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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.06.2024

Просмотров: 113

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Развитию вибрационного метода проходки скважин в за­ рубежной практике в немалой степени способствовал ряд пе­ реведенных на иностранные языки советских публикаций. В со­ циалистических странах советский опыт использовался более широко; в ряде капиталистических стран этот опыт учитывался, но развитие приобрело специфические особенности, состоящие

.в том, что превалирующее значение приобрели виброустройства с большой частотой колебаний (более 3000 кол/мнн), тогда как вибромолоты по существу не получили развития.

В число социалистических стран, занимающихся вопросами использования виброметода для проходки скважин, входят Че­ хословакия, Польша, Румыния, ГДР.

Сведения о создании первых вибрационных установок в Че­ хословацкой Социалистической Республике относятся к 1958— 1960 гг. Известно, что примерно в это время в г. Брно на базе •трехосного автомобиля была разработана виброустановка ВС-ВЗС-1, на которой был использован вибровозбудитель пер­ воначально конструкции П. Ф. Пальянова, а затем собствен­ ной конструкции.

Значительное внимание чехословацкие специалисты уделяют вопросам расчета вибромеханизмов и отбора образцов при виб­ робурении. Отмечая преимущества вибрационного бурения Йозеф Хрди [102] указывает, что оно дает возможность сокра­ тить практически совершенно ненарушенным макроскопиче­ ский внешний вид образца и основные его структурные харак­ теристики, что не может быть обеспечено при использовании какого-либо другого способа бурения.

В Польской Народной Республике вибрационные (ударно-

.вибрационные) механизмы первоначально были разработаны для забивки и извлечения свай и труб (ВС-ЗА, ВС-6 ). В после­ дующем были созданы вибромолоты ВС-8 В, ВС-9, предназначен­ ные для неглубокого зондировочиого бурения (до 15 м) в мяг­ ких породах, для забивки и извлечения заземлений и труб диа­ метром 50 мм, длиной до 15 м. Приводом вибромолота ВС-8В ■служит установленный на пружинах бензиновый двигатель мощностью 7 л. с. Вибромолот имеет устройство для пере­ стройки с забивки на выбивку труб. Указанная перестройка занимает не более 15 мин.

В Геопроекте (г. Варшава) на базе вибромолота ВС-8В и самоходного автомобиля разработана виброустановка АВ-1 для бурения неглубоких скважин в мягких породах. Эта установка успешно использовалась р Геопроекте, обеспечивая высокое ка­ чество геологической документации. Механическая скорость бурения составляет 1,3 м/мин [103].

Адам Германски и Адам Полак [101] сконструировали вибро­ возбудитель, предназначенный для бурения скважин на глу­ бину до 10 м в осадочных нескалытых породах. Вибровозбуди­ тель развивает максимальное вынуждающее усилие 40 000 Н.

:34


'Опытными образцами его, изготовленными в Нефтяном институ­ те, были пробурены скважины с механической скоростью от 0,05

до 0,5 м/мин.

Особенно интенсивные работы по внедрению вибробуровых установок начаты в последнее время в Социалистической Рес­ публике Румынии. Об этом, в частности, свидетельствует и зна­ чительное количество публикаций, на эту тему, появившихся в

румынской периодической печати [99, 104, 106, 107,

108,

116].

По данным Пэунеску, на металлургическом комбинате

для

бурения скважин использовался

внбровозбудитель

ВЕ-1. Мо-

.мепт его дебалансов изменяется

от 57 до

280 кг-см, скорость

вращения дебалансов — от 1000 до 2800

об/мин.

С помощью

указанного вибровозбудптеля зонды диаметром 80 мм погружа­

лись

на глубину до 16 м, скорость погружения при этом дости­

гала

6 м/мин. Из других вибровозбудителей

серии BE

пред­

ставляет

интерес модель ВЕ-3 с приводной

мощностью

1,7—

• 3,5 кВт,

моментом дебалансов 3,2—35 кг-см

и весом до

90—

150кг.

ВРумынии для производства вибробурения в ряде случаев

используется буровая установка АВБ-3-100. Модель вибратора к этой установке имеет следующие параметры: момент дебалан- •сов 100 кг • см, скорость вращения 980 об/м'ин, мощность дви­ гателя 4,5 кВт. В последующем была изготовлена модель вибро­

погружателя

(беспружинного

вибромолота) ѴЕ-3 с

парамет­

рами: моментом дебалансов

34

кг • см, скоростью

вращения

'900 об/мин,

мощностью привода

1,7 кВт и весом 100

кг. С на­

званной установкой может быть также использован вибровоз­ будитель ѴРЕ-1. Он имеет следующие параметры: момент де­ балансов 240 кг • см, скорость вращения 1100 об/мин, общий вес 700 кг, механическая скорость вибробурения скважин глуби­ ной от 6 до 12 м составляла (в зависимости от пород и приме­ няемых наконечников) 0,1—3 м/мин и более [99].

В работе [99] приводится также нормальный ряд вибромо­ лотов, предназначенных для бурения скважин различной глу­ бины и диаметра.

В Германской Демократической Республике также начата работа по освоению вибрационного метода проходки скважин. ‘В частности, народным предприятием «Шпециальайзенгитссеран унд Машиненфабрик нормхаузен» на базе автомобиля создана комбинированная буровая установка SKB-50, которая позво­ ляет проходить скважины несколькими способами, в том числе

ивибрационным.

Вкапиталистических странах работы по внедрению вибро­

бурения носят в основном эпизодический характер. Имеются све­

дения, что подобные работы проводятся в США,

Франции,

ФРГ и др.

вклад в развитие

вибрационного

метода в

Значительный

'США внес А. Г.

Бодайн. Последним

запатентован

ряд кон­

85


струкций внбромеханизмов различного целевого

назначения,

в том числе для бурения скважин

в скальных

и нескальных

породах.

в США занимались также

Исследованиями вибробурения

И. Е. Сеидерс [ПО—112] и другие исследователи. Для вибро­ бурения донных морских отложений И. Е. СеНдерсом исполь­

зовался

вибратор

ВТ-31 с вынуждающим

усилием

3420—

9000 Н, скоростью

вращения дебалансов 3600 об/мин и

весом

45 кг.

 

 

 

 

 

фирмой

Для вибробурения на звуковых частотах в США

«Зонико»

разработай комплекс оборудования. Он

представ­

ляет

собой самоходную установку

на

базе

автомобиля

с мач­

той,

внбровозбуднтелем, приводом

и

бурильными

трубами.

Три опытные впбробуровые установки проходили испытания а районах Колорадо и Нового Орлеана. На двух установках в качестве источника энергии применяют двигатель автомобиля. На третьей установке для этой цели установлен отдельный двигатель. Для привода вибровозбудптеля используют гидро­ двигатель мощностью 100 л. с. Вибровозбудитель смонтирован на мачте. Его спускают и поднимают с помощью цепной пе­ редачи. Бурение скважин ведется без вращения снаряда ц промывки. Использован центробежный вибровозбудитель на­ правленного действия. Пневматический поршневой амортиза­ тор предохраняет от вибрации корпус вибратора и мачту уста­ новки. К нижнему концу вибровозбудителя присоединяют бу­ рильные трубы. Скорость вращения дебалансов может регу­

лироваться от 70 до 100 кол/с. Подача инструмента

осуществ­

ляется вручную. Диаметр скважины составляет 95 мм.

 

В США также успешно проводятся работы по использова­

нию вибрационных устройств для извлечения

обсадных труб

из глубоких скважин.

устройства

исполь­

В Англии и Голландии вибрационные

зуются для бурения скважин с морского

дна.

Вибрационная-

установка для этой цели включает в себя два пневматических вибровозбудителя с суммарным вынуждающим усилием около-

80 000 Н. Диаметр бурильной колонны

составляет

168,2

мм,

максимальная глубина бурения

30 м.

Испытания

установки

дали положительные результаты.

Установка обеспечила

эф­

фективную проходку скважин на глубину 12,5—18 м при удов­ летворительном качестве отбираемых образцов грунта.

Английской фирмой «Калвелд» электрические вибропогру­ жатели (в частности, BP-Мюллер) успешно используются для погружения и извлечения обсадных труб диаметром до 1,5 м и длиной 18—24 м [100].

Во Франции виброустройства нашли применение для погру­ жения и извлечения обсадных труб, а также непосредственно для бурения скважин. В частности, фирмой «Лойре» создан специальный агрегат, рабочим механизмом которого служит

86


вибратор «Аутофонсеуз» с проходным отверстием диамет­ ром 650 мм. Этот вибропогружатель состоит из четырех виброблоков, укрепленных на цилиндрическом корпусе, охватываю­ щем погружаемый элемент. Каждый блок приводится в дей­ ствие от гидромотора мощностью 16 л. с. Вибратор может возбуждать как чисто продольные, так и крутильные колеба­ ния регулируемой частоты (от 160 до 1460 кол/мин) [109]. Был реализован также ряд других предложений по использованию

впброустройств для проходки скважин в рыхлых

породах [97].

В ФРГ

фирмой «Ердбохрер ре Рате» был сконструирован

станок

с

погружным пневмомолотом для отбора образцов

грунта.

Станок оснащен ударным механизмом для

бурения во­

доносных пород, а также поверхностным пневмомолотом для забивки обсадных труб. Известны и другие виброустройства,

созданные в ФРГ.

Эффективное внедрение в строительство различных вибро­ погружателей, в частности \М , Ѵ-2 и др., фирмы «Митцубиси», позволяет предполагать, что и в Японии будут начаты работы по использованию виброустройств для бурения скважин [117].

Приведенный краткий анализ зарубежных работ в области использования вибромеханизмов для бурения скважин пока­ зывает, что интерес, проявляемый к этим устройствам, не яв­ ляется случайным. Он еще раз подтверждает выводы совет­ ских специалистов о том, что применение вибромеханизмов повышает производительность труда и снижает стоимость буре­ ния скважин.

 

ВИБРОМАШИНЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

 

 

Конструкции и параметры вибромашин,

предназначенных

для буровых работ, значительно отличаются

друг от

друга.

Статический

момент

дебалансов

колеблется от

0,5

до

7,0 кг-м,

скорость

вращения

дебалансов — от

800

до

2000 об/мин, вес — от 50 до 2000 кг. Такое различие в парамет­ рах объясняется главным образом тем, что каждая виброма­ шина предназначена для выполнения определенных задач. В соответствии с этими задачами вибромашины по назначе­ нию условно можно разделить на две группы:

1) безударные вибропогружатели и вибромолоты малой мощности, предназначенные для бурения скважин в нескальных грунтах; к этой группе относятся вибромашины, имеющие мощ­ ность двигателей не. более 7 кВт, момент дебалансов до 2,5 кг-м

и вес до 500 кг; 2 ) безударные вибропогружатели и вибромолоты повышен­

ной мощности, предназначенные для погружения и извлечения обсадных труб; к этой группе относятся вибромашины, имеющие мощность двигателей до 20 кВт, момент дебалансов до 7,0 кг-м и вес до 2000 кг.

87


Вибромашины для ликвидации аварий в большинстве случаев (за исключением специальных конструкций) не имеют специфи­ ческих особенностей, которые существенно отличали бы их от вибромашин для бурения. Поэтому вибромашины для ликвида­ ции аварий в отдельную группу не выделяются.

Вибромеханизмы, используемые для бурения скальных грун­ тов, как правило, не являются самостоятельными машинами, они входят в виде специальных узлов в вибровращательные уста­ новки.

Центробеленые вибровозбуднтели состоят из корпуса, внут­ ри которого размещен один или несколько валов с дебалансами,, и двигателя. В зависимости от количества, взаимного располо­ жения и соотношения скоростей вращения дебалансов вибро­ возбудители могут возбуждать: направленные и ненаправлен­ ные колебания; вертикальные, горизонтальные, крутильные, ком­ бинированные или какие-либо другие колебания; симметричныеили асимметричные колебания.

Двигатель может присоединяться к корпусу вибровозбуднтеля жестко на пружинах либо вообще выноситься в сторону; в последнем случае крутящий момент передается через гибкий вал либо механическим способом посредством ведущей шести­ гранной или квадратной штанги. В вибромолотах двигатель может встраиваться непосредственно в корпус ударной части. При упругом или раздельном креплении к корпусу вибровозбу­ дителя двигатель предохраняется от вредных вибраций и ударов.

Для привода вибромашин обычно используют трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Реже применяют бензиновые двигатели, гидро- и пневмодвига­ тели, а также электродвигатели постоянного тока.

Основным недостатком вибромашин с электрическим приво­ дом обычного типа является малая продолжительность работы электродвигателей. Быстрый выход из строя электродвигателей обусловлен наличием значительных инерционных нагрузок, недо­ статочной механической, масло-, влаго- и термостойкостью изо­ ляции обмоток статора, перетиранием и замыканием выводных концов от обмоток, упругим прогибом вала ротора и др. По­ этому предпочтительными в качестве привода вибромашин яв­ ляются виброудароетойкие электродвигатели.

Все вибромашины делятся на две принципиально отличные группы: на безударные вибрационные и ударно-вибрационные (вибромолоты). Вибромолот включает в себя вибровозбудитель, двигатель, наголовник (ограничитель) и пружины со стяжными болтами. Вибромолоты также подразделяются на пружинные и беспружинные.

По способу закрепления на колонне труб вибромашины раз­ деляются на торцовые и так называемые горловые. В виброма­ шинах горловой конструкции имеется центральное отверстие

88