РЯЗАНОВ АН ВИМОГИ ДО ВІДБОРУ ПРОБ БІБЛІОТЕКА
Тема магістерської роботи: "Дослідження гідроприводного забивного бурового снаряда для відбору проб ґрунтів при інженерно-геологічних дослідженнях" Науковий керівник: доцент, к.т.н.Рязанов О.М. Рязанов А. Н. Дисертація на здобуття ступеня кандидата технічних наук на тему "Розробка гідропривідного забивного снаряда для буріння інженерно-геологічних свердловин на шельфі." - 255 с. (10 - 14 с.)
Основним завданням інженерно-геологічного буріння є вивчення геологічного розрізу та відбір зразків ґрунту з метою виявлення його складу, стану та фізико-механічних властивостей. Це визначає ряд специфічних вимог до випробування в процесі спорудження свердловин, які істотно відрізняються від корисних копалин, що пред'являються при пошуку та розвідці.
При геологорозвідувальному бурінні безпосереднім об'єктом вивчення є тіло корисних копалин, потужність якого, як правило, у багато разів менша за всю протяжність свердловини. Для його проходження застосовують спеціальний режим буріння. Буріння поза вказаними межами строго не регламентується і може здійснюватися без відбору керна. При інженерно-геологічному бурінні спеціальний режим поширюється на всю свердловину. З метою вивчення геологічного розрізу по всій глибині відбирають керн, яким визначають основні структурні, текстурні та інші особливості ґрунту: послідовність у заляганні шарів, потужність, положення контактів, наявність включень, гнізд, примазок, тонких прошарків, консистенцію і водоносність. Додаткові інженерно-геологічні показники стану та властивостей масиву гірських порід: щільність, зчеплення, кут внутрішнього тертя, модуль деформації визначають за зразками непорушеної будови — монолітами,відбору яких необхідне застосування спеціальних пристроїв та результатів натурних геотехнічних випробувань.
Відповідно до вимог чинного ГОСТу 12071-84 "Грунти. Відбір, упаковка, транспортування та зберігання зразків" і набули широкого поширення рекомендацій, розроблених Виробничим та науково-дослідним інститутом з інженерних досліджень у будівництві (ПНДІІС) спільно з провідними організаціями в області інженерів при відборі моноліту не допускається порушення складання ґрунту. При відборі монолітів із свердловин за допомогою ґрунтоноса без застосування спеціальних засобів, що виключають тертя між ним та монолітом, максимальна довжина рейсу для піщаних та пилувато-глинистих ґрунтів не повинна перевищувати 0.7 м.
Ґрунтоноси повинні забезпечувати відбір монолітів з природною вологістю діаметром, достатнім для вирізування зразків ґрунту з розмірами, що визначаються наявним обладнанням для випробування ґрунту. Нині мінімальний діаметр компресійних кілець, використовуваних щодо лабораторних випробувань, становить 50 мм. При цьому слід враховувати наявність порушеної перифірійної зони моноліту, товщину якої приймають рівною 10 мм для піщаних і пилувато-глинистих ґрунтів з показником плинності менше 0.75, 5 мм - для пилувато-глинистих ґрунтів за показниками плинності більше 0.75.
Висота моноліту має бути не менше його діаметра. Для відбору монолітів при інженерно-геологічних дослідженнях використовують такі способи занурення ґрунтоносів: обурюючий, вдавлюваний, забивний і вібраційний. Великий обсяг експериментальних досліджень, виконаних у різних розвідувальних інститутах та організаціях, дозволив визначити сферу застосування наведених способів занурення. Обурюючим ґрунтоносомпроводиться відбір монолітів щільних та середньої щільності піщаних ґрунтів, глинистих ґрунтів твердої та напівтвердої консистенцій. Вдавлюваний спосіб занурення ґрунтоноса застосовується для відбору монолітів пухких пісків, а також глинистих ґрунтів напівтвердої, тугопластичної, м'якопластичної, текучепластичної та текучої консистенцій. І, нарешті, моноліти глин з коефіцієнтом пористості менше 1.1, суглинків - менше 0.9, супісків - менше 0.7 при показнику консистенції, що не перевищує 0.75, рекомендується відбирати за допомогою забивного та вібраційного ґрунтоносів.
Так як інформативність є вирішальним фактором при оцінці способу занурення ґрунтоноса, необхідно визначитися з тим, який спосіб: забивний або вібраційний, кращий для відбору проб нескельних ґрунтів при бурінні свердловин в морських умовах. Численними вітчизняними та зарубіжними дослідженнями встановлено, що при відборі монолітів зі свердловин у будь-який спосіб відбувається деяка зміна не лише зовнішнього стану ґрунту, а й його фізико-механічних властивостей. У роботах наголошується, що на властивості ґрунту впливає дуже велика кількість факторів, серед яких є такі, які пов'язані з параметрами способу занурення. Для пристроїв, що реалізують енергію удару: вібраційних та забивних ґрунтоносів та пробовідбірників, це насамперед частота ударів.
Різними організаціями проводилися спеціальні дослідження та порівняльні випробування для визначення ступеня відповідності вібраційного та забивного способів занурення вимогам інженерної геології.
При вібраційному бурінні зондом діаметром 100 - 108 мм, за даними Ленінградського інституту інженерів залізничного транспорту (ЛІІЖТ), ґрунт ущільнюється від 0 до +0.3 г/см3. За даними НДІОСП, зразки ущільнюються на 0.03г/см3. МГРІ та Гідропроект зазначають, що ґрунт, навпаки, розущільнюється на 0.13 г/см3, а Ленінградський гірничий інститут та Північно-Західне геологічне управління вказують, що розущільнення не перевищує 0.03 г/см3. При цьому природна вологість ґрунту не змінюється.
Характеризуючи забивний спосіб відбору монолітів ґрунтоносами діаметром 100 мм Фундаментбуд зазначає, що спостерігається збільшення коефіцієнта пористості на 2 - 3%. За даними ЛІІЖТ, ущільнення ґрунту по суті не відбувається. Південдіпроводгосп встановив, що щільність ґрунту при забивному способі в середньому підвищується на 7 - 9%. Вологість зразків також змінюється.
Аналіз досліджень процесів, пов'язаних із відбором проб, показує, що у багатьох випадках при вібраційному зануренні механічні властивості ґрунту зазнають менш істотних змін, ніж фізичні. На думку С.С.Сулакшина та І.Г.Шелковникова, зростання частоти генерованих ударів призводить до більшого перерозподілу рідкої та твердої фаз, а можливо і перерозподілу легких та важких елементів. На те, що при вібраційному способі елементи важких фракцій більше, ніж при забивному, схильні до міграції звертає увагу В.С.Владиславльов та С.С.Хворостовський. Це пояснюється тим, що при вібраційному зануренні весь снаряд піддається впливу сили, що обурює, як єдине ціле і як наслідок цього впливає всією своєю внутрішньою поверхнею на пробу, що знаходиться в керноприймальній трубі. На принципі зміни положення важких мінералів та збагачення ними нижчих шарів засновано дію збагачувальних пристроїв: концентраційних столів, відсаджувальних машин, віброконцентраторів.
Таким чином, з двох способів занурення пробовідбірника в ґрунт кращим є низькочастотний (з частотою ударів небільше 1 Гц) - забивний. Які відбираються зі свердловини з його допомогою моноліти забезпечують максимальну відповідність властивостей грунту властивостям шарів геологічного розрізу.
Буріння інженерно-геологічних свердловин у морських умовах має суттєву відмінність від сухопутного внаслідок прямої залежності від гідро- та метеорологічних факторів, що призводить до різкого подорожчання бурових робіт. Тому має місце тенденція максимального прискорення процесу спорудження свердловини. Вітчизняний та зарубіжний досвід геологорозвідувального та інженерно-геологічного буріння на морі показує, що найбільш продуктивним способом буріння глибоких свердловин на континентальному шельфі морів та океанів є обертальний за технологією з використанням ССП. Наявність вертикальних переміщень плавоснования ускладнює процес відбору проб і негативно позначається на цілісності моноліту. Якщо більшість конструкцій обурювальних і вдавлюваних ґрунтоносів і пробовідбірників, що широко застосовуються як на суші, так і на морі, дозволяє без особливих труднощів пристосувати їх під прийняту технологію обертального буріння морських свердловин, то надійних пристроїв, що реалізують забивний спосіб буріння, і використовуються в умовах вертикальних переміщень плавгрунтування для отримання представницької проби, практично немає, та їх розробка є актуальним завданням.
Враховуючи вимоги, що пред'являються до випробування, та особливості буріння морських інженерно-геологічних свердловин, можна сформулювати вихідні вимоги, які необхідно покласти в основу розробки принципової схеми забивного пробовідбірника. Забивний пробовідбірник повинен: