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

применять бурильные трубы диаметром не менее 63,5 мм. Опыт Мосгоргеотреста и Уральского геологического управления пока­ зывает, что вибрационным способом возможно бурить скважины глубиной до 35—55 м. Важнейшим условием успешного бурения таких скважин является забуривание их зондом возможно боль­ шего диаметра (273 или 219 мм), перекрытие неустойчивых

Рис. 52. Схема устройства для создания реак­ тивного усилия при вдавливании грунтоносов в буровых скважинах.

интервалов обсадными трубами, периодическое проворачивание колонны бурильных труб вручную (по часовой стрелке).

Если грунтовые условия, в которых производится бурение скважин, не позволяют использовать вибрационный способ погружения грунтоносов (например, вследствие ограничений, накладываемых ГОСТом 12 071—72), для отбора монолитов следует применять вдавливающий способ. Все виброустановки и в том числе агрегат АВБ2М каких-либо устройств для их якорения (с целью восприятия реактивного усилия при вдавлива­ нии грунтоносов) не имеют. Для этой цели автором совместно с А. Т. Фоминым и Д. Н. Луневым предложено специальное якорное устройство (рис. 52). Оно состоит из корпуса, вклю­

141

чающего две коіщеитрично расположенные трубы: наружную Г и внутреннюю 2. На наружной трубе укреплены ролики 3. В полости между наружной и внутренней трубами размещены, валы 4. Верхняя часть валов может быть выполнена с гранями под ключ. На валах неподвижно и эксцентрично закреплены ножи 5. Против ножей в наружной и внутренней трубах имеются соответственно щелевидные отверстия 6'.

Принцип работы следующий. Устройство спускают в сква­ жину и, поворачивая валы 4, выводят эксцентричные ножи 5 через щелевидные отверстия 6. При этом ножи внедряются в грунт. Далее производят оснастку талевой системы (аналогич­ ную системе давильных роликов при задавливании обсадных труб лебедкой станка). При включении лебедки устройство передает реактивное усилие от вдавливаемого в грунт грунто­ носа через эксцентричные ножи грунту. По окончании вдавли­ вания, вновь поворачивая валы, убирают эксцентричные ножи в щелевидные отверстия 6. После этого устройство извлекают из скважины.

Устройство изготовлено и используется в УралТИСИЗе. Очевидно, чтобы использовать его, скважина должна иметь не­ сколько больший диаметр, чем наружный диаметр грунтоноса. При диаметре грунтоноса 127 мм скважина должна иметь диа­ метр 168 мм.

АВАРИИ ПРИ ВИБРОБУРЕНИИ И МЕРЫ ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ И УСТРАНЕНИЮ

Основными видами аварий при вибробурении являются: при­ хват снаряда на забое, развинчивание бурильных труб, обрыв кабеля, обрыв каната, поломки вибропогружателя и др.

Если обнаружено, что в процессе вибробуреиия происходят частые прихваты снаряда, необходимо уменьшать длину рейса, продолжительность непрерывного вибрирования снаряда сокра­

в работу вибропогружателе. Выключать его следует только после того, как снаряд начал свободно извлекаться из скважины.

В случае если прихват все же произошел, первоначально необходимо отключить вибропогружатель и, переключив лебедку на первую передачу, рывками попытаться извлечь снаряд. При безуспешности этой операции снова переключить лебедку на третью передачу и, включив вибропогружатель, попытаться «расходить» снаряд, осаживая его вниз и поднимая вверх. Если и это не удается, нужно развернуть снаряд и обурить прихва­ ченный зонд наконечником большого диаметра. Если по оценке бурового мастера все отмеченные операции потребуют много времени, целесообразно оставить зонд в скважине (зафиксиро­

142

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ И ОТБОР ОБРАЗЦОВ

ПРИ ВИБРОБУРЕНИИ

ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ и и н ж е н е р н о -г е о л о г и ч е с к о й и н ф о р м а ц и и п р и б у р е н и и с к в а ж и н

Основной задачей бурения скважин и, в частности, вибро­ бурения является получение сведений о геологическом строении изучаемого района, необходимых для последующего проекти­ рования и строительства. Чем в большей степени эти сведения будут соответствовать природным, тем качественнее и надежнее будет проведено проектирование и строительство. Ошибочные сведения о грунтах, заложенные в проект, могут в последующем привести к аварии.

При инженерно-геологических исследованиях качество буре­ ния может рассматриваться в следующих четырех аспектах:

а) точность отражения природного геологического и гидро­ геологического разреза;

б) степень сохранения ненарушенного сложения отбираемых образцов (монолитов) для последующего изучения состава и физико-механических свойств грунта;

в) точность получаемых данных при проведении в буровых скважинах различных опытных работ;

г) степень изменения свойств массива в целом за счет созда­ ния в нем искусственных пустот и каналов, образуемых буро­ выми скважинами.

При вибробурении в большинстве разновидностей грунтов обеспечивается весьма высокая точность отражения природного геологического разреза. Даже нерегламентироваиный, т. е. ни­ чем не ограниченный, режим вибробурения позволяет устанав­ ливать литологические границы проходимых пород с весьма высокой точностью. В этом отношении вибробурение имеет не­ сомненные преимущества перед всеми другими способами про­ ходки скважин [40, 46, 73]. Наряду с этим вибробурение дает

144

возможность получить ствол скважины, пригодным для качест­ венного определения инженерно-геологических свойств грунтов почти всеми известными полевыми методами. Наконец, с по­ мощью вибромеханизмов можно обеспечить проведение качест­ венного уплотнения грунта при засыпке скважины. Для оценки вибробурения как способа бурения инженерно-геологических скважин наибольший интерес представляет вопрос о точности отражения природного геологического разреза и о влиянии без­ ударного вибрационного и ударно:вибрационного воздействий на физико-механические свойства грунта в отбираемых образ­ цах (монолитах).

Известно, что процесс инженерно-геологического бурения включает два вида работ, различающихся как по технологии производства, так и по используемым буровым наконечникам: это собственно бурение (углубление) скважины с целью геологи­ ческой документации и проведения различных опытных работ и отбор монолитов с целью определения (в лабораторных усло­ виях) физико-механических свойств грунта. Технические сква­ жины (из которых отбираются монолиты) составляют от 20 до 40% всех инженерно-геологических скважин.' В первом слу­ чае бурение ведется обычным породоразрушающим инструмен­ том (зондами, стаканами), а технология углубления устанав­ ливается исходя из требования качественного проведения гео­ логической документации и достижения возможно большей скорости бурения. Во втором случае в качестве инструмента используются специальные устройства — грунтоносы, а выбор технологии обусловлен необходимостью получения образцов с наименьшим нарушением природного сложения грунта (длина рейса уменьшается до 0,3—0,6 м, сокращается время забивки грунтоноса и т. д.).

ТОЧНОСТЬ ОТРАЖЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ПРИ ВИБРОБУРЕНИИ

Точность фиксации глубины залегания слоев грунта является важнейшим составным элементом комплекса факторов, в сово­ купности определяющих геологическую и инженерно-геологи­ ческую информативность способа бурения скважин. Особенно большое значение имеет точное отражение сложного разреза, в котором прослеживаются слои и прослои разной мощности и значительно различающиеся по физико-механическим свойствам.

Следует отметить, что до последнего времени методики оценки точности способов бурения геологоразведочных и инже­ нерно-геологических скважин не существовало. Более того, в само понятие «точности» разными исследователями вклады­ вался различный смысл. Строгое определение «точности» при­ менительно к бурению инженерно-геологических скважин также отсутствовало. Этот пробел в литературе был восполнен иссле-

145

. дованиями Л. И. Куника. Основываясь на идеях, высказанных Д. Н. Башкатовым, Л. И. Куник совместно с автором разрабо­ тал теоретические основы оценки эффективности и информатив­ ности существующих способов бурения нескальных грунтов, предложил четыре количественных показателя оценки точности и провел широкие экспериментальные исследования по опреде­ лению этих критериев для различных способов бурения*. Иссле­ дованию подверглись следующие основные способы бурения инженерно-геологических скважин: вибрационный, ударно­ канатный кольцевым забоем (забивной), колонковый «всухую», медленновращательный (породоразрушающим инструментом для ручного бурения), шнековый рейсовый и шнековый поточ­ ный. Очевидно, что результаты этих исследований представляют несомненный интерес и для нашего случая, поскольку говорить о точности вибробурения безотносительно к другим способам бурения и проходки шурфов бессмысленно. В число количест­ венных показателей точности включены: среднее значение вели­ чины отклонения положения контакта между слоями грунта по сравнению с его истинным положением (устанавливаемых по шурфу, искусственному или естественному обнажению) х\ •среднеквадратичное отклонение а; показатель неполноты отра­ жения разреза /Сп, представляющий собою отношение числа пропущенных при бурении слоев к общему числу пересеченных слоев; средняя мощность одного пропущенного слоя т„. При оценке точности фиксации слоев при бурении Л. И. Куником учитывалось также соотношение слоев по плотности и состояние извлекаемого керна (в виде столбика грунта, в виде кусков и комков грунта, в виде шлама). Для соотношения слоев по плотности выделено три случая: I — верхний слой более плотный; II — слои примерно равной плотности; III — нижний слой более плотный. Таким образом, понятие «точности отражения разреза» тем или иным способом бурения понимается как комплексная оценка, включающая в себя несколько количественных харак­ теристик.

Исходя из изложенных представлений, в течение 1970— 1971 гг. были проведены опытно-полевые исследования. Они со­ стояли в следующем. На заранее выбранных площадках со сравнительно пестрым разрезом проходились шурфы с весьма точным и тщательным описанием геологического разреза по каждому шурфу. Выделение слоев и контактов производилось по ясно выраженным, не вызывающим сомнения признакам (литологическим, генетическим, по изменению окраски грунтов)'. Геологические разрезы по шурфам рассматривались в каче­ стве эталонных. В непосредственной близости от шурфов про-

* См. кандидатскую диссертацию Л. И. Куника «Исследование эффек­ тивности различных способов бурения инженерно-геологических скважин в нескальных грунтах». М., ПНИИИС, 1972.

■146