28.1. Оборудование. Буровой снаряд

Вибрацию снаряда создают с помощью вибраторов, а виб­рацию одновременно с ударными импульсами - под воздействием виб­ромолотов.

Вибраторы и вибромолоты

По типу привода вибраторы и вибромолоты подразделяют на механические, зубчатые, гидравлические, пневматические, электро­магнитные, магнитострикционные и др.

Наиболее распространенными для комплектования вибрацион­ных буровых установок являются механические вибраторы и вибромо­лоты (рис. 28.2). Они основаны на принципе возбуждения центробеж­ных сил при вращении эксцентрично смещенных масс.

Рис. 28.2. Вибрационные машины: а - двухблочный вибратор; б -вибромолот; 1 - пружина; 2 - болт; 3 - корпус вибратора; 4 - эксцен­трики; 5 - валики; 6 - клиноременная передача; 7 - шестерни; 8 - шкив; 9 - электродвигатель; 10 - серьга; 11 - наковальня; 12 - переходник

Рассмотрим простейшую схему и принцип действия двухвального механического вибратора (рис. 28.2, а). Он состоит из корпуса 3, в котором размещены два вала, с экцентриками 4, связанные между собой при помощи шестерен 7 и электродвигателя Р. В нижней части корпуса крепят переходник 12 для подсоединения к бурильной колонне. Вращение от электродвигателя на валы передается через кли­новидные ремни 6, соединяющие шкивы вала электродвигателя с одним из валов вибратора 5.

При включении электродвигателя валы вибратора через зубчатое соединение вращаются в противоположном направлении. Эксцентрики, вращаясь вместе с валами, генерируют центробежные силы. Горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а верти­кальные составляющие суммируются. Максимальная результирующая (возмущающая сила) будет наблюдаться в крайне верхнем и крайне нижнем положении эксцентриков:

F_max = m ² ,

где m - масса эксцентриков, кг; - эксцентритситет, м; - угловая ско­рость, с^-1 .

Кроме возмущающего усилия на эффективность бурения оказы­вает влияние величина амплитуды колебаний:

A_max = 0,1 ,

здесь Q_o - вес эксцентриков, Н; - вес вибратора и бурового снаряда, Н; - коэффициент снижения амплитуды колебаний, = 0,80-0,05.

С увеличением глубины скважины вес снаряда возрастает, ам­плитуда снижается и механическая скорость бурения падает.

Мощность двигателя, расходуемую на привод вибратора, опреде­ляют по формуле

N = kQ_o ,

где k - коэффициент, зависящий от типа вибратора.

Вибромолот (рис. 28.2, б) отличается от вибратора тем, что ме­жду корпусом вибратора и переходником 12 на бурильную колонну ус­танавливают пружинный амортизатор с бойком и наковальню 11. Боек крепят к корпусу вибратора, а наковальню - к плите переходника на бу­рильную колонну.

При действии возмущающего усилия создается не только вибра­ция бурильной колонны, но и удары бойка по наковальне.

Существующие вибраторы и вибромолоты для бурения мягких пород имеют мощность двигателей обычно не превышающую 7 кВт, массу до 500 кг, момент эксцентриков до 25 Нм.

В настоящее время существует большое количество вибраторов и вибромолотов, рассмотрим некоторые из них.

Вибраторы ВГ-6, ВБ-7, БТ-9, В-109, В-500 с жестким креп­лением двигателя на корпусе применяют для бурения скважин -глубиной до 25 м.

Вибраторы ВГ-6, ВБ-7, БТ-9 предназначены для бурения скважин в мягких породах зондами диаметром до 168 мм, глубиной до 25 м. Они могут быть использованы для ликвидации аварий, погружения и извле­чения труб. Вибратор В-109 является усовершенствованной моделью вибратора БТ-9. Вибратор переоборудованный в беспружинный вибро­молот имеет шифр В-500. Вибраторы ВГ-6 и ВБ -7 могут работать и как беспружинные вибромолоты.

Вибраторы ВПМ-1 и ВПМ-2 предназначены для бурения в водо-насыщенных песчаниках и глинистых фунтах зондами диаметром до 100 мм на глубину 20 м.

Электродвигатели с жестким креплением на корпусе вибратора под действием вибрации быстро выходят из строя, поэтому стали вы­пускать вибраторы с передачей вращения от двигателя при помощи гибкого вала (БТ-6, ВДШ-1). Электродвигатель у этих вибраторов устанавливают на площадке автомобиля.

Вибраторы ВО-6, BO-10.BO-I4 для бурения скважин до 50 м вы­пускают с более мощными двигателями (14-28 кВт). Причем для этих вибраторов устанавливают два электродвигателя.

Вибратор ВО-б предназначен для бурения скважин зондами с на­чальным диаметром 168 мм, глубиной 50 м. Вибратор ВО-10 применя­ют как для бурения скважин глубиной до 50 м, так и для погружения и извлечения обсадных труб диаметром 273, 219 и 168 мм, длиной, соот­ветственно, 30, 40 и 50 м. Вибратор ВО-14 служит для извлечения и по­гружения труб диаметром 325 и 366 мм.

Для снижения энергии при вибробурении и увеличения диапозона глубин разработаны и внедрены погружные вибраторы типа ВП-8.

Из вибромолотов наиболее широкое распространение получили:

- пружинные вибромолоты с жестким креплением двигателя на ударной плите с одноблочным вибратором (ВМГ-7) и с двублочным вибратором (С-402 А, С-833, С-834, С-835, ВМ, ВМ-7У, ВМ-56, ВБЛ-ЗМ). Эти вибромолоты в основном применяют для погружения и извлечения обсадных труб;

- беспружинные вибромолоты (ВБ-7, ВГ-6 и ВГ-8);

- вибромолоты с гибким валом (ПВБ-3, ВМГУ-6).

Из числа вибровращателей в настоящее время наиболее перспек­тивными являются вибраторы типа ЛГИ-1, ЛГИ-2.

Для вибрационного бурения в основном используют установку типа ВБ-2М, смонтированную на автомашине ГАЗ-66 с генератором мощности 25 кВт и вибромолотом- ВБ-7 с возмущающей силой 35 кН. Для вибровращательного способа применяют установку АВБ-3, смонтированную на базе автомобиля ЗИЛ-131. Рабочие органы - ротор и виб­ромолот ВБ -7М.

Буровой снаряд

Б уровой снаряд для вибрационного бурения состоит из виброзонда, грунтоноса, виброжелонки (рис. 28.3) и колонны буриль­ных труб диаметром 42, 50,63,5 или 73 мм.

В

Рис. 28.3. Породоразрушающие инструменты для вибрационного бурения: а – виброзонд;б - виброжелонка; 1 - башмак; 2 - корпус; 3 - резьбовой конус; 4 –клапан

иброзонд (рис. 28.3, а) аналогичен стакану при ударно-канатном бурении и представляет трубу 2 диаметром 60-219 мм и длиной 0,5-3,0 м с переходником в верхней и башмаком 1 (рабочим кольцом) в нижней части. Обычно применяют зонды диаметром 100— 150 мм. В связи с трением посту­пающей в зонд горной породы о стенки зонда и нарушением вслед­ствие этого структуры керна ми­нимальный диаметр зонда должен быть не менее 60 мм. Для умень­шения трения породы о зонд тол­щина стенки башмака должна быть на 2-4 мм больше толщины стенки зонда. Режущую кромку башмака либо подвергают закалке, либо армируют наплавочным твердым сплавом. Скос лезвия башмака для более плотных пород наружный, для рыхлых - внутрен­ний. Угол скоса составляет от 15 до 60°. При бурении в валунно-галечниковых отложениях приме­няют башмаки с зубьями.

Для бурения устойчивых связных пород служат зонды с од­ной продольной прорезью и углом выреза 140-160°, в менее устойчи­вых – угол выреза 90-140° или с двумя прорезями. При длине труб 3 м делают несколько прорезей.

Для бурения слабосвязных грунтов применяют зонды без проре­зей с клапанами 4 в башмаке (виброжелонки) или в верхней части (грунтоносы). Для облегчения извлечения породы применяют разъемные зонды. Грунтоносы и желонки (рис. 28.3,6) для вибробурения такие же, как и для бурения ударно-канатным колонковым способом.