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

Значительное уменьшение стандартного отклонения с увели­ чением И, являющееся следствием снижения степени неодно­ родности грунта, свидетельствует о том, что рассматриваемая случайная функция существенно нестационарна. Стационарной ее нельзя считать и на отдельных участках (в пределах по­ ставленного эксперимента). Очевидно, эта функция не обладает

Рис. 24. Реализации центрированной случайной функции ѵ'и =[(Н):

1 — неслучайная функция для оценок математических ожиданий; 2 — неслучайная функция вида (148).

также и эргодическим свойством, и, следовательно, по одной скважине оценить основные характеристики случайного процес­ са невозможно.

Близкое совпадение опытных точек с их аналитическими апроксимациями свидетельствует о том, что принятая модель может рассматриваться как соответствующая процессу вибро­ бурения.

Если в качестве исходных принять выражения (147) и (148), а также предположить, что для фиксированного значения Н ѵм' распределена по нормальному закону, то скорость вибро­ бурения может быть определена по формуле

(149)

где кроме принятых ранее обозначений Е — постоянная величи­ на, зависящая от условий бурения; Ко— коэффициент, зави­ сящий от доверительной вероятности (при р = 0,997, Ко = 3).

Формула (149) может рассматриваться в качестве некоторой математической модели ударно-вибрационного бурения. Из раз­ личных классов статистических моделей указанная модель наи­ более близка к модели авторегрессии. Существо последней осно­

70

вывается на эмпирическом предположении, что значение вели­ чины случайной функции в определенный момент зависит от прошлого развития и наложенного на нее случайного возмуще­ ния, которое не связано с прошлым [87]. В рассматриваемом случае закономерность изменения ѵм' связана с изменением глубины скважины Н и наложением случайного возмущения, обусловленного неоднородностью грунтов.

м/мин

Формула (149) позволяет дать вероятностный прогноз ско­ рости бурения при различной глубине скважины. Она также позволяет вычислить максимальную глубину, которая может быть достигнута при вибробурении. Для выявленных ранее значений коэффициентов \D, С\ и Е с вероятностью 0,68 можно ожидать, что процесс углубки приостановится при Н = 45 м, с вероятностью 0,32 — при Я = 26 м.

Представляет интерес вопрос о характере процесса вибро­ бурения в других грунтовых условиях, в том числе при нали­ чии в разрезе неодинаковых по крепости грунтов.

На рис. 25 показано 9 реализаций случайной функции им'= —ҢН), полученных при бурении скважин в лёссовых грунтах II—III категорий виброагрегатом АВБ1М в районе г. Брянска. График сходен с представленным на рис. 24.

Возможности дальнейшего исследования скорости вибробу­ рения как случайного процесса не исчерпываются изложенным.

71

В частности, большой интерес может представить изучение корреляционной функции этого процесса, его спектральный ана­ лиз и т. д. Такое исследование позволит глубже изучить основ­ ные закономерности вибробурения.

Влияние диаметра зонда на механическую скорость бурения

Теоретические кривые зависимости механической скорости ударно-вибрационного бурения от глубины скважины для зон­ дов различных диаметров (см. рис. 20) показывают, что в на­ чале бурения (при малой глубине скважины) диаметр зонда мало влияет на скорость углубления. Более того, из рис. 20 сле­ дует, что при использовании зонда диаметром, например 108 мм, скорость углубления будет даже меньше, чем если начать буре­ ние зондом диаметром 127 мм.

Для проверки этого вывода на некоторых площадках в гг. Москве, Ярославле было проведено опытное бурение. Зна­

Таким образом, опыт также свидетельствует о том, что уве­ личение скорости бурения при уменьшении диаметра зонда про­ исходит только при глубине скважины более 4 м. В начале буре­ ния с уменьшением диаметра зонда скорость падает. Эта зако­ номерность обусловлена уменьшением коэффициента передачи энергии от ударника к зонду при снижении веса последнего. Поэтому с целью достижения большей скорости бурения углуб­ ление скважины следует начинать зондами большего диаметра, постепенно переходя на зонды меньшего диаметра. Такая тех­ нология позволяет также облегчить и ускорить производство спуско-подъемных операций.

72

Неоднократная опытная проверка полностью подтвердила эффективность указанной технологии бурения. В настоящее время она подтверждена теоретически и используется повсе­ местно.

Влияние степени углубления I наконечника в грунт на скорость бурения

Если учесть, что площадь бокового сцепления грунта с зон­ дом определяется по формуле (124), то выражение (122) мо­ жет быть записано в виде

Сравним зависимость (150) с соответствующей ей зависи­ мостью, полученной из опыта. Если окажется, что вид эмпириче­ ской функции h = f(l) для кривой (или семейства кривых), по­ лученной из опыта, будет соответствовать виду этого выражения, то это даст возможность утверждать, что оно правильно отра­ жает существо происходящего процесса.

На рис. 26 показаны опытные и соответствующие им эмпири­ ческие кривые для двух способов погружения грунтоноса ГІ\-3: ударно-вибрационного и ударного. В обоих случаях грунтоносы погружались в суглинки полутвердой и тугопластичной конси­ стенции. Для ударно-вибрационной забивки грунтоноса исполь­ зовался тот же вибромолот БТ-9, свободно сбрасываемый на инструмент с некоторой высоты.

Величина погружения грунтоноса за один удар определя­ лась путем замера расстояния между кольцеобразными риска­ ми, оставляемыми внутренним буртом грунтоноса на отбираемом образце грунта. Расстояние между рисками замерялось через каждые 5 см. Всего было проведено более 500 замеров. Для каждого значения величины наполнения грунтоноса породой U вычислялась среднеарифметическая величина /г*. Кривые 1 и 2 на рис. 26 представляют собой графики, построенные по. средне­ арифметическим точкам.

73

Графики показывают, что наблюдается почти полное совпа­ дение опытных и эмпирических кривых, а вид функций для эмпирических кривых соответствует выражению (150). Отме­ ченное соответствие наблюдается и для других случаев погру­ жения наконечников, например для забивки зондов виброудар­ ным станком УБВ-ЗА [11].

Л г.м

Рис. 26. Зависимость углубления грунтоноса ГК-3 за один удар в лёс­ совые суглинки от степени его углубления в грунт:

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЙСОВОЙ СКОРОСТИ УДАРНО-ВИБРАЦИОННОГО БУРЕНИЯ

Изучение основных закономерностей изменений рейсовой ско­ рости ударно-вибрационного бурения представляет большой практический интерес. Разработка обоснованных норм выра­ ботки и цен иа вибробурение может быть произведена только на основе этих закономерностей. С ними связано .также реше­ ние ряда технологических задач, в частности, задачи об опреде­ лении оптимальной длины рейса.

Влияние глубины скважины на рейсовую скорость бурения

На рис. 27 (кривая 1) представлена корреляционная зави­ симость рейсовой скорости бурения скважин в глинистых грун­ тах вибромолотом ВБ7 от глубины скважины, построенная по данным хронометражных наблюдений в ряде центральных рай­ онов страны. Зависимость свидетельствует о том, что глубина скважины существенно влияет на рейсовую скорость. Уже на глубине 10 м величина рейсовой скорости снижается более чем

74

в 4 раза по сравнению с рейсовой скоростью на глубине 2 м, однако при последующем увеличении глубины скважины рейсо­ вая скорость снижается незначительно, и на глубине 20 м она только в 1,3 раза ниже, чем на глубине 10 м.

Установим, соответствует ли опытная зависимость, пред­ ставленная на рис. 27, теоретической. Влияние основных фак-

В знаменатель формулы (152) входит слагаемое іс= а-\-ЬН, представляющее собой аналитическое выражение зависимости затрат времени на спуско-подъемные операции от глубины сква­ жины. В рассматриваемом случае предполагается, что эта за­ висимость линейная. На рис. 28 представлен опытный график указанной зависимости (по хронометражным наблюдениям

75