Под вибрационным бурением понимается способ, при котором процесс бурения осуществляется путём передачи породоразрушающему инструменту вибрационных или виброударных нагрузок. Эти нагрузки совмещены с осевым усилием, которое создаётся весом инструмента и вибропогружателя. Различают два вида вибрационного бурения: чисто вибрационное и виброударное. В первом случае инструменту сообщают синусоидальные колебания, во втором – ударные нагрузки высокой частоты. Для создания таких колебаний используются вибраторы и вибромолоты. Основоположниками вибробурения в отечественной практике являются профессора Баркан Д. Д. , Ребрик Б. М. Значительный вклад в развитие техники и технологии вибробурения внесли Ефремов М. Г. , Матросов В. М. Вибробурение применяют при проходке мелких скважин (до 25 – 30 м) в мягких породах (I – IV категория) при проведении инженерно-геологических изысканий, а также с целью разведки полезных ископаемых. Достоинства вибрационного бурения: отсутствие вращения бурового снаряда; отсутствие промывки скважины; нет необходимости создавать дополнительную осевую нагрузку; обеспечение 100% выхода не нарушенного керна.
Недостатки: малая глубина бурения; узкая область применения (в зависимости от крепости горных пород). 1 6 2 3 3 7 4 5 Схема 2 -х вального вибратора 1 – эл. двигатель; 2 – корпус вибратора; 3 – шестерни (шестерённый синхронизатор); 4 - дебалансы (эксцентрично расположенные грузы); 5 – переходник на бурильные трубы; 6 – клиноремённая передача; 7 – вал дебалансов Валы дебалансов связаны с корпусом вибратора. Дебалансы, вращаясь в противоположные стороны синфазно с равной угловой скоростью, генерируют центробежные силы. Горизонтальные составляющие этой силы взаимно уравновешиваются, а вертикальные - складываются. Величина максимального возмущающего усилия определяется по формуле: где m – суммарная масса F 1 F F F 2 дебалансов, кг. с2/см; ω – угловая скорость, с-1; ε – смещение центра тяжести дебалансов относительно оси вращения (эксцентриситет), см.
Эффективность вибрационного бурения в значительной степени зависит от массы вибропогружателя, момента эксцентриков, частоты и амплитуды колебаний. С возрастанием амплитуды скорость бурения увеличивается. Величина амплитуды колебаний определяется по формуле: где Q 0 ε - момент эксцентриков, к. Гс. см; Q 0 –вес эксцентриков, к. Гс; ∑Q – суммарный вес вибрируемых частей (вибратора и бурового инструмента), к. Гс; φ – коэффициент снижения амплитуды колебаний за счёт демпфирующих сопротивлений, φ = 0, 80 -0, 85; ε – эксцентриситет. С увеличением глубины скважины возрастает вес инструмента. Кроме того, увеличивается его упругость. За счёт этого амплитуда колебаний ПРИ снижается, понижается скорость бурения. Поэтому глубина скважин поверхностными вибраторами не превышает 25 – 30 м. Вибромолот представляет собой вибратор, в колебательную систему которого введен ограничитель колебаний (наголовник-боёк с наковальней). При этом ограничитель либо совсем не связан с вибратором, либо связан с помощью пружин и стяжных болтов. При наличии ограничителя колебаний корпуса вибратора боёк 3 при движении вниз наносит удар по наковальне 4, которая жестко связана с погружаемым инструментом.
2 9 1 2 3 1 – эл. двигатели; 2 – дебалансы; 3 – ударная плита с бойком; 4 - плита с наковальней; 5 – переходник на бурильные трубы 6; 7 – стяжные болты; 8 – демпфирующие (амортизационные) пружины; 9 – вал эл. двигателя. В качестве привода на вибромолоте часто используются два эл. двигателя, закреплённых на ударной плите. На концах валов двигателей находятся дебалансы. 8 4 5 7 6 СХЕМА ВИБРОМОЛОТА При работе эл. двигателей их валы строго синфазно вращаются в разные стороны, что создаёт направленные вверх и вниз колебания, в результате чего боёк начинает наносить удары по наковальне. Во время забивки труб при отскоке вибромассы вверх (после удара) пружины вызывают вибрационные колебания трубы вверх. При последующем ударе труба подаётся вниз, т. е. имеет место как вибрационное так и ударное действие вибромолота, чем его работа и отличается от работы обычного вибратора. При этом сила удара вниз превышает усилие, передаваемое вверх на трубу через пружины. Для извлечения бурильных или обсадных труб вибромассу (молот) и наковальню меняют местами.
Важной отличительной особенностью вибромолота является возможность изменять число ударов вибромассы в кратное число раз от числа оборотов дебалансов. В зависимости от подбора параметров и от величины зазора между молотом и наковальней можно получить, например, при 2900 об/мин дебалансов 2900, 1450, 725 и т. д. ударов в минуту бойка. При уменьшении количества ударов возрастает сила отдельных ударов и величина отскока вибромассы. Вращающиеся дебалансы являются как бы источником энергии, которая накапливается в вибромассе за несколько оборотов их, а отдаётся трубе за один удар. Скорость бурения поверхностными вибропогружателями дебалансного типа непрерывно снижается по мере углубления скважины. Это изменение содержит в себе как закономерный, так и случайный характер. Закономерное изменение скорости обусловлено увеличением длины упругого бурильного вала. В меньшей степени воздействуют многочисленные случайные факторы (температура, влажность, индивидуальные особенности работы бурильщика и т. д. ). Ребриком Б. М. была установлена зависимость скорости бурения от глубины скважины: где V – скорость бурения, м/час; Н – глубина скважины, м. Согласно этой формуле, предельная глубина виброударного бурения с поверхностным вибропогружателем не превышает 36 м. Вибрационное бурение более глубоких скважин можно осуществлять только с помощью погружных вибраторов.
В этом случае вибромеханизм находится непосредственно над породоразрушающим инструментом, скорость бурения с увеличением глубины скважины мало снижается. Погружной вибратор (вибромолот) опускается в скважину на кабель-канате, что исключает применение бурильных труб и ускоряет спуско-подъёмные операции. Установки для вибрационного бурения Для бурения скважин вибрационным методом используются специализированные буровые установки, основным рабочим органом которых является вибратор или вибромолот. Обычно это самоходные установки, смонтированные на автомобиле или тракторе. Техническая характеристика некоторых установок для вибрационного бурения приведена в таблице. Параметры Тип установки ВБУ-ГАЗ-63 СВУ-55 АВБ-2 М 20 20 - 50 15 - 20 73 - 146 127 – 273 108 - 168 Тип вибропогружателя Вибратор В-500 Вибраторы: ВБЛ 3; ВО-6; ВО-10 Вибратор ВБ-7 Возмущающая сила вибропогружателя, к. Гс 3500 1500 - 9200 3500 Мощность генератора, к. Вт 15 28 25 ГАЗ-63 Трактор ДТ-55 ГАЗ-66 Глубина бурения, м Диаметр скважин, мм Транспортная база
Наибольшее распространение в настоящее время получила установка АВБ-2 М, которая серийно выпускается заводом им. Воровского. В качестве вспомогательного способа бурения может быть применён ударно - канатный на глубину до 40 м. Смонтирована установка на автомобиле ГАЗ-66 повышенной проходимости. Во время транспортировки буровой инструмент и принадлежности укладываются на платформу машины. Наличие в составе буровой установки вибратора ВБ-7, который может работать и в режиме вибратора, и в режиме вибромолота, позволяет бурить скважины и вибрационным, и виброударным способом. В качестве породоразрушающего инструмента для вибробурения используются: виброзонд, грунтонос и виброжелонка. Винтовой подъёмник Двигатель автомобиля ГАЗ -66 Эл. генераторпост. тока Планетарная лебёдка БЛОК-СХЕМА УСТАНОВКИ АВБ-2 М Эл. двигат. вибратора ВБ-7 Вибратор Буровой снаряд
Буровая установка АВБ -2 М Смонтирована на шасси автомобиля ГАЗ -66.
Лебёдка агрегата предназначена для выполнения СПО, удержания вибропогружателя в подвешенном состоянии, проведения ударно-канатного бурения и других технологических и подсобных операций. Лебёдка планетарного типа, выполнена по схеме «барабан – водило» , имеет два ленточных тормоза. Винтовой подъёмник предназначен для подъёма и опускания мачты. Он имеет индивидуальный привод от эл. двигателя через червячную передачу. Подъёмник представляет собой систему, состоящую из винта и неподвижной гайки. Он может приводиться в действие и вручную с помощью съёмной рукоятки. Чтобы ввести вибромолот в оптимальный (или нужный для нас) ударный режим, необходимо отрегулировать величину зазора путём натяжения или ослабления пружин. Мощность, расходуемая вибромолотом, ориентировочно может быть определена по формуле: где N – мощность, к. Гс. м/с. Известно большое количество вибраторов и вибромолотов, используемых для бурения скважин или для погружения и извлечения обсадных труб.
Скачать презентацию Под вибрационным бурением понимается способ при котором процесс
Вибраторы_АВБ-2М.ppt