеется наружный шестигранник с поперечным отверстием, а на другом — внутренний шестигранник с таким же отверстием. При соединении шне­ков в колонну наружный шестигранник входит во внутренний другого шнека, поперечные отверстия совпадают и в них забивают запорный палец. Шестигранное соединение в отличие от резьбового обеспечи­вает точное совпадение спирали реборды одного шнека со спиралью следующего и получение непрерывной спирали по всей колонне шне­ков. Не менее важно то, что при таком соединении шнековую колон­ну можно вращать как вправо, так и налево. Это позволяет легко извлекать шнеки в случае их прихвата породой, а также осуществлять тампонирование скважины, транспортируя при левом вращении по­роду к забою скважины.

Для бурения с отбором ненарушенных образцов породы из от­дельных интервалов скважины на нижнем конце шнековой колонны устанавливают магазинный (колонковый) шнек. Магазинный шнек (см. рис. 8.28, б) состоит из трубы 1, диаметр которой несколько боль­ше, чем у трубы обычного шнека. На наружной поверхности трубы приваривают спиральную реборду с шагом и наружным диаметром, равными обычным шнекам. На нижнем конце магазинного шнека на резьбе навинчена коронка 3, а внутри размещена разъемная гильза 2.

Для бурения с непрерывным отбором ненарушенных образцов съемным грунтоносом или для доставки на забой заряда ВВ без подъема шнеков в скважинах с неустойчивыми стенками при сейсморазведке применяют колонну полых шнеков, у которых за счет увеличения диаметра трубы несколько уменьшена ширина реборды и применены

соединения, оставляющие открытым центральное отверстие трубы. Кроме указанных задач, полые шнеки можно использовать для бу­рения и оборудования с послойным опробованием водоносных го­ризонтов гидрогеологических скважин, при бурении комбинирован­ных скважин для проходки и закрепления интервалов неустойчивых пород с оставлением полой колонны шнеков в качестве обсадной. Особенности конструкции полых шнеков сводятся к устройству их соединений. Для полых шнеков обычно используют фиксированные соединения (шлицевые, кулачковые, восьмигранные и др.), позволя­ющие получить совпадение спирали и осуществить левое вращение. Наиболее характерные соединения полых шнеков приведены на рис. 8.29, б.

Для шнекового бурения используют станки (установки) с подвиж­ным вращателем, поскольку конструкция шнеков исключает исполь­зование станков шпиндельного и роторного типов. Станок должен осуществлять вращение шнеков с частотами от 1 до 5 с ‘, развивать значительный крутящий момент, обеспечивать осевое перемещение шнеков с ходом подачи не менее длины шнеков (1—3 м) и регули­рование осевой нагрузки как вниз дополнительно к весу шнеков, так

а Рис 8.29. Инструмент для шнеко-колонкового бурения: а — шнековая колонна со съемным керноприемником; 6 — соединения полых шнеков

и вверх — бурение с разгрузкой. Учитывая высокие скорости бурения и, следовательно, минимальные затраты времени на сооружение сква­жины, станки шнекового бурения должны обладать высокой транс­портабельностью. Практически для шнекового бурения применяют переносные или самоходные буровые установки (табл. 8.11).

Таблица 8.11. Параметры буровых установок, применяемых для шнекового бурения Параметры Станок Транспорта­ бельность Глубина бурения, м Диаметры скважин, мм Частоты вращения, с-1 Ход подачи, мм Тип подачи Мотобур КМ-10 Переносной 10 70; 105 4,5 1000 Ручная УКБ 12/25 УКБ 12/25с Переносная Самоходная 15 70; 105; 140 1,7-4,5 1200 Механическая с ручным приводом УПБ-ЮОР УПБ-100ГТ2 Переносной Самоходная 25 76; 112 2,1-3,9 1,0-6,0 1200 3500 Гидравлическая УГБ-50М УГБ-1ВС УГБ-1ВСТ » 50 151; 198; 250 1,1-3,3 0,55-8,33 1500 3250 » ЛБУ-50 » 50 198; 250 1,0; 1,8 2,3-5,4 3250 » УРБ-2А-2 » 30 151 2,3-5,4 5200 »

Кроме приведенных в табл. 8.11 для шнекового бурения специаль­ных (взрывных, сейсмониских) скважин, применяют и другие уста­новки: УШ-1Т, УШ-2Т, УШБМ-16, КБУ-15.

Наиболее распространенной и характерной для бурения геолого­разведочных, гидрогеологических и инженерно-геологических сква­жин является установка УГБ-1ВС (УГБ-50М). Привод подвижного вращателя осуществляется от двигателя через коробку передач и вер­тикальный вал, установленный вдоль мачты станка. Подача вращате­ля производится двумя гидроцилиндрами, обеспечивающими плав­ное, в пределах 30—80 кН регулирование осевой нагрузки, а также спуск и подъем шнеков при бурении.

Подъем колонны шнеков из скважины производят планетарной лебедкой, которую можно использовать и для ударно-канатного буре­ния стаканами, желонкой или для работы с обсадными трубами.

Технология шнекового бурения

Выбор технологических решений при шнековом бурении зависит от целей, задач и геологических условий бурения. Назначение скважины и задачи ее бурения определяют выбор разновидности: обычное бескерно — вое, бурение рейсами с использованием магазинных шнеков для эпизо­дического отбора ненарушенных образцов породы, бурение полыми шнеками для постоянного отбора ненарушенных образцов или для до­ставки на забой заряда ВВ. В преобладающем большинстве случаев при­меняют бескерновое бурение, в отдельных случаях — с использованием магазинных шнеков для эпизодического отбора ненарушенных образцов.

Ядром технологии является режим бурения, включающий для шне­кового бурения три параметра: частоту вращения, осевую нагрузку и скорость подачи.

Выбор рациональной частоты вращения определяется двумя преде­лами: нижним, обеспечивающим транспортировку породы (см. фор­мулу (8.18) ), и верхним, ограничивающим частоту вращения появле­нием вибрации шнековой колонны или недостаточностью приводной мощности. Практически во всех случаях увеличение частоты враще­ния улучшает транспортировку породы и повышает скорость бурения. Особенно важно увеличивать частоту вращения при бурении в вязких липких породах. При бурении в плотных и твердых породах необхо­димо снижать частоту вращения во избежание перегрева долота. Реко­мендуемая частота вращения для мягких пород 2,0—3,5 с“1, для плот­ных—1,0—2,0 с1.

Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент определяется диаметром долота и свойствами буримых пород. Как и в других видах бурения она тем больше, чем тверже горная порода. Необходимо учитывать, что при шнековом бурении оценить действительную осе­вую нагрузку, действующую на породоразрушающий инструмент, прак­тически невозможно, поскольку в создании осевой нагрузки, кроме усилия подачи бурового станка, участвуют вес шнеков, вес породы на шнеках и реактивная сила при подъеме породы по шнекам. Послед­ние две составляющие трудно определимы, поэтому управление про­цессом шнекового бурения осуществляется условно регулированием усилия, создаваемого механизмом подачи бурового станка. При не­большой глубине скважины системой подачи создается дополнительная к весу нагрузка в мягких породах до 3—5 кН, в плотных до 10—20 кН, которая уточняется по условию максимально возможной механиче­ской скорости бурения при обеспечении выноса породы. С увеличе­нием глубины скважины, особенно при бурении в мягких породах, вес шнеков транспортируемой породы и реактивная сила становятся боль­ше рациональной осевой нагрузки. В этом случае усилие подачи на­правлено вверх, и бурение ведут с разгрузкой, т. е. усилие подачи разгружает часть веса, а оставшаяся часть обеспечивает осевую нагруз­ку на долото, идет разрушение породы и углубка скважины.

Следующий параметр режима — механическая скорость бурения, которая должна поддерживаться из условия транспортирования поро­ды, т. е. объем разрушаемой породы не должен превышать транспор­тирующей способности шнеков.

Главной положительной особенностью шнекового бурения явля­ется то, что в силу специфики работы шнековой колонны во многих случаях происходит непроизвольное закрепление стенок скважины, затираемой в них породой. Как указывалось, долото и, следовательно, диаметр скважины в призабойной зоне имеет размер на 5—20 мм больше диаметра шнека. Частицы разрушенной породы, поднимаясь по шнекам, частично попадают в зазор между шнеками и стенками скважины и «втираются» в стенки вращающейся ребордой, как бы оштукатуривая стенки, что придает им достаточную устойчивость. Закрепление стенок происходит не только в глинистых породах, но и при бурении любых минимально связных пород и, что особенно важно, при бурении в гравийно-галечных отложениях, где при транспорти­ровке породы мелкая галька «забивается» ребордой шнеков между крупными гальками в стенках скважины, создавая тем самым высо­кую устойчивость стенок. Для всех других видов бурения проходка гравийно-галечных отложений представляет огромную трудность.

Другая особенность шнекового бурения отрицательная — возник­новение вибраций шнековой колонны при недостаточной загружен­ности шнеков поднимаемой породой, особенно с увеличением частоты вращения. Вибрация шнеков недопустима, так как она может приве­сти к поломке соединений шнеков, а также к нарастающей разработке ствола скважины, в свою очередь увеличивающей вибрацию шнеков. Чтобы не допускать вибрацию, нельзя использовать шнеки с несо­осными соединениями, гнутые, с деформированной ребордой. В про­цессе бурения необходимо постоянно поддерживать заполненность шнеков породой путем регулирования скорости бурения. Если вибра­ция все же возникла, необходимо снизить частоту вращения и до­биться заполнения шнеков породой.

Следующая особенность шнекового бурения тоже отрицательная — образование на шнеках «сальников» при бурении в вязких, липких породах. Порода налипает на отдельные участки шнека, а подаваемая снизу порода, натыкаясь на затор, не может транспортироваться, уплот­няет и увеличивает затор — «сальник», размеры которого увеличива­ются в ширину, становясь больше диаметра скважины за счет уплот­нения стенок скважины. Такой сальник не только препятствует про­должению бурения, но и не позволяет извлечь инструмент на повер­хность, т. е. происходит авария, ликвидировать которую при шнековом бурении довольно легко за счет применения левого вращения шнеков (если шнеки имеют не резьбовые соединения), при котором шнеки как бы выкручиваются из сальника. Для предотвращения образования сальников при бурении в вязких породах бурение необходимо вести на максимально возможной частоте вращения, чистить шнеки и при необходимости смазывать поверхность спирали шнеков, не допускать нарушения непрерывности спирали и смятия реборды шнеков. При реальной опасности сальникообразования рекомендуется в скважины подливать небольшое (3—5 л) количество воды.

Последняя особенность шнекового бурения связана с возможно­стью левого вращения шнеков. Кроме надежного и легкого извлече­ния шнеков при прихватах, сальниках, заклинке шнеков валунами, левое вращение шнеков в сочетании с медленным подъемом колонны и подачей на шнеки выбуренной породы позволяет получить полный

качественный ликвидационный тампонаж скважины, при котором вся разрушенная порода подается обратно и заполняет объем скважины.

Геологическое опробование при шнековом бурении может выпол­няться:

✓ непосредственно на устье скважины по породе, выносимой шне­ками в процессе бурения;

✓ с лопасти спирали нижнего шнека при медленном ввинчива­нии его без долота и транспортировке породы с подъемом всей ко­лонны шнеков на поверхность;

✓" с использованием магазинных шнеков;

✓ при использовании шнеко-колонкового бурения со съемным грунтоносом.

Выбор конкретного способа зависит от назначения скважины, тре­бований к точности и качеству геологического опробования и техни­ческих возможностей.

Геологическое опробование по выносимой на поверхность породе имеет минимальную точность, не позволяет определять структуру и строение пород. Однако при таком способе и наличии минимальной геологической информации достигается максимальная производитель­ность бурения. Геологический разрез при этом должен строиться с учетом времени и скорости транспортирования породы каждого вида по шнекам. Теоретически скорость подъема породы и точную привяз­ку поднятой породы к глубине можно определить по формуле (8.20), но практически обычно неизвестны реальные значения коэффициен­тов трения и значения угла спирали траектории движения породы у. Поэтому разрез в таких случаях приходится строить приблизительно. Для повышения точности разреза обычно применяют поинтерваль — ную углубку на 1—1,5 м, после чего вращением шнеков без подачи на поверхность поднимают всю породу с пробуренного интервала. Величина интервала определяет точность полученного геологического разреза. Уточнению разреза при этом методе способствует механиче­ский каротаж, т. е. фиксирование заметных изменений скорости бу­рения, которые соответствуют смене пород, что позволяет достаточно точно определять границы пластав.

Наиболее качественное опробование достигается при использова­нии магазинных шнеков. В этом случае получают образец породы с не­нарушенной структурой, неизмененными механическими свойствами и достаточными для инженерных исследований размерами. Для полу­чения образцов магазинным шнеком каждый раз после углубки на его длину необходимо останавливать бурение и поднимать на поверх­ность всю колонну шнеков, что резко снижает производительность бурения. Для увеличения производительности обычно сочетают бес — керновое бурение с использованием магазинного шнека на отдельных интервалах скважины, где наиболее важно получить качественные об­разцы породы.

Шнеко-колонковое бурение полыми шнеками применяют значи­тельно реже из-за сложности инструмента и малого диаметра образ­
цов породы, обычно недостаточного для инженерно-геологических ис­следований. Главное достоинство этого метода — сочетание высокой производительности с непрерывным отбором образцов породы. Это наиболее перспективный метод, особенно при разведке стройматери­алов и гидрогеологических исследованиях, что подтверждает зарубеж­ный опыт, где шнеко-колонковое бурение колонной полых шнеков получило широкое применение и показывает высокую эффективность.

Расчетный способ определения глубины залегания границы контакта горных пород

Для определения глубины Я (рис. 8.30) контакта суглинка и песка (принято условно) шнековая колонна длиной Я0 холостым вращени­ем очищается от породы. В процессе бурения фиксируются следую­щие величины:

7777ф777777Х777Л(777771?777, Н

7Я77?, {До

•/ Нй — глубина скважины в начале бурения, м;

Я

Я

/ /, и Н — время от начала бурения, через которое транспортируемый шнека­ми суглинок появится на поверхности, и соответствующая глубина скважины (длина шнековой колонны);

-суглинок — песок Рис. 8.30. Расчетная схема

/ /2иЯ2 -время от начала бурения, через которое транспортируемый песок появится на поверхности, и соответству­ющая глубина скважины;

•/ и„ — механическая скорость буре­ния песка, м/ч:

ип=^, (8.22)

где Яш — длина шнека; / — длину шнека:

(8.23)

время углубления скважины в песке на

‘с + ‘п = *2,

где /с —время бурения суглинка мощностью (Я — Я„); /„ — время бурения песка мощностью (Я2 — Я).

SHAPE \* MERGEFORMAT

(8.24) (8.25) (8.26)

Я-Я0

где

механическая скорость бурения суглинка.

Я,-Я0

°е = —Г“*

я, — Я

После подстановки (8.24) — (8.25) в (8.23) получим

(Я-Я„К, Я2-Я,

Я,-Я0 ип •

откуда окончательно

(8.28)

ГГ _ (Я) — Яо)(?2^п — Я2) + Я0/|ЦП

/^п + Яо-Я,

Полученное решение (8.28) позволяет расчетным путем устано­вить глубину залегания границы контакта двух различных горных пород.

Комментарии запрещены.