Файл: Ребрик Б.М. Вибрационное бурение скважин.pdf

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ

УДАРНО-ВИБРАЦИОННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ОТ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

В задачу экспериментальных и опытно-производственных исследований входила проверка основных выводов теории и изучение наиболее важных закономерностей изменения механи­ ческой и рейсовой скоростей вибробурения в зависимости от глубины и диаметра скважины, длины рейса, свойств грунтов. Опытно-производственные исследования включали в себя хронометражные наблюдения за процессом вибробурения в различ­ ных организациях, экспериментальное бурение в однородном разрезе, определение механической скорости впбробурения с последующей оценкой (на пробуренных участках) физико-ме­ ханических свойств грунтов.

Влияние глубины скважины на механическую скорость бурения

На рис. 20 представлена корреляционная зависимость ме­ ханической скорости бурения от глубины скважины при раз­ личных диаметрах используемых наконечников. Зависимость построена по данным хронометражиых наблюдений за процес­ сом бурения скважин агрегатом АВБ1М в районе г. Ярославля.

Коэффициент ki уменьшения площади сцепления наконечни­ ка с грунтом для всех размеров зондов принят равным 0,72 (угол выреза 100°). Коэффициент k2 уменьшения силы сцепле­ ния наконечника с грунтом за счет наличия выступов по на­ ружному и внутреннему диаметрам принят равным 0,80.

Для бурения использовались бурильные трубы с наружным

случаев был принят равным 1,2, т. е. Рпр вычислялось по фор­ муле Дцр= 1,2 Р„; коэффициент восстановления скорости уда­ ра R был принят равным 0,5 (для удара закаленной стали по стали). Значения Rn и /„ для соответствующих глубин бурения брались из СНиП II—Б. 5—62, /г0/2 принято равным 0,0013 м [71]. Ошибка в оценке величины Іг0/2 приведет к незначитель­ ному смещению теоретической кривой по оси ординат вверх или вниз.

Формула (123) позволяет вычислить мгновенную скорость бурения. При проведении хронометражных наблюдений замеря­ лась средняя механическая скорость за рейс. Ориентировочно было принято, что это значение скорости соответствует поло­ вине длины рейса.

Рис. 20. Зависимость средней за рейс механической скоро­

,2,80

Рис. 20. свидетельствует об удовлетворительной степени со­ впадения опытных точек с теоретическими кривыми и, следо­ вательно, подтверждает правомерность предложенной модели процесса у'дарно-вибрационного бурения грунтов.

График, представленный на рис. 21, построен по данным хронометражных наблюдений за процессом бурения скважин виброустанов'кой ВБУ-ГАЗ-63 в районе г. Москвы. Для буре­ ния использовались зонды диаметром. 108—168 мм. Проходи­ мые породы представляли собой песчано-глинистые грунты II—

66

Эмпирическая кривая для рис. 21 имеет вид

Рис. 21. Зависимость средней за рейс механической скорости ударно-ви­ брационного бурения глинистых грунтов вибромолотом В-500 от глубины скважины (график построен автором по данным хроиометражиых наблю­ дений В. Г. Кардыша и Е. В. Никитина):

J — линия регрессии, построенная по опытным точкам; 2 — кривая, соответствующая выражению (145).

где ом' в м/мин; Н в м и также подтверждает предположение ■об изменении скорости ударно-вибрационного бурения обратно

3* 67

Учет случайной составляющей при оценке зависимости механической скорости бурения от глубины

Все приведенные выше соотношения имеют детерминирован­ ный характер: определенному заданному значению глубины скважины (или любого другого аргумента) соответствует толь­ ко одно значение скорости бурения. Однако наблюдения пока­ зывают, что изменение скорости содержит в себе не только за­ кономерный, но и случайный элемент. Колебания скорости обусловлены неоднородностью свойств разбуриваемых грунтов, а также воздействием множества других случайных факторов- (температуры и влажности воздуха, индивидуальных особенно­ стей работы буровых мастеров и т. д.). Поэтому крайне жела­ тельно разработать такую методику расчета скорости бурения,, которая позволяла бы вычислять не только среднее ее значение при определенной глубине скважины, но и давала бы представ­ ление о возможных колебаниях этой скорости.

С целью оценки основных закономерностей изменения слу­ чайной составляющей скорости рассмотрим ударно-вибрацион­ ное бурение как случайный процесс. В принципе для этой цели может быть привлечен аппарат регрессионного анализа, но его возможности более ограничены (в частности, на его основе не может быть выявлена внутренняя структура процесса).

В идеальном случае реализацией указанного процесса будет непрерывная кривая мгновенной механической скорости буре­ ния, записанная для каждой отдельно взятой скважины. В ре­ альных условиях произвести запись мгновенной скорости вибро­ бурения затруднительно. Поэтому механическую скорость опре­ деляют для дискретных участков скважины путем деления ве­ личины интервала бурения на время, затраченное на его про­ ходку. В этом случае получают среднее значение скорости бу­ рения ѵм', соответствующее определенному значению глубиныскважины Н, численно равному расстоянию от поверхности: земли до середины интервала. Графики им/= /(Я) будут пред­ ставлять собой в данном случае вычерченные для каждой сква­ жины ломаные линии. Для получения необходимого исходногостатистического материала на одной из площадок в районе г. Ярославля внброагрегатом АВБ1М было пробурено 14 одно­ типных скважин глубиной 15—20 м. Среднеарифметическоезначение длины рейса L соответствовало 1,13 м.

На рис. 23 изображено 14 реализаций случайной функции vM'=f(H). Кружками обозначены точки, соответствующие для определенного значения аргумента среднеарифметическому значению случайной функции. За величину интервала аргумен­ та, через который вычислялись среднеарифметические значения, принят 1 м. Этот интервал примерно соответствует частоте замеров скорости. Жирной линией показана апроксимацня не­ случайной функции для оценки математического ожидания.

68

В предыдущем разделе был установлен вид детерминиро­ ванной зависимости скорости бурения от глубины скважины. Для указанного вида функции методом наименьших квадратов

Ѵ^,м/иш:

значена неслучайная функция вида (147).

искались значения коэффициентов .D и Сь которые оказались равными 2,84 и 0,47 (при этом Я в м, а ѵи' в м/мин). Таким образом, выражение (145) может быть записано в виде

На рис. 24 показана центрированная случайная функция vM'=f(H). Тонкими линиями показаны ее реализации, жирной линией 1 — неслучайная функция для оценок математических ожиданий; жирными линиями 2 — апроксимация, найденная то­ же по методу наименьших квадратов, для среднеквадратичных отклонений а. Аналитическое выражение для кривых 2 соответ­ ствует

69