Совершенствование технологии и технических средств сооружения скважин в песчаных и глинистых грунтах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.14, кандидат технических наук Поварницын, Сергей Викторович

  • Поварницын, Сергей Викторович
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2013, Томск
  • Специальность ВАК РФ25.00.14
  • Количество страниц 179
Поварницын, Сергей Викторович. Совершенствование технологии и технических средств сооружения скважин в песчаных и глинистых грунтах: дис. кандидат технических наук: 25.00.14 - Технология и техника геологоразведочных работ. Томск. 2013. 179 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Поварницын, Сергей Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ 1-1У КАТЕГОРИИ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние технологии бурения наклонных и горизонтальных скважин в горных породах ¡-IV категории по буримости

1.2. Исследование взаимодействия породоразрушающего инструмента вращательно-раскатывающего действия с грунтом

1.3. Анализ методов определения деформационных и силовых показателей взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой 1-1У категории по буримости

1.3.1. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

1.3.2. Анализ математических моделей взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

1.4. Выводы и задачи исследования

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методы экспериментального исследования взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

2.1.1. Метод экспериментальных исследований

2.1.2. Метод подготовки образцов грунта

2.1.3. Метод лабораторного определения прочностных и деформационных свойств грунта

2.1.4. Метод определения скоростей полей деформаций

2.1.5. Метод математической обработки результатов эксперимента

2.2. Метод математического моделирования процесса взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

2.2.1. Напряженное состояние в трехмерной декартовой системе координат

2.2.2. Деформации

2.2.3. Закон упругости

2.2.4. Анализ математических моделей грунта

2.2.5. Упругопластическая модель грунта

2.2.6. Метод конечных элементов

2.2.7. Уравнения движения

2.3. Метод оптимизации

2.4. Метод полиномиальной интерполяции

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

3.1. Определение количества измерений

3.2. Определение деформационных и прочностных свойств грунта

3.3. Исследование силовых показателей взаимодействия конусного элемента с грунтом

3.4. Исследование характера деформационного процесса в грунте

3.5. Разработка и обоснование математической модели

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМЕТРИИ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ВРАЩАТЕЛЬНО-РАСКАТЫВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ НА СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ

4.1. Исследование влияния осевого положения уплотняющих элементов ПРИ вращательно-раскатывающего действия на силовые характеристики бурения скважин в грунте

4.2. Исследование комплексного влияния параметров уплотняющих элементов и винтовой спирали ПРИ на силовые характеристики бурения скважин в грунте

4.3. Разработка метода расчета породоразрушающего инструмента

4.4. Разработка программы-макрос

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Акт внедрения

Приложение Б. Оборудование и материалы

Приложение В. Испытания грунта методом компрессионного сжатия

Приложение Г. Испытания грунта методом одноплоскостного среза

Приложение Д. Уравнение для определения параметров ПРИ без выемки

грунта

Приложение Е. Уравнение для определения параметров ПРИ с

интегрированным грунтоносом

Приложение Ж. Текст программы-макрос

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология и техника геологоразведочных работ», 25.00.14 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии и технических средств сооружения скважин в песчаных и глинистых грунтах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время существует необходимость в бурении наклонных и горизонтальных скважин в горных породах 1-1У категории по буримости (далее - грунтах). Область их применения включает геологоразведочные, инженерно-геологические, геофизические скважины, а также технические скважины для последующей прокладки трубопроводов и коммуникаций.

При бурении скважин в грунтах наибольшее распространение получил способ вращательного бурения. Повышение эффективности сооружения наклонных и горизонтальных скважин заключается в совершенствовании технологии бурения и породоразрушающего инструмента, а также в разработке метода расчета породоразрушающего инструмента (ПРИ) вращательно-раскатывающего действия для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах.

Значительный вклад в развитие способов сооружения наклонных и горизонтальных скважин внесли работы ученых: Б. И. Воздвиженского, В. С. Владиславлева, С. С. Сулакшина, Н. В. Соловьева, Б. М. Ребрика, И. С. Афанасьева, А. С. Волкова, К. Л. Ларина, Ф. А. Шамшева, А. С. Юшкова, К. В. Иогансена, П. П. Бородавкина, И. И. Мазура, Ю. И. Спектора, Б. Ф. Белецкого и др. В этой области много сделали научные институты, ВУЗы и предприятия: ВНИИСТ, РГУНГ им. И. М. Губкина, ТПУ, УГТНУ и др.

Существует большое разнообразие способов и реализующих их устройств для бурения наклонных неглубоких скважин в грунтах. Данные способы достаточно эффективны и широко используются, но не лишены недостатков, к которым относятся: необходимость закрепления скважин в неустойчивых слабых грунтах, незначительная глубина бурения, высокие энергозатраты, низкая скорость бурения, трудоемкость вспомогательных

операций, большое количество спуско-подъемных операций, низкое качество получаемой геологической информации.

Наиболее перспективным способом бурения горизонтальных скважин является горизонтально-направленное бурение (ГНБ). Однако, способ ГНБ имеет ряд ограничений, главным из которых является высокая стоимость работ за счет использования бурового раствора. Увеличение эффективности ГНБ достигается за счет многоэтапного расширения скважины, бурения пилот-скважин с противоположных площадок, использования ПРИ вращательно-раскатывающего для бурения пилот-скважины и последующего ее расширения.

Совершенствование ПРИ невозможно без совершенствования метода расчета силовых и деформационных параметров его взаимодействия с грунтом.

Решению комплекса вопросов, связанных с проблемой определения параметров силового взаимодействия ПРИ с грунтом, посвящено большое количество исследований, о чем свидетельствуют работы В. Ф. Горбунова,

A. Ф. Эллера, В. В. Аксенова, А. Н. Зеленина, Н. Г. Домбовского, Ю. В. Ветрова, О. Д. Алимова, В. П. Горячкина, В. Lapos, D. N. Chapman, М. Marshall, Г. Г. Болдырева и др [2, 16, 21, 26, 27, 78, 79].

Экспериментальные исследования по определению силовых характеристик и деформационных процессов в грунтах в области восстановления трубопроводов бестраншейным способом проведены

B. Lapos [109]. Экспериментальное исследование деформационных процессов, возникающих в результате взаимодействия щитового проходческого агрегата с грунтом, выполнено D. N. Chapman и М. Marshall [104, 113].

Вопросам моделирования деформационных процессов в грунтах посвящены работы В. В. Алешина, В. Е. Селезнева, Г. Г. Болдырева, G. Lacey, Е. Susila, S. I. Woo, D. Sheng, J. Walker [97, 105, 110].

Несмотря на значительный объем исследований, выполненных авторами, на сегодняшний день нет общего подхода к решению проблемы расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия, а использование существующих методов не представляется возможным, так как данные методы не в полной мере отражают всю сложность деформационного и силового процесса взаимодействия составных элементов ПРИ с грунтом при бурении скважины.

Данная работа является актуальной, так как направлена на совершенствование способов бурения наклонных и горизонтальных скважин, а также на разработку метода расчета силовых характеристик ПРИ вращательно-раскатывающего действия, возникающих в результате его взаимодействия с грунтом.

Идея работы. Идея работы заключается в создании нового метода расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия, основанного на экспериментальных исследованиях и математическом моделировании деформационного и силового взаимодействия элементов ПРИ с грунтом и позволяющего совершенствовать технологию и технические средства сооружения скважин.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности сооружения скважин в песчаных и глинистых грунтах за счет совершенствования технологии бурения скважин и метода расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия.

Объектом исследования является ПРИ вращательно-раскатывающего действия для бурения скважин.

Предмет исследования - выявление закономерностей деформационного и силового взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом.

В соответствии с поставленной целью в работе предусматривается решение следующих задач:

- анализ способов бурения горизонтальных и наклонных скважин в грунтах с целью выявления их преимуществ и недостатков;

- анализ ПРИ вращательно-раскатывающего действия, используемого для бурения неглубоких скважин в слабых и неустойчивых грунтах без закрепления стенок;

- разработка математической модели взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом;

- разработка метода расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия;

- экспериментальная проверка силовых параметров взаимодействия опытного образца ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом и сравнение с результатами математического моделирования;

- определение зависимости силовых параметров процесса бурения скважин в грунте ПРИ вращательно-раскатывающего действия от его геометрических параметров и режимов работы;

- выявление зависимости деформационных процессов в грунте от геометрических параметров элементов ПРИ вращательно-раскатывающего действия.

Методы исследований. С целью достижения поставленных задач в работе использовались следующие методы исследований: научное обобщение опыта сооружения наклонных и горизонтальных скважин; метод численного анализа; экспериментальные исследования, методы планирования и обработки экспериментальных данных; метод определения скоростей полей деформаций в грунте, методы оптимизации.

Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью ПЭВМ с использованием пакета прикладных программ. Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Достоверный расчет силовых характеристик ПРИ вращательно-раскатывающего действия может быть выполнен при использовании

метода, основанного на разработанной математической модели, воспроизводящей процесс силового взаимодействия ПРИ с окружающим грунтом.

2. Научный анализ деформационного и силового процесса взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом, выполненный на базе экспериментального исследования и математического описания, позволил установить зависимость силовых характеристик бурения скважины от геометрических параметров ПРИ.

3. Разработанная программа-макрос для оптимизации геометрических параметров ПРИ вращательно-раскатывающего действия позволяет эффективно и с высокой степенью точности определять оптимальные параметры геометрии в зависимости от режима работы силового оборудования.

Достоверность и обоснованность научных положений обеспечивается удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования и экспериментальных данных. Научная новизна:

- экспериментально определены силовые показатели взаимодействия конусного элемента ПРИ с грунтом. Установлена зависимость усилия вдавливания конусного элемента от угла раскрытия конуса, которая описывается уравнением полиномиального вида;

- экспериментально определены скорости полей деформаций в грунте для конусных элементов диаметром 100 мм с углом раскрытия конуса 120, 90, 60°;

- разработан новый метод расчета силовых характеристик взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом на основе математической модели, воспроизводящей процесс силового взаимодействия ПРИ с окружающим грунтом;

- установлены оптимальные геометрические параметры ПРИ

вращательно-раскатывающего действия. Установлены зависимости

9

осевой реакции и момента вращения ПРИ вращательно-раскатывающего действия от его геометрических параметров, которые описываются уравнениями полиномиального вида. Практическая ценность работы заключается в том, что на основании выполненных теоретических и экспериментальньк исследований:

- разработан и предложен для практического использования метод расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия;

- разработана программа-макрос для расчета и оптимизации геометрии ПРИ вращательно-раскатывающего действия;

- разработан лабораторный стенд для определения силовых и деформационных показателей взаимодействия элементов ПРИ с грунтом.

Личный вклад автора. Лично автору принадлежат практически все результаты, изложенные в диссертации. Автор лично разработал программу экспериментальных и аналитических исследований, принимал непосредственное участие в проведении всех лабораторных и полевых испытаний.

Реализация и внедрение результатов работы:

- разработанный автором метод расчета силовых характеристик взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с окружающим грунтом, а также результаты экспериментальных исследований приняты к внедрению в ООО «НПЦ Горные машины и технологии» (г. Кемерово), что подтверждено соответствующим актом (прил. А);

- теоретические и практические результаты выполненных исследований реализованы в патентах на изобретения РФ; заявителем и патентообладателем являются ОАО «Томский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа» и Национальный исследовательский Томский политехнический университет;

- метод расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия используется при проведении лабораторных работ в Национальном исследовательском Томском политехническом университете по дисциплине «Машины и оборудование газонефтепроводов». Апробация работы. Основное содержание и результаты работы докладывались на научно-производственном форуме «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы», 1—4 марта 2005 г., Томск; на Второй международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 7-9 января 2006 г., Санкт-Петербург; на ежегодном международном научном симпозиуме имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, 2005 г., 2006 г.; на Десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 9-11 декабря 2010 г., Санкт-Петербург; на IV Международной научно-практической конференции Чтение памяти В. Р. Кубачека «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности», 7-8 апреля 2011 г., Екатеринбург; на научных семинарах в Институте геологии и нефтегазового дела Томского политехнического университета; на научных семинарах Томского научно-исследовательского и проектного института нефти и газа.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 14 статьях (в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАКом), в 2 патентах на изобретения и в 1 патенте на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка используемой литературы из 123 наименований. Основной текст изложен на 179 страницах машинописного текста и содержит 82 рисунка, 12 таблиц и 7 приложений.

Глава 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ 1-К/ КАТЕГОРИИ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние технологии бурения наклонных и горизонтальных скважин в горных породах \-\У категории по буримости

Бурение наклонных и горизонтальных неглубоких скважин (до 50 м) в мягких горных породах (почвы, песчано-глинистые наносы, галечно-щебеночные грунты и др.) в больших объемах производится при проведении геологоразведочных, инженерно-геологических, геофизических и гидрогеологических исследований. Кроме того, сюда можно отнести бурение картировочных и геологоразведочных скважин, технических скважин для вентиляции, водопонижения, прокладки технических трубопроводов и коммуникаций, скважин на воду.

Особенность данных геологических условий бурения - сравнительно малая глубина, преобладание пород со слабыми внутренними связями -определяет целесообразность применения способов бурения, к которым относятся: вращательный, ударно-вращательный, ударный, вибрационный, задавливанием инструмента, а также способ горизонтально-направленного бурения (ГИБ) [60, 61, 62, 18, 73, 50].

Значительный вклад в развитие способов сооружения наклонных и горизонтальных скважин внесли многие исследователи: Ф. А. Шамшев, Б. И. Воздвиженский, С. С. Сулакшин, Н. В. Соловьев, Д. Н. Башкатов, Б. М. Ребрик, И. С. Афанасьев, А. С. Волков, К. Л. Ларин, А. С. Юшков, К. В. Иогансен, П. П. Бородавкин, И. И. Мазур, Ю. И. Спектор, Б. Ф. Белецкий, а также работы научных институтов, ВУЗов и предприятий: ВНИИСТа, РГУНГа им. И. М. Губкина, ТПУ, УГТНУ.

Согласно классификации способов бурения породоразрушающими инструментами С. С. Сулакшина при бурении наклонных неглубоких скважин в грунтах наибольшее распространение получили способы без применения промывочной жидкости, а именно: способы вращательного, ударного, вибрационного бурения. При проходке таких скважин применяют установки вибрационного, шнекового и ударно-канатного бурения [17, 18]. Способы вращательного бурения с промывкой или продувкой, а также ударно-вращательного бурения в основном применяются для бурения глубоких скважин в твердых горных породах.

Шнековое бурение применяется при проходке неглубоких скважин в мягких и рыхлых породах. Данный способ вращательного бурения не требует применения промывочной жидкости. Транспортировка разрушенной породы на поверхность осуществляется шнековым транспортером, выполняющим одновременно функции бурильной колонны [18, 20, 55].

Область применения способа - скважины глубиной до 50 м, диаметром от 60 до 800 мм.

Процесс бурения шнеками включает в себя разрушение горной породы на забое, которое в зависимости от ее физико-механических свойств представляет собой резание или разрыхление и транспортировку продуктов разрушения, поступающих на шнековый транспортер, к устью скважины. Основными параметрами режима шнекового бурения скважин являются осевая нагрузка и частота вращения шнека.

Инструмент для шнекового бурения состоит из долота и шнековой колонны.

Шнековая колонна представляет собой трубу с закрепленной на ней

спиралью. Конструкции шнеков различаются между собой, главным образом,

размерами и типом соединений. В настоящее время применяются два

основных типа соединения шнеков: шестигранное и резьбовое. Для бурения с

отбором керна применяют шнеки с большим проходным отверстием в трубе,

позволяющим размещать внутри колонны съемный грунтонос, позволяющий

13

проводить отбор образцов грунта без подъема колонны шнеков, благодаря чему резко снижается время на спуско-подъемные операции [3, 18].

Проходка скважин может производиться сплошным забоем, кольцевым забоем и завинчиванием. Бурение сплошным забоем, в свою очередь, может осуществляться непрерывным рейсом (поточное бурение) и рейсовыми углубками (рейсовое бурение).

Получение качественной геологической информации при поточном бурении затруднено.

Рейсовое бурение применяется при необходимости детального изучения геологического разреза, в основном в пластичных и тугопластичных грунтах. В случае бурения неустойчивых пород (сухие и водонасыщенные пески, гравийно-песчаные отложения и т. п.) с целью предупреждения обвалов стенок скважины целесообразно вести бурение с одновременной обсадкой скважины. При этом колонна шнеков вращается внутри колонны обсадных труб, которая под действием собственного веса погружается по мере углубки скважины [3].

Шнековое бурение скважин реализуется установками различной мощности: от ручных мотобуров и легких переносных установок с бензиновым двигателем мощностью 4 л. с. (глубина скважин 7-5 м), легких передвижных установок УПБ-25, ПБУ-25, УКБ-12/25 и других установок с подвижным вращателем мощностью 6-10 л. с, обеспечивающим бурение скважин глубиной 18-20 м, до самоходных установок ПБУ-2, УКБ-12/25С, УРБ-1С, УРБ-1В, УШ-2Т4, УГБ-50А, обеспечивающих глубину бурения скважин до 80 м с диаметром 120-230 мм.

Наиболее существенным недостатком шнекового бурения является трудность определения глубины, с которой поднята горная порода, являющаяся в этом виде бурения пробой минерального вещества. Это происходит из-за того, что при транспортировке породы шнеком она непрерывно перемешивается из-за разных скоростей движения частиц

породы, находящихся на различном удалении от оси вращения.

14

Плохо работает шнековый транспортер в вязких глинах, которые налипают на шнеки и препятствуют транспортировке выбуренной породы. Также к недостаткам данного способа бурения можно отнести незначительную глубину бурения, высокую потребляемую мощность для вращения шнековой колонны.

Преимуществами шнекового бурения являются большая скорость углубки, а также непрерывная транспортировка породы без подъема бурового инструмента.

Медленно-вращательное бурение применяется также при бурении мягких пород ложками, змеевиками, обуривающими грунтоносами на небольшую глубину [18, 86, 87].

Процесс бурения может осуществляться как станками, специально предназначенными для этой цели (УБР-1, УБР-2 и др.), так и самоходными станками (УГБ-50М, СБУДМ-150-ЗИВ, УБР-2А и др.). Диаметр ПРИ выбирается в пределах 89-168 мм. Бурение следует вести при пониженных скоростях вращения инструмента (от 7 до 80 об/мин). После заполнения ПРИ грунтом последний извлекается на поверхность.

К недостаткам медленно-вращательного бурения грунтоносами можно отнести низкую механическую скорость бурения и большое количество спуско-подъемных операций. Преимущество заключается в том, что отбор проб ведется со всех прослоев массива грунта.

Ударное бурение кольцевым забоем является одним из наиболее распространенных видов проходки скважин в грунтах. Данный способ эффективно применяется в районах, характеризующихся сложными геологическими условиями с неустойчивыми стенками скважин [53, 54, 20].

В практике геологоразведочных работ, в основном, применяются два варианта ударного бурения скважин: бурение с опережающим забой креплением обсадными трубами и бурение забивными стаканами.

Основными технологическими параметрами при забивном бурении являются: сила тяжести ударного патрона, число ударов, величина подъема ударного патрона и величина углубления ПРИ за рейс.

К рабочему инструменту относятся: долота, забивные стаканы, желонки, ударные штанги с переходниками, раздвижные штанги, канатные замки.

Забивные стаканы используют в случаях, когда требуется обеспечить наиболее полный выход керна по какому-либо определенному интервалу или в целом по скважине. Данный способ может быть использован как в процессе ударно-канатного, шнекового, так и других способов бурения, когда скважина бурится одним из высокопроизводительных способов, а отдельные интервалы забивным стаканом.

В соответствии с выполняемыми операциями при бурении скважин станки ударно-канатного бурения оснащены следующими основными узлами: балансиром; инструментальным барабаном; желоночным барабаном; главным валом, от которого приводятся в действие перечисленные узлы. Основные узлы, мачта и двигатель монтируются на общей раме станка. При бурении скважин ударно-канатным способом, в основном, применяются станки типа УГБ-ЗУК и УГБ-4УК (модификации станков УКС-22М1 и УКС-30М1).

Геологический разрез пробуренных пород, в том числе глубина вскрытия, мощность и уровень грунтовых вод, отбиваются, как правило, достаточно точно, что позволяет отбирать пробы со всех прослоев полезной толщи.

По сравнению с другими способами ударно-канатное бурение имеет ряд недостатков. Среди них бурение только вертикальных скважин, низкие скорости, трудоемкость вспомогательных операций [35, 73, 88].

Вибрационный способ бурения отличается тем, что рабочее воздействие на забой скважины формируется путем передачи

породоразрушающему инструменту через колонну бурильных труб вибрационной нагрузки от поверхностного вибратора.

Сущность вибрационного бурения заключается в том, что бурение осуществляется путем уплотнения горной породы и уменьшения ее объема на забое скважины с образованием кольцевой полости, в которую и погружается виброзонд в процессе бурения.

Забойным инструментом являются виброзонды, грунтоносы, желонки. Главным технологическим инструментом при вибрационном бурении является виброзонд - трубчатый инструмент, внедряемый в массив горной породы и извлекаемый на поверхность вместе с пробой вещества.

Технологическими параметрами вибрационного способа бурения являются: масса ударной части, частота ударов, масса вибровозбудителя, диаметр зонда и продолжительность непрерывного вибрирования.

Процесс вибрационного бурения включает: спуск инструмента на забой скважины, бурение, подъем инструмента и очистку зондов от грунта.

Зонд для забуривания выбирается в зависимости от проектной глубины скважины, сложности геологического разреза и требований к отбору образцов. При большой глубине скважины и сложном геологическом разрезе, требующем спуска в скважину обсадных труб, начальный диаметр скважины должен быть по возможности большим.

Установки вибрационного бурения включают в себя: источник вибрации; грузоподъемное устройство; источник энергопитания и ходовую часть, например агрегат АВБ-2М, предназначенный для вибрационного бурения инженерно-геологических скважин на глубину до 40 м.

К недостаткам можно отнести то, что вибрационным способом бурятся только физически уплотняемые породы.

Вибрационное бурение имеет ограничение по глубине бурения, что связано с неэффективным распространением упругих волн сжатия по колонне бурильных труб. Глубина бурения вибрационным способом при

установке вибратора на поверхности в принципе не может превышать 36 м.

17

Одним из существенных недостатков технологии вибробурения является ограниченность длины рейсовой углубки. Это объясняется тем, что по мере накопления виброзонда керном увеличивается масса, подвергающаяся вибрации.

В пластичных вязких породах ограничение углубки за рейс может быть связано также с необходимостью предупреждения свайного эффекта, что приводит к потере геологической информации и искажению представлений о строении разреза. К недостатком также относится возможность заполнения виброзонда породой, срезаемой со стенок скважины, при использовании бесступенчатого ствола скважины, что приводит к значительным погрешностям опробования.

Также необходимо отметить то, что в способе вибрационного бурения значительное время тратится на спуско-подъемные и подсобно-вспомогательные операции.

Несмотря на перечисленные недостатки, вибрационный способ является наиболее эффективным способом проходки неглубоких скважин в грунтах. Отличительными особенностями вибрационного бурения является низкая стоимость, высокая производительность, удовлетворительное качество получаемой геологической и инженерно-геологической информации [73, 85].

Способ задавливания инструмента основан на принципе вдавливания грунтоноса в мягкие породы. С учетом того, что одновременно с проходкой можно проводить гамма-каротаж и отбор проб грунта, то данный способ может быть использован также при сейсморазведке и гидрогеологических исследованиях. Вдавливание грунтоносов осуществляется с помощью гидравлических устройств. Главным недостатком данного способа является сравнительно небольшая глубина бурения, а также высокая энергоемкость гидравлического оборудования [73].

Способ винтобурения - способ вращательного бурения, который используется для бурения неглубоких геологоразведочных скважин в горных породах 1-1V категории по буримости [71].

Породоразрушающий инструмент (винтобур) состоит из винтовой спирали и уплотнителя, имеющего внизу коническую форму, а вверху -цилиндрическую.

При вращении на винтовой спирали образуется осевое усилие, которое заставляет конус сминать породу и уплотнять в сторону стенок скважины. Благодаря такой работе винтобура отпадает необходимость в узле для создания осевой нагрузки, что весьма упрощает буровую установку.

Размеры винтобура должны быть такими, чтобы параметры винтовой спирали (шаг и высота) обеспечивали осевое усилие, превосходящее сопротивление на конусном наконечнике [53, 54, 55].

В состав винтобуровой установки входят: вращатель с механизмом синхронной подачи бурильных труб, манипулятор для их наращивания и укладки, приборы для контроля режимов бурения.

Винтобур рассчитан на бурение скважин до глубины 40 м при скорости вращения от 0 до 300 об/мин. Производительность в смену может составлять до 400 м.

Способ бурения буронабивных свай применяется в любых геологических и гидрогеологических условиях. Буровое оборудование состоит из буровой установки и, в зависимости от применяемого способа бурения, снабжено гидравлическим и вибрационным оборудованием. Особенность данного способа заключается в том, что по завершению бурения скважины производится установка арматуры и ее бетонирование. Этим способом осуществляется бурение скважин глубиной до 30 м, диаметром до 600 мм [71].

Преимуществом данного способа бурения скважин является то, что проходка скважины в неустойчивых грунтах возможна без закрепления ее стенок.

Способ горизонтально-направленного бурения (ГНБ) предназначен для проходки горизонтальных технических скважин с последующей укладкой в них систем вентиляции, водопонижения, а также трубопроводов и кабелей. Сооружение горизонтальной скважины начинается с подготовки рабочей площадки, с которой по заданной траектории выполняют проходку пилот-скважины до выхода ее на поверхность в запланированной точке, после чего скважину расширяют до требуемого диаметра [8, 60, 12, 25, 13].

В состав проходческого комплекса входят: буровая установка, стенд для сборки электробура, автокран, бурильная колонна, ведущая бурильная труба, рукава высокого давления, стеллаж для труб, расширитель, блок приготовления и подачи бурового раствора, станция управления электробуром, передвижная электростанция, насосные агрегаты, подпиточная емкость, технологические трубопроводы с запорной арматурой, насос для забора поверхностной воды [8, 44, 32, 80, 81].

Для разрушения грунта на забое чаще используют долота, которые делятся на три группы: для бурения сплошным забоем, для бурения кольцевым забоем (для отбора керна), специального назначения [36, 30, 1].

Для расширения скважины применяют лопастные или пальцевые расширители, бочкообразные расширители, шарошечные расширители. Шарошечные расширители выполняют в различных модификациях в зависимости от свойств разбуриваемых пород и диаметра прокладываемого трубопровода [49, 91].

Эффективность способа ГНБ зависит от многих факторов, один из них - это правильный выбор, с учетом свойств грунта, конструкций бурового инструмента [48, 10]. Например, для бурения твердых пород ООО «СП «ВИС-МОС» совместно с Кунгурским машиностроительным заводом изготовил и внедрил в производство модернизированный винтовой забойный двигатель Д105М [65].

Для бурения в неблагоприятных грунтовых условиях применяются коронки с трех-, четырех- и шестишарошечным исполнением, со средним смещением и соответствующим углом наклона оси цапфы [1].

В ОАО «Гипротрубопровод» разработан метод выбора количества этапов расширения скважины при многоступенчатом расширении исходя из проектируемой площади забоя для бурения скважины. Проектирование количества этапов расширения ствола пилот-скважины, в свою очередь, выдвигает новые требования к типоразмеру и конструкции расширителей.

Высокое гидравлическое сопротивление бурового раствора возникает, главным образом, во время бурения пилот-скважины. Следовательно, возникает риск возникновения грифонов, когда буровой раствор прорывается сквозь верхние породы на поверхность за счет разности давлений. Такого эффекта можно избежать с помощью недавно разработанного способа «встреча посередине», при котором пилотное бурение производится с противоположных концов запроектированной трассы бурения до встречи приблизительно на половине длины скважины [39, 37, 49, 83].

Как было сказано выше, основную сложность для ГНБ представляют такие крупнозернистые слои породы как гравий, щебень и валуны. Горные породы V категории и выше возможно проходить установками микротоннелирования [111, 112]. Способ реализуется следующим образом: проходку твердых горных пород выполняют установкой микротоннелирования с одновременным закреплением стенок скважины крепью, по окончании проходки ее извлекают, дальнейшее бурение осуществляется установкой ГНБ [39, 23, 43, 56, 76, 82].

НПО «ГЕММАШ» производит раскатчики скважин диаметром 400,

800 мм, которые могут быть использованы в способе ГНБ [94]. Данная

технология использовалась при строительстве горизонтальной скважины с

диаметром 200 мм через р. Пехорку в Московской области, длина которой

составила 90 м. Благодаря малой энергоемкости усилие затягивания труб

составило менее 4 т. Технологический процесс расширения скважины

21

способом раскатки имеет значительные преимущества перед классическим способом. Первый этап работы - бурение пилот-скважины - осуществляется обычным способом с помощью буровой установки. Второй этап работы -расширение скважины - выполняется без использования бурового раствора [59, 52,58,39, 84, 92, 93].

Существует способ для проходки наклонных и горизонтальных скважин в грунтах 1-1У категории с использованием пневмоударного породоразрушающего инструмента [47, 46, 89, 90]. Рабочим инструментом пневмопробойника является цилиндрический корпус, в котором размещен ударник, совершающий под действием сжатого воздуха возвратно-поступательное движение и наносящий удары по корпусу. Под действием ударов корпус пневмопробойника внедряется в грунт, образуя скважину с уплотнением ее стенок. Обратному перемещению машины препятствуют силы трения по боковой поверхности корпуса. Максимальная длина проходки горизонтальных скважин в зависимости от грунтовых условий составляет до 40 м, вертикальных скважин - до 15 м. К недостаткам данного инструмента можно отнести относительно небольшую глубину (длину) бурения, а также низкую точность проходки скважины [47].

Приведенный выше анализ показал, что существует большое разнообразие способов и реализующих их устройств для бурения наклонных мелких скважин в горных породах 1-1У категории по буримости. Перечисленные способы достаточно эффективны и широко используются при бурении геологоразведочных, инженерно-геологических скважин, но не лишены недостатков, к которым относятся: необходимость закрепления скважин в неустойчивых слабых грунтах, незначительная глубина бурения, высокие энергозатраты, низкая механическая скорость бурения, трудоемкость вспомогательных операций, большое количество спуско-подъемных операций, возможность бурения только вертикальных скважин, низкое качество получаемой геологической информации.

Область применения способа ГНБ ограничивается низкой эффективностью при проходке скважин в гравийных грунтах, плывунах, в грунтах с включениями валунов. Также к недостаткам способа ГНБ можно отнести риск поглощения бурового раствора.

1.2. Исследование взаимодействия породоразрушающего инструмента вращательно-раскатывающего действия с грунтом

Существует породоразрушающий инструмент вращательно-раскатывающего действия для проходки горизонтальных скважин в горных породах I-IV категории [58]. От стандартного породоразрушающего инструмента он отличается тем, что в процессе бурения скважины разрушенная горная порода не удаляется с забоя на поверхность, а вдавливается в окружающий массив, уплотняя стенки скважины. Данный породоразрушающий инструмент существует двух типов: с частичной выемкой и без выемки горной породы (рис. 1.1).

1 2 3 4 5 6

Рис. 1.1. Схема ПРИ вращательно-раскатывающего действия для бурения

горизонтальных скважин 1 - опорный элемент; 2 - двигатель; 3 - вал; 4 - катки; 5 - винтовая спираль;

6 - лопастное долото

23

Существует породоразрушающий инструмент вращательно-раскатываюгцего действия для бурения скважин для сооружения буронабивных свай (рис. 1.2а).

Рис. 1.2. ПРИ вращательно-раскатывающего действия для бурения

наклонных скважин

конусный элемент; 2 - винтовая спираль; 3 - уплотняющие элементы; 4 обратная винтовая спираль; 5 - шестигранное соединение

Конструкция данного породоразрушающего инструмента содержит конусный элемент (лопастное долото) - 1, винтовую спираль - 2, уплотняющие элементы- 3, обратную винтовую спираль - 4, шестигранное соединение - 5.

Породоразрушающий инструмент на рис. 1.26 также содержит конусный элемент - 1, шестигранное соединение - 5, но в отличие от предыдущего ПРИ включает несколько конусных уплотняющих элементов -3 с эксцентричным положением относительно оси вращения, диаметры которых увеличиваются и сходятся в середине.

Максимальный диаметр скважины без выемки горной породы составляет 800 мм. Передача момента вращения инструменту может быть осуществлена посредством колонны штанг или от забойного двигателя.

Для внедрения ПРИ вращательно-раскатывающего действия на заданную глубину наземное буровое оборудование должно сообщать через колонну труб расчетный момент вращения и осевое усилие [106]. Хотелось бы отметить, что данный тип ПРИ разрабатывают в НИЛ «Геология», ими разработан раскатчик скважин диаметром 250 мм, технические характеристики которого сведены в табл. 1.1 [95]. Также инструменты вращательно-раскатывающего действия выпускают на Научно-производственном предприятии «ГЕММАШ».

Таблица 1.1.

Технические характеристики раскатчика скважин

Параметр Ед. изм. Значение

Диаметр скважины м 0,25

Скорость внедрения м/с 0,02

Угловая скорость вращения об/мин 150

Момент вращения Н*м 470

Длина раскатчика мм 1330

Аналогом породоразрушающего инструмента для бурения скважин для последующего устройства буронабивных свай является винтобур [71, 77]. Винтобур состоит из винтовой спирали - 1 и уплотнителя - 2, имеющего внизу коническую форму, а вверху - цилиндрическую (рис. 1.3). При вращении винтовой спирали разрушенная порода перемещается по конусной поверхности уплотнителя и вдавливается в стенки скважины. Так как на винтовой спирали образуется необходимое осевое усилие для перемещения инструмента, то в компоновку буровой установки входит только узел для создания момента вращения, что упрощает ее конструкцию.

1 2 3 4

Рис. 1.3. Макет винтобура

1 - конусный элемент; 2 - винтовая спираль; 3 - уплотняющий элемент; 4 -

шестигранное соединение

С учетом теоретического анализа данного типа инструмента предложено несколько вариантов его использования с различной компоновкой.

Породоразрушающий инструмент без выемки горной породы возможно использовать для бурения горизонтальных и наклонных геологоразведочных скважин с отбором керна грунтоносами типового ряда при незначительном выходе кернового материала, рейсовым способом. Сущность данного способа заключается в том, что грунтонос спускается в скважину на бурильных трубах, кабеле или тросе, в зависимости от действия грунтоноса он забивается или задавливается, тем самым осуществляется

отбор пробы с обозначенного интервала, после чего осуществляется ее подъем. Далее выполняется бурение скважины сплошным забоем.

Породоразрушающий инструмент со съемным грунтоносом позволяет выполнять отбор керна по всей скважине без подъема буровой колонны. Процесс отбора керна осуществляется следующим образом: через полую колонну труб грунтонос спускают на тросе лебедки до его фиксации на забое; после проходки интервала 0,5-1,5 м спускают ловитель, которым извлекают грунтонос на поверхность. Грунтонос обеспечивает отбор проб способом обуривания и вдавливания. Для удержания проб могут использоваться кернодержатели с короткими лепестками при обуривании и длинными лепестками или тарельчатым клапаном при вдавливании. Съемный грунтонос состоит из переходника с подшипниковой подвеской, коронки, внутренней разъемной трубы, кернодержателя, тарельчатого клапана.

Существует шнековый бур (рис. 1.4), предназначенный для отбора проб грунта с заданной глубины при шнековом бурении в породах 1-1У категории по буримости [54, 86, 87]. Бур представляет собой двойную колонковую трубу, наружная труба которой - шнековая, а внутренняя труба- разъемная. Шнековый бур обеспечивает отбор проб способом обуривания и вдавливания.

На рис. 1.4 приведена геометрия шнекового грунтоноса, состоящего из лопастного долота - 1, грунтоноса - 2, винтовой спирали - 3.

В заключение раздела можно сделать вывод о том, что для проходки наклонных и горизонтальных скважин в слабых и неустойчивых грунтах без закрепления стенок целесообразно применять специальный ПРИ вращательно-раскатывающего действия, позволяющий уплотнять стенки скважины. Таким ПРИ может быть винтовой бур и его аналоги.

{

Рис. 1.4. Шнековый бур 1 - долото; 2 - грунтонос; 3 - винтовая спираль

1.3. Анализ методов определения деформационных и силовых показателей взаимодействия породоразрушающего инструмента с горной породой М\/ категории по буримости

1.3.1. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

Основной задачей исследования взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом является определение силовых параметров работы инструмента в зависимости от режимов работы, прочностных и деформационных свойств грунта, а также геометрических характеристик инструмента.

Характерной особенностью винтового бура и его аналогов является то, что в процессе бурения скважины разрушенная горная порода не удаляется с

забоя на поверхность, а вдавливается в окружающий массив. Так как ПРИ вращательно-раскатывающего действия состоит из лопастного долота, винтовой спирали и уплотняющих конусных элементов, то в процессе бурения составные элементы инструмента выполняют операции по разрушению, перемещению и уплотнению грунта. Весь процесс разрушения горной породы включает в себя ряд этапов.

На первом этапе осуществляется забурка лопастным долотом. Назначение лопастного долота - формирование забоя (забурка) и задание направления движения инструмента. Разрушение горной породы на данном этапе наиболее близко по описанию к способу резания с образованием стружки.

На втором этапе осуществляется перемещение разрушенной породы винтовой спиралью, но в отличие от традиционного способа горная порода не транспортируется на поверхность, а только перемещается в направлении рабочих тел инструмента. Винтовая навивка также способствует созданию дополнительного осевого усилия, облегчающего поступательное движение инструмента.

Основной процесс формирования скважины выполняется конусными поверхностями тел с эксцентричным положением относительно оси вращения; на этом этапе происходит уплотнение грунта с образованием скважины с уплотненными стенками.

Геометрические параметры инструмента определяют энергоемкость

процесса. Реализовать оптимальную геометрию ПРИ проблематично, так как

она должна соответствовать большому разнообразию характеристик грунта,

даже принадлежащих к одной категории, а кроме того, форма инструмента

должна удовлетворять приемлемому диапазону технологических параметров

бурения, например требуемой механической скорости. Поэтому, задача по

определению оптимальной геометрии ПРИ должна решаться комплексно с

использованием методов математического моделирования, оптимизации и с

соответствующей проверкой полученных результатов в лабораторных и

29

полевых условиях. При определении силовых показателей работы инструмента необходимо с высокой степенью точности описать все деформационные процессы, протекающие в грунте.

Теория резания грунта ножевым породоразрушающим инструментом, основоположниками которой являются А. Н. Зеленин, Ю. А. Ветров, Н. Г. Домбовсткий, К. А. Артемьев, В. И. Баловнев и другие исследователи, основана на интерполяции экспериментальных данных процесса взаимодействия инструмента (ножа) с грунтом с целью получения аналитических формул, описывающих физический процесс.

Согласно общим представлениям теории в процессе резания грунта возникают силы сопротивления, которые зависят от свойств грунта, геометрии рабочего органа, способов разрушения, режимов работы и т. д.

Многочисленные экспериментальные данные показывают, что разрушение фунта происходит по поверхности скольжения, имеющей угол, равный углу внутреннего трения ф (рис. 1.5).

1 2 3 4

Рис. 1.5. Схема резания грунта 1 - рабочий орган; 2 - стружка; 3 - поверхность скольжения; 4 - массив

грунта

Более того, расчетная схема и механизм разрушения аналогичен задаче

механики грунтов о взаимодействии подпорной стенки с массивом грунта.

Исходя из анализа экспериментальных данных, разрушение грунта

происходит по поверхности скольжения, на которой под действием силы

30

возникают нормальные и касательные напряжения а и т. Разрушение начинается, когда касательные напряжения достигают предельного значения хпр. Правая часть выражения представляет собой главный закон механики грунта - закон Кулона [28, 68]:

Т=т = с + (1.1)

пр 4 7

где т, а - касательная и нормальная компоненты напряжения, Па; Ф - угол внутреннего трения, радианы; с - удельное сцепление, Па.

Существует ряд направлений исследования взаимодействия инструмента с грунтом, отличающихся подходами проведения эксперимента и представлениями о физических процессах, протекающих при разрушении и деформировании грунта.

Впервые обоснован и внедрен в практику метод определения сил взаимодействия режущего инструмента с грунтом В. П. Горячкиным. На основании экспериментальных данных им было предложено эмпирическое выражение для определения сил сопротивления резанию [26]

Р =С/ + ксЬ + есЬи2, (1.2)

К

где в - вес плуга, Н; /- коэффициент трения отвала по грунту, д.ед.; к -удельное сопротивление резанию, Н/м ; с - глубина пласта, м; Ь - ширина пласта, м; е - коэффициент, учитывающий сопротивление при отбрасывании грунта лемехом, кг/м3; и - скорость резания, м/с.

Формула (1.2) устанавливает зависимость между параметрами ножевого породоразрушающего инструмента и прочностными характеристиками грунта. При этом сама геометрия инструмента выражена только через глубину и ширину пласта резания. Параметры грунта определяются через один коэффициент удельного сопротивления резанию, что не позволяет с достаточной точностью описать сложный деформационный процесс при взаимодействии инструмента с грунтом.

Большое количество экспериментов по определению усилия копания и резания было выполнено Н. Г. Домбовским. Получены удельные сопротивления резанию для грунтов различных категорий, соответствующие формуле (1.2), где данный универсальный коэффициент может быть использован при определении усилий резания большинства породоразрушающих устройств. Им также было предложено определять силовые характеристики инструмента землеройных машин по совокупности процессов, включающих сопротивление резанию грунта, силы трения инструмента по грунту, силы сопротивления перемещению грунта [26]

Р = клЪк + илИ + е{ 1 + ^ )ак , (1.3)

1 1 пр н

2

где к) - удельное сопротивление резанию, Н/м ; Ь, Ь - ширина и высота срезаемого пласта грунта, м; \1\ - коэффициент трения ковша о грунт, д.ед.; Ы- усилие давления ковша на грунт, Н; 8 - удельное сопротивление наполнению ковша и перемещению призмы волочения, Н/м ; цпр - объем призмы волочения, выраженный в частях объема ковша, д.ед.; ц - объем ковша, м ; к„ - коэффициент наполнения ковша, д.ед.

По методике А. Н. Зеленина усилие резания при взаимодействии инструмента с грунтовым массивом следует определять с учетом свойства грунта сопротивляться вдавливанию в грунт металлических штампов. Для оценки усилия сопротивления внедрению штампа применяют динамический плотномер. По результатам экспериментальных исследований А. Н. Зелениным было доказано, что энергоемкость процесса вдавливания штампа плотномера в грунт и является критерием прочности грунта, что выражается следующей зависимостью [28]

£ = (1.4)

где А - работа одного удара, Дж; С - число ударов, необходимое для погружения наконечника плотномера в грунт; С) - объем грунта, равный объему штампа, вдавливаемого в грунт, м3.

Также А. Н. Зелениным экспериментально доказано, что с увеличением угла резания усилие резания при прочих равных условиях повышается.

Несколько иной подход для определения усилия сопротивления резанию был предложен В. Д. Абергаузом. Он выразил усилие сопротивления резанию через прочностные свойства материла, определяемые по результатам испытаний на одноосное сжатие. Так как процесс разрушения происходит в условиях, приближенных к условиям всестороннего сжатия, то был определен коэффициент критического напряжения [26]

К=а,/ст0, (1.5)

где а] и ао — максимальные напряжения при всестороннем и одноосном сжатии соответственно, Н/м2.

В итоге, В. Д. Абергаузом была предложена формула для определения касательной и нормальной составляющих сил резания

Р = (1.6)

где Т7 - площадь воздействия рабочего органа в направлении, нормальном к направлению движения; площадь, на которую воздействует рабочий орган в перпендикулярном направлении относительно главного движения, м2; /- коэффициент трения, д.ед.

По Ю. А. Ветрову, усилие резания (1.7) включает в себя три составляющих: усилие лобового сопротивления, усилие разрушения грунта в боковых расширениях, усилие бокового среза (рис. 1.6) [16].

Р = Р + Р „ + р „ . (1-7)

сум св о б.ср

где р - р р - усилие на преодоление лобового сопротивления, Н;

св св св

р = р р - усилие разрушения грунта в боковых расширениях, Н;

б б б

р = р ь ~ усилие бокового среза, Н;

б.ср б б.ср

/г = ЬИ - площадь резания, м2;

св

о О 2

^ = к с ^а - площадь боковых расширений, м ;

использовать эмпирические формулы, полученные по результатам экспериментов Ю. А. Ветрова для блокировочного резания грунта ножом.

В предложенном методе расчета силовых характеристик взаимодействия винтовой спирали, корпуса агрегата и центраторов для описания физических свойств горной породы (угля) принята жесткопластическая модель [72].

Метод расчета, предложенный В. Ф. Горбуновым, А. Ф. Эллером, В. В. Аксеновым, можно использовать только для приближенного расчета параметров взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с горной породой 1-1У категории, так как существуют различия в геометрических характеристиках инструмента и в физических свойствах проходимых горных пород.

В работах Б. Ф. Белецкого приведены теоретические сведения и экспериментальные данные взаимодействия кольцевого ножа и конусного наконечника с грунтом.

Общее усилие при проходке горизонтальной скважины способом задавливания складывается из усилия резания грунта ножевым породоразрушающим инструментом и усилия задавливания буровой колонны. При этом усилие передвижки зависит от веса буровой колонны и веса вышележащего грунта в пределах свода обрушения. Параметры проходки скважины можно определить по формуле (1.8) [9].

Р = дс1 + [2(\ + фР1+дт^, (1-8)

где Цс - удельное сопротивление вдавливанию ножа в грунт, Н/м; / - длина ножевого породоразрушающего инструмента, м; ^ - коэффициент бокового давления грунта, д.ед.; - удельный вес буровой колонны, Н/м; Ь - длина скважины, м; /- коэффициент трения буровой колонны о грунт, д.ед.; Р1 -вертикальная нагрузка на 1 м длины буровой колонны, Н/м.

Вертикальная нагрузка, обусловленная весом пород в пределах свода обрушения [15, 4].

использовать в полной мере, так как они не отражают зависимость параметров геометрии инструмента от его силовых характеристик.

Исследование закономерностей деформационного процесса в грунте при взаимодействии моделей фундаментов выполнено Е. Г. Болдыревым. Для определения скоростей полей деформаций автор использовал метод PIV (particle image velocimetry). Разработанный стенд включал в себя лоток с грунтом, две стенки которого выполнены из оргстекла; в контрольно-измерительное оборудование входили датчики силы, перемещения, давления. Отличительной особенностью проводимых испытаний оснований фундаментов является то, что продолжительность испытаний может достигать нескольких суток, поэтому автором была разработана автоматизированная система проведения испытаний, в задачи которой входит запись информации с измерительных датчиков, а также задание программируемых режимов нагружения. Для снижения ошибки измерения усилия вдавливания автор предложил использовать кубическую аппроксимирующую функцию [11].

Проведенный анализ теоретических и экспериментальных исследований по определению показателей деформационного и силового взаимодействия ПРИ с горной породой I-IV категории показал, что использовать существующие методы применительно к ПРИ вращательно-раскатывающего действия не представляется возможным, так как в отличие от аналогов рассматриваемый ПРИ имеет более сложную составную геометрию, а его элементы в процессе бурения скважины выполняют операции по разрушению, перемещению и уплотнению грунта, что определяет иной характер его взаимодействия с окружающим грунтовым массивом.

1.3.2. Анализ математических моделей взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом

Широкое распространение в решении задач определения показателей силового взаимодействия ПРИ с горной породой получил метод численного анализа [122, 66, 29, 45, 106]. Данный метод также используется в решении смежных задач: расчет оснований и фундаментов, склонов и подпорных стенок; проектирование подземных сооружений; забивка свай; прокладка подземных трубопроводов; разработка геосинтетических материалов.

В зависимости от свойств горных пород выбирается соответствующая модель материала. Так, например, для горных пород IV категории и ниже для описания нелинейных свойств на практике применяют следующие физические уравнения: Мизеса, Крейга, Друкера-Прагера, Мора-Кулона, Треска и др.

Математическое моделирование взаимодействия твердого тела с упругопластическим грунтовым массивом выполнено в работах В. В. Алешина, В. Е. Селезнева, Г. Г. Болдырева, G. Lacey, Е. Susila, S. I. Woo, D. Sheng, J. Walker.

В работе [103] авторы приводят результаты исследования возможности использования программного комплекса ANSYS и других программ для решения задач с учетом упругопластического поведения грунта. Для этого была предложена следующая схема проведения анализа: испытание грунта, идентификация параметров модели Друкера-Прагера, решение тестовой задачи, моделирование полунатурных испытаний. Для проведения испытаний грунта использовано оборудование фирмы «Геотек», которое включает автоматизированную систему, стабилометр, сдвиговый прибор и другое оборудование

При решении тестовой задачи в программе Ansys используют модель для грунта Друкера-Прагера, в которой задают полученные данные

удельного сцепления с и угла внутреннего трения ср, а также угла дилатансии.

По результатам моделирования определяют границу, при котором материал модели переходит в упругопластическое состояние, а также границу предельного состояния грунта. После чего сравнивают данные показатели с результатами полунатурных испытаний.

По ряду опытов Г. Г. Болдыревым сделан вывод о том, что наилучшее описание качественных и количественных характеристик реального поведения грунта можно получить, используя модель грунта Друкера-Прагера и модифицированную модель Друкера-Прагера для статических и динамических моделей [11].

В работе [107] приводятся результаты исследования армирования грунта геосинтетическим материалом. Для проверки результатов эксперимента параллельно выполнен расчет методом конечных элементов, реализованный в программном комплексе Ansys. По результатам расчета был определен коэффициент упрочнения.

Экспериментальное и численное определение показателей осадки грунта от действия на него штампа выполнено в работах [108, 101,102].

В работах [119, 115] исследовалась взаимосвязь между напряжением в сечении крепи от глубины заложения, диаметра тоннеля и технологического процесса строительства. Расчеты выполнены методом конечных элементов в программе Ansys, физическое поведение грунта задано критерием Друкера-Прагера. Благодаря предварительной оценке численным методом в проектной работе по строительству тоннеля «Guangzhou Metro» детально была проработана технология возведения крепи, что позволило минимизировать риск осложнений при строительстве [115].

Построение модели и расчет стабильности склона методом конечных

элементов описаны в работах [118, 116], где доказано преимущество

численного решения над аналитическим, так как первое позволяет решать

сложные задачи, учитывая геометрическую, физическую нелинейность, а

39

также контактную нелинейность на границах материалов с различными свойствами. Данное преимущество позволяет решать задачи с различным закреплением склона, например анкерами или сваями.

Для моделирования взаимодействия твердого тела с окружающим грунтом В. В. Алешин предлагает использовать аналитические модели сопротивления грунта, а также метод конечно-элементного моделирования пространственной упругопластической среды [45].

Работы Е. Susila посвящены обоснованию конечно-элементной модели взаимодействия конусного наконечника свай с грунтом при их забивке. Автор предлагает использовать для описания физических свойств песчаного грунта модель Друкера-Прагера, для решения задачи с большим искажением сетки конечных элементов использовать автоматическую адаптивную ее перестройку. Моделирование процесса внедрения конусного наконечника в грунт выполнено с использованием явного алгоритма решения, так как это наиболее эффективный способ решения данных задач [110,117].

Также в исследованиях S. I. Woo, D. Sheng, J. Walker и других ученых встречается достаточное количество материалов, описывающих решения задачи взаимодействия свай с грунтом методом конечно-элементного анализа, приводится сравнение экспериментальных данных с результатами расчета модели, где достигается удовлетворительная сходимость. Авторы дают подробное описание моделей от выбора конечных элементов, задания граничных условий и способов решения. Однако отсутствует общая методика решения, которая должна включать помимо вопросов, связанных с построением конечно-элементной модели, вопросы, связанные с определением параметров модели по данным лабораторных испытаний, обоснование принятой физической модели грунта, области моделирования; проведение полунатурных испытаний.

Проведенный анализ математических моделей взаимодействия ПРИ с

грунтом, а также моделей для расчета оснований фундаментов, склонов и

подпорных стенок, подземных сооружений, свай, подземных трубопроводов,

40

раскатывающего действия содержит нескольких функциональных элементов (конусные элементы, винтовая прямая и обратная спираль), выполняющих операции по разрушению, перемещению и уплотнению грунта, что определяет иной характер его взаимодействия с окружающим грунтовым массивом. В связи с этим необходимо разработать новый метод расчета силовых параметров породоразрушающего инструмента вращательно-раскатывающего действия.

3. Проведенный обзор литературных источников по экспериментальному определению деформационных процессов в грунте показал, что взаимодействие конусных элементов вращения с грунтом не исследовано. Соответственно, необходимо разработать лабораторный стенд, на котором можно экспериментально установить зависимость деформационных процессов в грунте от геометрических параметров элементов породоразрушающего инструмента.

4. Анализ математических моделей показал, что для точного описания процесса взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом необходимо разработать модель с учетом особенностей геометрии инструмента, граничных и начальных условий, параметров конечно-элементной сетки, а также провести экспериментальную проверку параметров ПРИ вращательно-раскатывающего действия с данными, полученными по результатам моделирования.

5. Разработка породоразрушающего инструмента, в том числе

вращательно-раскатывающего действия, в настоящее время ведется с

использованием методов численного и экспериментального исследования.

Данный подход к совершенствованию ПРИ достаточно трудоемкий, так как

требует рассмотрения большого количества комбинаций геометрических

параметров и анализа соответствующих показателей бурения.

Перспективным направлением является автоматизация процесса расчета и

применение методов оптимизации. Суть метода оптимизации состоит в

предварительной параметризации геометрии инструмента (составных

42

элементов), автоматическом расчете различных комбинаций геометрических параметров, численном моделировании процесса бурения и определении с помощью оптимизационных алгоритмов минимума заданной целевой функции.

С учетом вышесказанного необходимо исследовать и выполнить параметризацию формы ПРИ вращательно-раскатывающего действия; разработать алгоритм автоматического расчета, включающий перебор параметров геометрии инструмента, численное моделирование процесса взаимодействия породоразрушающего инструмента с грунтом и определение минимума заданной целевой функции; провести экспериментальную проверку соответствия силовых параметров взаимодействия опытного образца ПРИ с грунтом с данными, полученными по результатам моделирования.

Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и техника геологоразведочных работ», 25.00.14 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Технология и техника геологоразведочных работ», Поварницын, Сергей Викторович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. На основании исследования взаимодействия ПРИ с горной породой предложен ряд параметров его геометрии, подлежащих оптимизации.

148

2. Разработан и предложен для практического применения метод расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия, который отличается тем, что позволяет с высокой точностью определять силовые характеристики работы инструмента в зависимости от его геометрических параметров и режимов бурения скважины.

3. Разработана программа-макрос для выполнения оптимизации геометрии ПРИ вращательно-раскатывающего действия.

4. Определена оптимальная форма ПРИ вращательно-раскатывающего действия для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах.

5. Исследовано влияние параметров геометрии ПРИ вращательно-раскатывающего действия на силовые характеристики бурения скважины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложены результаты исследований взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом при бурении скважины, разработан научно обоснованный метод расчета силовых параметров работы ПРИ вращательно-раскатывающего действия в зависимости от его геометрическим параметров и режимов работы, что является существенным вкладом в решение задачи повышения эффективности технологии и технических средств бурения скважин в грунтах.

На основании выполненных исследований были сделаны следующие выводы:

- Определена зависимость усилия вдавливания конусного элемента ПРИ от угла раскрытия конуса, которая описывается уравнением полиномиального вида.

- Экспериментально определены скорости полей деформаций грунта для конусных элементов ПРИ с углом раскрытия конуса 120, 90, 60°.

- Разработана математическая модель для анализа деформационного и силового процесса взаимодействия ПРИ вращательно-раскатывающего действия с грунтом. Результаты расчета модели сопоставлены с данными эксперимента, расхождение составило 5,94 % при величине доверительной вероятности 0,95.

- Разработан и предложен для практического применения метод расчета ПРИ вращательно-раскатывающего действия, который отличается тем, что позволяет с высокой точностью определять силовые характеристики его работы в зависимости от геометрических параметров и режимов бурения скважины.

- Разработана программа-макрос для выполнения оптимизации геометрии ПРИ вращательно-раскатывающего действия.

- Определена оптимальная форма ПРИ вращательно-раскатывающего действия для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах.

- Исследовано влияние параметров геометрии ПРИ вращательно-раскатывающего действия на силовые характеристики бурения скважины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Поварницын, Сергей Викторович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абубакиров В. Ф. Буровое оборудование: Справочник: в 2 т. Т. 2 / В. Ф. Абубакиров, В. JI. Архангельский, Ю. Г. Буримов и др. М.: Недра, 2003.-494 с.

2. Аксенов В. В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2004. -264 с.

3. Афанасьев И. С. Бурение скважин при разведке месторождений строительных материалов. - Д.: Недра, 1980. - 132 с.

4. Баклашов И. В., Картозия Б. А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. - М.: Недра, 1992. - 543 с.

5. Басов К. А. ANS YS в примерах и задачах / К. А. Басов. - М.: ДМК пресс, 2002. - 225 с.

6. Батищев Д. И. Применение генетических алгоритмов к решению задач дискретной оптимизации: Учебное пособие / Д. И. Батищев, Е. А. Неймарк, Н. В. Старостин. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2006. - 123 с.

7. Батищев Д. И. Методы оптимального проектирования: учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1984. - 248 с.

8. Бахтоярова И. А. Технологические особенности бестраншейной прокладки и ремонта магистральных нефтегазопроводов // Вестн. Волгоград, гос. архит.-строит. ун-та. Сер. стр-во и архит. - 2004 . -№4 .-С. 102-104.

9. Белецкий Б .Ф. Технология и механизация строительного производства: учебник / Б. Ф. Белецкий. Изд. 3-е. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. - 752 с.

Ю.Берац О. И. Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций методом горизонтального бурения и преимущества его

над другими // Омск. науч. вестн. - 2004. - № 3. - С. 102-103.

152

П.Болдырев Г. Г., Никитин Е. В. Деформация песка в основании полосового шлама // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1987.-№ 1.-С. 26-28.

12.Бородавкин П. П., Березин В. JI. Сооружение магистральных трубопроводов: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987.-471 с.

И.Бородавкин П. П. Подземные трубопроводы / П. П. Бородавкин. - М.: Недра, 1983.-303 с.

14.Бояршинова А. К. Теория инженерного эксперимента: текст лекций / А. К. Бояршинова, А. С. Фишер. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. -85 с.

15.Булычев Н. С. Механика подземных сооружений / Н. С. Булычев. - М.: Недра, 1994.-382 с.

16.Ветров Ю. А., Баладинский В. J1. Машины для специальных земляных работ. - Киев: Вища школа, 1980. - 192 с.

17.Воздвиженский Б. И., Сидоренко А. К., Скорняков A. JI. Современные способы бурения скважин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1978.-342 с.

18.Волков А. С. Вращательное бурение разведочных скважин. Учебник для профтехобразования. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1982. -342 с.

19.Гольдштейн М. Н. Механические свойства грунтов: (напряженно-деформативные и прочностные характеристики) / М. Н. Гольдштейн. -М.: Стройиздат, 1979. - 304 с.

20.Горная энциклопедия Текст.: в 5 т.: т. 2 / Под ред. кол. М. И. Агошков и др. - М.: Советская энциклопедия, 1985. - 575 с.

21.Горячкин В. П. Собрание сочинений в трех томах / В. П. Горячкин. -М.: Колос, 1968.- 1559 с.

22.Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. для вузов по специальности «Промышленное и гражданское строительство» / Б. И.Далматов. - Л.: Стройиздат, 1988. - 414 с.

23.Дерфель И. Г. Проблемы микротоннелирования // РОБТ. - 1999. -№ З.-С. 3.

24.Дерцакян А. К., Васильев Н. П. Строительство трубопроводов на болотах и многолетнемерзлых грунтах. -М.: Недра, 1978. - 167 с.

25.Дерцакян А. К., Маку ров Б. Д. Переходы магистральных трубопроводов через болота. - Л.: Недра, Ленинг. отд-ние, 1965. -215 с.

26.Домбровский Н. Г., Гальперин М. И. Строительные машины. В 2 ч. 4.4: учеб. для студентов вузов, обучающихся по спец. «Строит, и дор. машины и оборуд.». - М.: Высш. шк., 1985. - 224 с.

27.Зеленин А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами Текст. / А. Н. Зеленин. - М.: Машиностроение, 1968. - 436 с.

28.Зеленин А. Н., Баловнев В. И., Керов И. П. Машины для земляных работ: учеб. пособие для студ. вузов. - М.: Машиностроение, 1975. -424 с.

29.Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М.: Мир, 1975.-541 с.

30.Иогансен К. В. Спутник буровика: Справочник / К. В. Иогансен. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 303 с.

31.Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А. А^УБ в руках инженера: Практическое руководство. - М.: Едиториал УРСС, 2004. -272 с.

32.Клорикьян В. X., Ходош В. В. Горно-проходческие щиты и комплексы. - М.: Недра, 1980. - 326 с.

33.Конюхов А. В. Основы анализа конструкций в АшуБ / А. В. Конюхов. -Казань: КГУ, 2001.- 102 с.

34.Лавров Г. Е., Саттаров T. X. Механизация строительства переходов магистральных трубопроводов под автомобильными и железными дорогами. - М.: Недра, 1978. - 135 с.

35.Ларин К. Л. Геологоразведочное дело / К. Л. Ларин. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. - 592 с.

36.Майер А. А. Сооружение переходов трубопроводов методом горизонтально-направленного бурения // Потенциал. - 2000. - № 6. - С. 20-23.

37.Метод ННБ: проблемы и перспективы / Горин А. Г., Спектор Ю. И., Красков В. А. // ТТН. - 2003. - № 11. - С. 24-27.

38.Моисеев H. Н., Иванилов Ю. Н., Столярова Е. М. Методы оптимизации. - М.: Наука, 1978. - 352 с.

39.Новейшие разработки в области горизонтального направленного бурения / Р. Кеглер Д. Р. Рюдигер // РОБТ. - 2004. - № 8. - С. 39-42.

40.Об одном подходе к оптимизации формы лопасти гидротурбины / Лобарева И. Ф., Скороспелов В. А., Турук П. А., Черный С. Г., Чирков Д. В. // Вычислительные технологии. СО РАН, Новосибирск. -2005. - Т. 10. - № 6. - С. 52-73.

41.Обработка экспериментальных данных в MS Excel : методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов дневной формы обучения / Под. ред. Е. Г. Агапова, Е. А. Битехтина. -Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012. - 32 с.

42.0городникова О. М. Конструкционный анализ в среде ANS YS: Учебное пособие / О. М. Огородникова. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. - 68 с.

43.Опыт строительства микротоннеля с применением комплекса КЩР1500/2500 / Рубцов С., Чусов С. // Строит, инженерия. - 2005. -№ 9.-С. 30-33.

44.Опыт строительства подводных переходов по технологии ГНБ /

Шилыковский И. Г. // РОБТ. - 2004. - № 5. - С. 38.

155

45.Основы численного моделирования магистральных трубопроводов / Под ред. В. Е. Селезнева. - М.: КомКнига, 2005. - 496 с.

46.Прокалывающие установки DITCH WITCH Р40 и Р80. // РОБТ, 1999, №4.-С. 30-32.-Рус.

47.Пневмопробойники и комплексный подход к бестраншейным технологиям / Добросельский П. В., Морозов П. А. // РОБТ. - 1999. -№ 7.-С. 12-13.

48.Практика строительства переходов повышенной протяженности / Попенков Г. Ю., Мельников А. В. // РОБТ. - 2005. - № 4. - С. 20-21.

49.Проектирование технологии строительства скважин для ППМН / Спектор Ю. П., Скрепнюк А. Б., Шарафутдинов 3. 3. // Трубопровод, трансп. нефти. - 2004. - № 9. - С. 5-8.

50.Порцевский А. К. Технология проведения горизонтальных, вертикальных горных и горно-разведочных выработок: учеб пособие для студ. / А. К. Порцевский. - М.: МГОУ, 2004. - 68 с.

51.Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела: учеб. пособие для вузов / Ю. Н. Работнов. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988. - 712 с.

52.Раскатчики скважин на установках направленного бурения / Л.М.Бобылев, А. Л. Бобылев, Г. К. Прохоренко // РОБТ. - 1999. -№ 7. - С. 5-6.

53.Ребрик Б. М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях Текст. / Б. М. Ребрик. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1979.-256 с.

54.Ребрик Б. М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях Текст. / Б. М. Ребрик. - М.: Недра, 1997. - С. 35-48.

55.Ребрик Б. М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин / Б. М. Ребрик. - М.: Недра, 1983. - 288 с.

56.«Реконструкция участка канализационного коллектора», том V -

сметная документация. НПО «Мостовик», 2004г.

156

57.Сабоннадьер Ж. К., Кулон Ж. J1. Метод конечных элементов и САПР: Пер. с франц. - М.: Мир, 1989. - 190 с.

58.Свирщевский В. К. Проходка скважин в грунте способом раскатки /

B. К. Свирщевский. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1982. - 122 с.

59.Бобылев JI. М. Способом раскатки // Сельское строительство. - 1991. -№ 5. - С.48-49.

60.Сулакшин С. С. Бурение геологоразведочных скважин: Справочное пособие. -М.: Недра, 1991.-334 с.

61.Сулакшин С. С. Практическое руководство по геологоразведочному бурению / С. С. Сулакшин. - М.: Недра, 1978. - 333 с.

62.Сулакшин С. С. Бурение геологоразведочных скважин: Учебное пособие / С. С. Сулакшин. М.: Недра, 1994. - 432 с.

63.Писаренко Г. С., Можаровский Н. С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести: справочное пособие. - Киев, 1981.-493 с.

64.Применение метода конечных элементов в механике грунтов: учебное пособие / JI. А. Строкова; Томский политехнический университет. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.- 143 с.

65.Установки горизонтального направленного бурения фирмы "Херренкнехт АГ" / Завьялова С. // РОБТ .— Б.м. — 2004 .— N 8 .—

C. 35-36.

66.Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А. Б. Фадеев. - М.: Недра, 1987. - 221 с.

67.Хальворсон М. Microsoft Visual basic 6.0 для профессионалов. Шаг за шагом: практ. пособ. / М. Хальворсон. - М.: Эком, 2005. - 720 с.

68.Цытович Н. А. Механика грунтов (Краткий курс): учебник для строит, вузов / Н. А. Цытович. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1983.-228 с.

69.Чернышова Н. А. Расчеты осадок грунтовых толщ при водопонижении

на территории Лагерного Сада г.Томска // Сборник трудов 8

157

Международного научного симпозиума имени академика М. А. Усова. Томск, Изд - во ТПУ, 2004. - С. 845-847.

70.Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалок А. Ф. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 512 с.

71.Шамшев Ф. А. Основы разведочного бурения / Ф. А. Шамшев. - 2-е изд., перераб. и доп. - Д.: Недра, 1971. - 196 с.

72.Эллер А. Ф., Горбунов В. Ф., Аксенов В. В. Винтоповоротные проходческие агрегаты. - Новосибирск: Наука, 1992. - 192 с.

73.Юшков А. С., Серик Е. Л. Бурение геологоразведочных скважин. - М.: Недра, 1976.-288 с.

74.ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

75.ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения. - М., 2005. - 11 с.

76.МГСН 6.01-03. ТСН 40-303-2003 г. Москвы. Бестраншейная прокладка коммуникаций с применением микротоннелепроходческих комплексов и реконструкция трубопроводов с применением специального оборудования. М., 2004.

77.Пат. № 2238370, РФ. Устройство для образования скважин в грунте / H. Е. Ромакин, Д. Н. Ромакин.// МПК E02F5/18. - 2004г.

78.Пат. SU1167338А РФ. Проходческий щитовой агрегат/ В. Ф. Горбунов, А. Ф. Эллер и др.// МПК E21D9/06. - 1989г.

79.Пат. 5072992 США. Проходческий щитовой агрегат/ В. Ф. Горбунов, А. Ф. Эллер и др.// МПК E21D9/08. - 1991г.

80.Пат. RU2169235C2 PP. Способ бестраншейной прокладки трубопроводов и устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов/ В. А Григоращенко // МПК E02F5/18. - 1999г.

81.Пат. RU2189422C2 РФ. Способ бестраншейной прокладки трубопроводов/ И. Ф. Максютов, Г. Д. Ахметшин // МПК E02F5/18, F16L1/028.- 2000г.

82.Пат. 8и 1836565АЗ РФ. Способ выполнения подземного туннеля и установка для его осуществления / Кю Маастек, Иломяки Валто // МПК Е2Ш5/08.- 1989г.

83.Пат. ЯШЮ1421С 1 РФ. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его осуществления / X. Б. Ткач, В. В. Трубицын // МПК Е02Р5/18, - 1995г.

84.А.с. 1Ш2379429С1 РФ Раскатчик для образования лидерной скважины в грунте/ А. Л. Бобылев // МПК Е02Р5/18 . - 2008г.

85.А.с. 8Ш25764А1 Снаряд для ударно-вибрационного бурения/ Б. М. Ребрик // МПК Е02Э17/14. - 2008г.

86.А.с. 811998651А1 Обуривающий грунтонос/ П. А. Анатольевский // МПК Е02Б1/04. - 2008г.

87.А.с. 811897941А1 Обуривающий грунтонос/ А. В. Васильев // МПК Е0201/04.-2008г.

88.А.с. 8и478217А1. Забивной грунтонос/ Г. С. Басс // МПК Е0201/04. -2002г.

89.А.с. 1Ш2184192С1 РФ. Управляемый пневмопробойник/ П. А. Маслаков // МПК Е02Р5/18, Е21В7/08. - 2001г.

90.А.с. 1Ш2167246С1 РФ. Реверсивный пневмопробойник/ А. Д. Терсков, П. А. Маслаков // МПК Е02Б5/18, Е21В7/26. - 2000г.

91.А.с. 1Ш2163956С1 РФ. Устройство для расширения скважины при бестраншейной прокладке трубопровода/ В. И. Минаев, А. И. Сезин // МПК Е02Р5/18, Е21В7/30. - 1999г.

92.А.с. 8Ш082957А РФ. Устройство для образования горизонтальных выработок / Л. Т. Дворников, В. В. Ершов // МПК Е2Ш9/08, Е02Р5/16. - 1983г.

93.А.с. 2121546 Р.Ф. Устройство для раскатки скважин в грунте / Бобылев Л. М., Бобылев А. Л. Прохоренко Г. К., Васюков С. Б. // МПК Е02Р5/16, Е21В7/28. - 1998г.

94.А.С. 2235168 Р.Ф. Устройство для раскатки скважин / Ряшенцев А. Н., Головлев А. В., Скосогоренко Г. Б. // МПК E02F5/18, Е21В7/26, Е21В7/28.- 2004г.

95.Официальный сайт Сибирского государственного университета путей сообщений [Электронный ресурс]. - Новосибирск, 2013. URL: http://www.stu.ru/science/index.php?page=1075.

96.Abaqus 6.11 Getting started with Abaqus: interactive Edition // [Электронный

pecypc].2012.URL:https://www.sharcnet.ca/SoflwareAbaqus/6.11.2/pdf_bo oks/GET_STARTED.pdf (дата обращения: 20.09.2012).

97.Adaptive finite element analysis of cone penetration in clay / J. Walker, H. S. Yu // Acta Geotechnica. - 2006. - № 1. - P. 43-57.

98.ANSYS в примерах и задачах / Под. ред. Д. Г. Красковского. - М.: КомпьютерПресс, 2002. - 224 с.

99.ANSYS, Inc. Documentation for ANSYS Release 11.0. URL: http://www.ansys.com. (дата обращения: 21.09.2012).

100. Belytschko Ted, Wing Kam Liu, Brian Moran. Nonlinear Finite Elements for continua and stractures. - Wiley, 2000. - P. 650.

101. Brinkgreve R.B.J. 3D finite element modelling of foundations // Geotechnical Innovations. - 2004. - P. 429-447.

102. Bolton M. D. The strength and dilatancy of sands // Geotechnique. -1986. - Vol. 36. - № 1. - P. 65-78.

103. CAE-Services [Электронный ресурс] /ООО "КАЕ-Сервисы". -Электрон, дан. - М.: ООО "КАЕ-Сервисы" — Режим доступа: http://www.cae-services.ru свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус., англ.

104. Chapman D. N., Rogers C.D.F. Ground movement associated with trenchless pipelaying operations // [Электронный ресурс]. 2011. URL: https://dspace.lboro.ac.uk/dspace-jspui/handle/2134/7509 (дата обращения: 03.06.2011).

105. Daichao Sheng, Majidreza Nazem, John P. Carter Some computational aspects for solving deep penetration problems in geomechanics // Comput Mech. 2009. P. 549-561. URL:http://www.newcastle. edu.au/Resources/Research%20Centres/CGMM /Publications/John%20Carter/Some%20computational%20aspects%20for% 20solving%20deep%20penetration%20problems%20in%20geomechanics.p df (дата обращения: 03.06.2011).

106. Drilled displacement piles - current practice and design / P. Basu, M. Prezzi D. Basu // The Journal of the Deep Foundations Institute. - 2010. -Vol 4,№ l.-P. 3-20.

107. Experimental and finite element analysis on bearing capacity of geosynthetic reinforced sand/ J.N. Mandal, S.Y. Mhaiskar, V.R. Manjunath // Construction & Building materials. - 1991. - Vol.5, № 1. - P. 63-68.

108. Lacey G., Thenoux G. Three-Dimensional finite element model for flexible pavement analyses based on field modulus measurements // Arabian Journal for Science and Engineering. - 2008. - Vol. 33, № IB. - P. 65-76.

109. Lapos В., Brachman R.W.I., Moore I.D. Laboratory measurements of pulling force and ground movement during a pipe bursting test // [Электронный ресурс]. 2011. URL: http ://nastt. org/store/technical_papersPDF/302.pdf (дата обращения: 03.06.2011).

110. Large displacement FEM modelling of the cone penetration test (CPT) in normally consolidated sand / E. Susila, R. D. Hryciw // International Journal for Numerical and Analytical methods in geomechanics. - 2003. -№27.-P. 585-602.

111. Lazzarini U. Микротоннелирование по криволинейной трассе // РОБТ. - 1999. - № 8. - с. 18-19.

112. Lyon John Буровые растворы для тоннелирования // РОБТ. -1999.—№ 8.-С. 19.

113. Marshall M. Pipe-Jacked Tunnelling: Jacking Loads and Ground Movements// [Электронный ресурс]. 2011. URL: http://www-civil.eng.ox.ac.uk/publications/theses/marshall.pdf (дата обращения: 03.06.2011).

114. «Nonlinearities Overview» Ansys Training Manual, Chapter One, February 25, 2005.

115. Numerical Analysis of the Small Spacing Tunnel of the Guangzhou Metro / Zhou Xiaojun Gao Bo. URL: http://www.ansys.com/events/proceedings/. Дата обращения: 03.06.2011.

116. Jalali J., Vogt N. Numerical Modelling of Pile Foundation of Noise Protection Walls in Slopes using ANSYS // ANSYS Conference & 26th CADFEM Users' Meeting. - Darmstadt, 2008.

117. Jalali J. Numerical Modelling of Single Piles and Pile Groups under Horizontal Loads, In: Tagungsband 10. GeoDACH-Treffen, 29.-31.05.2008, Grainau, Deutschland, S. 51

118. Shangyi Z., Yingren Z. Slope Safety Factor Analysis Using ANSYS. URL: http://www.ansvs.com/events/proceedings/. Дата обращения: 03.06.2011.

119. Shulin S., Hongjun P., Shufeng Z. Analysis of face stability and ground settlement in EPB shield tunneling for the Nanjing metro // The Geological Society of London. 2006. pp.274. URL: http://www.iaeg.info/iaeg2006/PAPERS/IAEG 274.PDF. (дата обращения: 21.09.2012).

120. White D.J., Take W.A., Bolton M.D. Soil deformation measurement using particle image velocimetry and photogrammetry. URL: http://www-civ.eng.cam.ac.uk/geotech_new/people/bolton/mdb_pub/133_Geotechnique _No53_Issue7_619_632.pdf. Дата обращения: 03.06.2011.

121. Zienkiewicz О.С., Taylor R.L. Finite Element Method - The Basis. -London: Butterworth Heinemann, 2000. - 712 p.

122. Zienkiewicz, O.C. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics / O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor. Sixth edition. - Oxford: Elsevier, 2005.-631 p.

123. Zienkiewicz O.C., Taylor RL. The Finite Element Method. 5th ed. Vol.2: Solid Mechanics. - Woburn, MA: Butterworth-Heinemann, 2000. -258 p.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.