Строительство морских промышленных сооружений и транспортных коммуникаций требуют проведения широкомасштабных инженерно-геологических изысканий. Целью изысканий является получение достоверной информации о геологическом строении и инженерно-геологических условиях исследуемого участка путем отбора проб грунтов с минимальным нарушением структуры – монолитов.
В соответствии с действующими нормативными документами для отбора проб в вязких нескальных грунтах – песках средней плотности и глинистых грунтах с показателем пластичности не более 0,75 рекомендуется использовать устройства забивного типа.
Отечественная и зарубежная практика показывает, что наряду с такими преимуществами, как надежность конструкции, возможность регулирования в широком диапазоне технологических параметров: массы бойка, высоты его подъема, частоты нанесения ударов, применение забивных пробоотборников характеризуется значительными затратами времени на бурение скважин вследствие малой ударной мощности. Ударная мощность пробоотборника также влияет на качество отбираемой пробы. Чем больше энергия генерируемого удара, тем для отбора пробы нужной высоты потребуется меньшее количество ударов. В результате проба будет менее нарушенной.
В связи с этим, исследования работы существующих устройств, а также поиск технических решений, направленных на повышение механической скорости при сохранности достоверности пробоотбора, является актуальным.
Целью работы является установление закономерностей динамических процессов в забивном пробоотборнике, который обеспечивает отбор ненарушенных проб грунта.
Анимация: количество циклов 15; объем 51 кб; количество кадров 7; размер 615х540; создана в приложении Gif Animator
Получение максимально возможной скорости соударения бойка с наковальней ударного узла пробоотборника обеспечивает эффективный отбор проб грунта при бурении инженерно-геологических скважин.
Разработаны математические модели и выполнены сравнения скоростей движения бойка на рабочем ходе под действием собственного веса, разжимающейся пружины и перепада давления в корпусе ударного узла пробоотборника.
Определена масса песчано-глинистого грунта, которая принимает участие в ударном взаимодействии бойка и керноприемного снаряда, которая повышает точность расчета скорости движения последнего после удара.
Предложено математическое описание ударного углубления забивного пробоотборника в нескальный грунт, которое отличается тем, что учитывается высота пробы. Это позволяет наиболее точно определить величину углубки за единичный удар и продолжительность пробоотбора.
При бурении на морском шельфе для отбора проб грунта используются различные конструкции пробоотборников. В песках средней плотности, глинистых грунтах с показателем текучести IL меньше 0,75 (мягкопластичные, тугопластичные, полутвердые, твердые) применяют забивные и вибрационные снаряды.
В Донецком национальном техническом университете разработаны и внедрены легкие установки, размещаемые на палубе неспециализированных судов, одной из которых является установка гидровибрационная погружная УГВП-130. Установка предназначена для однорейсового бурения скважин в мягких породах песчано-глинистого комплекса с прослоями твердых пород и по валунно-галечным отложениям. Установка имеет раздвижную трехногую опору. Ее применение вместе со специальным вспомогательным оборудованием, размещаемым на фальшборте судна, дало возможность увеличить глубину проходимых скважин до 10 м.
В опоре установки свободно перемещается буровой снаряд (рис. 1), состоящий из гидравлического вибратора и двойного колонкового набора.
В исходной позиции боек 13 под действием силы тяжести находится в крайнем нижнем положении, вследствие чего впускной клапан 4 закрыт, а выпускной клапан 7 – открыт. Морская вода буровым насосом по нагнетательному шлангу подается в гидровибратор. По каналу в переходнике 1 и зазору между корпусом 3 и цилиндром 11 вода поступает под поршень 8, вызывая его подъем.
Поршень 8, перемещаясь вверх, сжимает пружину 10 и, дойдя до выпускного клапана 7, наносит по нему удар. За счет силы удара сжатой пружины 10 и частичного совместного хода с бойком 13 выпускной клапан 7 перекроет каналы в распределительной коробке 5, а впускной клапан 4 откроется, поскольку оба они связаны толкателем 6. Жидкость одновременно начнет поступать и в верхнюю полость цилиндра 11. В момент перестановки клапанного блока боек нанесет удар по верхней наковальне 12. По мере поступления жидкости в верхнюю полость цилиндра поршень 8 и боек 13 устремляются вниз, так как площадь поршня сверху больше, чем снизу, на величину поперечного сечения штока 14.
Клапанный блок будет сохранять свое верхнее положение за счет давления жидкости на выпускной клапан 7. Перестановка блока в исходное положение произойдет после захвата пальцем 9 клапана 7 и совместного хода вниз. При перестановке клапанов боек нанесет удар по нижней наковальне 15.
Далее цикл работы повторится. Отработанная в гидровибраторе жидкость по зазору 22, каналам 23 разделительной муфты 17, зазору между наружной 18 и внутренней 19 колонковыми трубами и через отверстия 24 поступает на забой скважины выше башмака 21, размывая грунт. Этим достигается гидромониторный эффект, увеличение диаметра скважины, снижение силы трения и бокового сопротивления.
Для создания обратной циркуляции промывочной жидкости в нижней наковальне 15 выполнен насосный блок, который состоит из клапана 16 и системы распределительных каналов. Роль плунжера насоса выполняет шток 14. Во время хода штока вверх происходит всасывание воды из скважины через внутреннюю колонковую трубу 19 в камеру под штоком, а при ходе его вниз вода выбрасывается в скважину через клапан 16, зазор 22 между корпусом гидровибратора 3 и наружным корпусом 2, каналы 23, кольцевое пространство между наружной 18 и внутренней 19 колонковыми трубами, а также через отверстия 24.
Колонковый набор представляет собой двойную колонковую трубу, состоящую из наружной трубы 18 и внутреннего керноприемника 19, специального лепесткового кернозахватывающего устройства 20 и породоразрушающего инструмента 21. Для предохранения керна от разрушения внутренняя керноприемная труба 19 уплотнена манжетами в башмаке 21 и в цилиндре разделительной муфты 17.
Работоспособность и эффективность установок ДонНТУ доказана успешным применением в акваториях Черного, Азовского, Балтийского, Баренцева морей, в прибрежной части острова Сахалин и Вьетнама.
Однако буровой снаряд установки УГВП-130 реализует вибрационный способ отбора проб, при котором монолит испытывает значительные динамические нагрузки. Последние действуют как вдоль оси монолита, так и в поперечных направлениях (вследствие перекосов при нанесении ударов), в результате чего проба нарушается. Поэтому рекомендуется использовать забивной способ, так как он является низкочастотным (частота ударов не более 1 Гц). Отбираемые из скважины с его помощью монолиты обеспечивают более точное соответствие свойств грунта свойствам слоев геологического разреза.
Из забивных пробоотборников наиболее простым по конструкции является донный пробоотборник (рис. 2).
Пробоотборник внедряется в грунт за счет кинетической энергии поднимаемого и сбрасываемого груза. Он представляет собой колонковую трубу 1, снабженную укрепленной на верхнем конце наковальней 2 со штоком 3, по которому передвигается поднимаемый при помощи каната 4 судовой лебедки груз 5. Пробоотборники такого типа применяются лишь при бурении неглубоких скважин в мелководной зоне из-за сложности их эксплуатации при больших глубинах моря и в условиях волнения, когда вследствие механической связи пробоотборника с бортом судна происходит выдергивание керноприемника из грунта и нарушение целостности пробы.
Для эксплуатации с НИС «Диабаз» (Россия) в качестве съемного скважинного приспособления в малом государственном геоэкологическом предприятии «Экорт» при Донецком национальном техническом университете при участии автора был разработан забивной грунтонос Э.ГЗ-1 (рис. 3).
Он состоит из керноприемного снаряда, ударного узла, компенсатора вертикальных перемещений и механизма перемещения бойка с канатным приводом. Керноприемный снаряд включает в себя керноприемную трубу 18 с башмаком 19, кернодержателем 20 и переходником 16. Внутри переходника располагается обратный шариковый клапан 17, исключающий вымывание пробы при подъеме устройства из скважины. Ударный узел включает наковальню 14 и боек 13, в верхней части которого имеется конусная головка 12. Корпус 5 посредством переходника 4 соединяется с компенсатором вертикальных перемещений 3, а заканчивается ограничителем 15. Механизм перемещения бойка , представленный деталями 6-11, имеет канатный привод.
Грунтонос сбрасывается внутрь колонны бурильных труб и останавливается при упоре башмаком в забой. После спуска на забой ослабляют канат 2. Механизм перемещения бойка под собственным весом опускается вниз. Захваты 10 механизма, попав на конусную головку 12 бойка 13, раздвигаются, сжимая пружину 9, и пройдя вниз, захватывают головку. Лебедкой поднимают боек. Достигнув переходника 4, верхние концы захватов, снабженные выступами, смещаются внутрь, поворачиваясь на оси 11. Нижние концы раздвигаются. Боек падает, нанося удар по наковальне 14. Его энергия передается переходнику 16, керноприемной трубе 18 и башмаку 19.
Происходит внедрение керноприемного снаряда в грунт. Вновь отпускают канат, и рабочий цикл механизма повторяется. По окончании забивки колонну бурильных труб поднимают до упора посадочного кольца компоновки низа бурильной колонны в упорное кольцо 21 и далее на величину рейса. После чего грунтонос извлекают из скважины на канате.
Возможный ход механизма перемещения бойка в компенсаторе 3 до упора замка 6 в переходник 1 превышает рабочий ход бойка на высоту возможных вертикальных перемещений бурового судна, что исключает преждевременное выдергивание керноприемного снаряда из грунта.
Свободное падение бойка на рабочем ходе благоприятно сказывается на формировании ударных импульсов требуемой величины и характере погружения грунтоноса. Однако, результаты производственных испытаний грунтоноса Э.ГЗ-1, проведенные на шельфе морей Дальнего Востока, показали, что, несмотря на найденные конструктивные решения, из-за механической связи с судном невозможно полностью исключить влияние вертикальных перемещений плавоснования на погружение керноприемника в грунт. Неритмичная работа ударного узла негативно сказывается на качестве получаемого образца. Поэтому из всего многообразия технических средств для пробоотбора наиболее эффективными по качеству отбираемого монолита являются автономные пробоотборники с гидравлическим приводом.
Забивной пробоотборник Э.ЗП-89 (рис.4) предназначен для отбора проб грунтов песчано-глинистого комплекса ненарушенного строения, относящихся к I-IV категории по буримости, при бурении инженерно-геологических скважин по технологии с использованием ССП на континентальном шельфе морей и океанов.
Пробоотборник работает следующим образом.
Пробоотборник опускают в скважину на тросе или сбрасывают без троса. При контакте поверхностей втулки 7 и посадочного кольца КНБК спуск заканчивается. Жидкость заполняет полости гидродвигателя. Благодаря давлению рабочего агента на нижнюю поверхность поршня 5 последний начнет подниматься совместно со штоком и расположенными в его проточке подпружиненными ограничителями 4. Отработанная жидкость, находящаяся в верхней полости цилиндра 3, вытесняется поршнем в кольцевой зазор между наружной поверхностью корпуса гидродвигателя 10 и внутренней поверхностью корпуса 13 пробоотборника, а оттуда в кольцевой зазор между наружной поверхностью корпуса 13 и внутренней поверхностью бурильной колонны.
Когда поршень займет верхнее положение, верхний ограничитель 4 взаимодействует с выпускным клапаном 2 и останавливается. Выпускной клапан 2 через толкатель 6 удерживается в исходном положении давлением жидкости на впускной клапан 1. При дальнейшем подъеме поршня начнет сжиматься пружина 8 до момента контакта верхнего и нижнего ограничителей 4. Удар ограничителей и сила сжатия пружины будут переданы через выпускной клапан 2 и толкатель 6 клапану 1. Последний поднимется и откроет впускные окна клапанной коробки, обеспечив доступ жидкости в верхнюю полость цилиндра 3. Одновременно клапан 2 перекроет выхлопное окно. После перестановки клапанов давление жидкости в над- и подпоршневой полостях цилиндра 3 выравнивается.
Поршень и связанные с ним детали начнут двигаться вниз под действием результирующей силы со стороны верхней полости цилиндра 3. При нижнем положении поршня нижний ограничитель 4 будет остановлен опорным узлом тяги 9. В процессе дальнейшего опускания поршня пружина 8 сожмется до момента соударения ограничителей 4. Удар по нижнему ограничителю 4 и сила сжатия пружины передадутся через тягу 9 на клапан 2. Последний сместится вниз и откроет выхлопное окно. Впускной клапан 1 также опустится вниз под действием скоростного напора жидкости и собственного веса и закроет впускные окна клапанной коробки.
После новой перестановки клапанов все подвижные детали займут исходное положение. Цикл работы повторится.
Корпус захватывающего устройства, снабженный захватами 11, установленными в пазах, будучи кинематически связанным со штоком поршня 5, полностью повторяет характер движения последнего. За счет пружины захваты постоянно сохраняют сомкнутое положение.
При движении поршня гидродвигателя вверх происходит подъем бойка 12, при контакте верхней наклонной поверхности захватов 11 с уплотнительной втулкой боек 12 освобождается, получая возможность беспрепятственного падения до соударения с наковальней 14.
Восстановление системы «захваты — боек» осуществляется при ходе поршня вниз.
Погружение керноприемного снаряда в грунт происходит в результате совместного воздействия ударов бойка 12 и давления промывочной жидкости. При этом отбираемая проба входит в керноприемную трубу 15. В процессе углубки корпус 13 пробоотборника перемещается относительно посадочной втулки 7 на величину, равную длине рейса. После погружения керноприемного снаряда в породу на длину рейса отверстия в сигнализаторе перекрываются посадочной втулкой 7. Давление в системе возрастает, что и наблюдается по манометру. После получения сигнала подачу жидкости прекращают и извлекают керноприемный снаряд из пробуренной скважины. Опускают овершот, который соединяется с головкой пробоотборника, и поднимают его на поверхность.
Анализируя применяемые забивные пробоотборники, можно выделить несколько типов исполнения ударных узлов, имеющих отличительные особенности конструкции:
Ударный узел представляет собой корпус, наковальню и боек с канатным приводом. В верхней части бойка имеется проушина для соединения его с канатом лебедки. Лебедка находится на поверхности. Подвешенный на канате боек перемещается в корпусе пробоотборника. Для нанесения удара лебедкой поднимают боек в верхнее положение, затем растормаживают барабан лебедки, в результате чего боек движется вниз под собственным весом.
Ударный узел состоит из корпуса, наковальни и бойка с пружиной. В верхней части бойка имеется конусная головка. Механизм перемещения бойка представляет собой подпружиненные пружиной захваты, имеющие возможность проворачиваться на оси. При контакте с головкой бойка захваты раздвигаются и захватывают боек, в конце хода вверх освобождают его. В верхней части корпуса ударного узла расположена пружина, верхний конец которой закреплен в корпусе. Нижний конец пружины опирается на боек. Пружина сжимается при движении бойка вверх, разжимается соответственно при движении бойка вниз. В конце движения бойка вниз (рабочего хода) происходит его ударное взаимодействие с наковальней, в результате погружение керноприемной трубы в грунт и отбор пробы.
Ударный узел состоит из корпуса, наковальни и бойка. Механизм перемещения бойка представляет собой подпружиненные пружиной захваты, имеющие возможность проворачиваться на оси. Боек в верхней части оснащен конусной головкой. Захваты, попадая на конусную головку, раздвигаются и захватывают боек. В конце хода вверх боек освобождается от захватов и падает вниз под собственным весом. На боек надеты манжеты с целью герметизации подбойковой полости ударного узла. В надбойковой полости в корпусе ударного узла имеется боковое отверстие, через которое в полость поступает жидкость. Герметизация подбойковой полости, заполненной воздухом, позволяет использовать влияние гидростатического давления столба жидкости на скорость падающего бойка. Величина гидростатического давления определяется глубиной моря.
Относительно второго и третьего типов конструкций ударных узлов, отметим, что для подъема бойка может использоваться канатный или гидравлический привод.
В процессе выполнения магистерской работы проводятся исследования динамики бойка забивного пробоотборника.
На данном этапе исследованы два варианта исполнения ударных узлов существующих конструкций забивных пробоотборников:
Боек связан с канатом на рабочем ходе
Согласно рисунку 5, ударный узел забивного пробоотборника включает боек 3, наковальню 4 и корпус 5. Боек соединен с канатом 2 поверхностной лебедки 1. Снизу к корпусу ударного узла присоединен керноприемный снаряд. Для отбора пробы грунта лебедкой поднимают боек в верхнее положение и растормаживают барабан, боек под собственным весом движется вниз. В результате соударения бойка с наковальней происходит заглубление керноприемной трубы в разрушаемый грунт. На рабочем ходе бойка на него действуют следующие силы (рис. 6):
Сила тяжести G
Архимедова сила Pa
Сила лобового сопротивления R
Сила гидравлического сопротивления Pг
Сила трения Fтр
Сила утяжеления бойка за счет приращения длины каната Gк
Сила сопротивления лебедки Рл
Под действием рассмотренных сил составлена математическая модель движения бойка для ламинарного и для турбулентного режимов движения жидкости, обтекающей боек.
При ламинарном режиме движения жидкости:
где 
– ускорение бойка, м/с2; mб – масса бойка, кг; g – ускорение силы тяжести,м/с2; 
— плотность жидкости, в которой происходит движение бойка, кг/м3; 
— плотность материала бойка, кг/м3; c – коэффициент лобового сопротивления, значение которого зависит от формы обтекаемого тела; 
– скорость бойка относительно жидкости, м/с; 
– коэффициент Дарси; D и d соответственно внутренний диаметр корпуса ударного узла и диаметр бойка, м; fтр – коэффициент трения движения; 
– угол между вертикалью и осью пробоотборника (зенитный угол скважины), градус; q – вес 1 м каната; x – текущее перемещение бойка, м; kэ – коэффициент, учитывающий эксцентрическое расположение бойка; 
– кинематическая вязкость, м2/с.
При турбулентном режиме движения жидкости:
Решение уравнений осуществляется на ПЭВМ с помощью программы Mathcad. В результате решения уравнения получаем значения параметров, характеризующих движение бойка, а именно: время, скорость и перемещение. В целях сравнения расчеты параметров движения бойка были выполнены для подобной конструкции со свободно падающим бойком. Результаты расчетов представлены на графике (рис. 7).
Расчет выполнен для таких конструктивных параметров ударного узла пробоотборника:
-диаметр бойка 69 мм;
-наружный диаметр корпуса ударного узла 89 мм (толщина стенки составляет 5 мм);
-плотность материала бойка 7850 кг/м3 (сталь);
-масса бойка 50 кг.
При выполнении расчета также учтены условия эксплуатации пробоотборника, свойства промывочной жидкости, масса лебедки и каната:
-плотность промывочной жидкости 1050 кг/м3 (морская вода);
-кинематическая вязкость промывочной жидкости 0,000001 м2/с;
-зенитный угол скважины ;
-вес 1 метра каната 0,981 Н;
-масса лебедки 200 кг.
Вывод: в случае, когда боек свободно падает, его скорость возрастает быстрее, чем когда он имеет связь с канатом. То есть, канат, связывающий боек с поверхностным оборудованием ограничивает рост скорости движения бойка на начальном этапе. На последующем этапе рост скорости прекращается в обоих случаях. Значения скоростей практически одинаковы.
На свободно падающий боек действует сила разжимающейся пружины
Согласно схеме (рис. 8) ударный узел состоит из корпуса 3, наковальни 1 и бойка 2 с пружиной 4. В качестве привода механизма перемещения бойка используется гидродвигатель. В верхней части бойка имеется конусная головка. Механизм перемещения бойка представляет собой захваты, имеющие возможность проворачиваться на оси. При контакте с головкой бойка захваты раздвигаются и захватывают боек, в конце хода вверх освобождают его. В верхней части корпуса ударного узла расположена пружина, верхний конец которой закреплен в корпусе. Нижний конец пружины опирается на боек. Пружина сжимается при движении бойка вверх, разжимается соответственно при движении бойка вниз.
В конце движения бойка вниз (рабочего хода) происходит его ударное взаимодействие с наковальней, в результате погружение керноприемной трубы в грунт и отбор пробы.
На рабочем ходе бойка на него действуют следующие силы (рис. 9):
Сила тяжести G
Архимедова сила Pa
Сила лобового сопротивления R
Сила гидравлического сопротивления Pг
Сила трения Fтр
Сила действия пружины Рпр
Рабочий ход бойка складывается из двух этапов:
1-й этап – боек движется вниз под действием силы собственного веса и силы разжимающейся пружины, до тех пор, пока ход бойка не превысит рабочий ход пружины.
2-й этап – боек, освобождаясь от пружины, продолжает падать вниз под действием собственного веса.
Под действием рассмотренных сил составлена математическая модель движения бойка на двух этапах для ламинарного и для турбулентного режимов движения жидкости.
На первом этапе:
При ламинарном режиме движения жидкости
где Z – жесткость пружины, Н/м; h0 – предварительный натяг пружины; h – рабочий ход пружины.
При турбулентном режиме движения жидкости
На втором этапе:
При ламинарном режиме движения жидкости
При турбулентном режиме движения жидкости
Решение уравнений осуществляется на ПЭВМ с помощью программы Mathcad. В результате решения уравнения получаем значения параметров, характеризующих движение бойка, таких как время, скорость и перемещение.
Расчет выполнен для таких конструктивных параметров ударного узла пробоотборника:
-диаметр бойка 69 мм;
-наружный диаметр корпуса ударного узла 89 мм (толщина стенки составляет 5 мм);
-плотность материала бойка 7850 кг/м3 (сталь);
-масса бойка 50 кг;
- рабочий ход пружины 0,3 м;
-жесткость пружины 2500 Н/м.
При выполнении расчета также учтены условия эксплуатации пробоотборника и свойства промывочной жидкости:
-плотность промывочной жидкости 1050 кг/м3 (морская вода);
-кинематическая вязкость промывочной жидкости 0,000001 м2/с;
-зенитный угол скважины.
Рассмотрено влияние кольцевого зазора между стенками корпуса ударного узла и бойком на его динамику. Для этого выполнен аналогичный расчет параметров движения бойка для значений кольцевого зазора 3, 4 и 5 мм. На графике (рисунок 9) представлены зависимости скорости движения падающего бойка от его перемещения при различных значениях зазора между стенкой корпуса и бойком.
Сила действия разжимающейся пружины способствует резкому увеличению скорости бойка. При дальнейшем перемещении боек освобождается от пружины и его скорость падает. Максимальное значение скорости бойка наблюдается, когда значение хода бойка совпадает со значением рабочего хода пружины.
Вывод: при использовании такой конструкции необходимо согласовывать ход бойка с рабочим ходом пружины, чтобы скорость соударения бойка с наковальней была как можно больше. Следовательно, и энергия удара будет больше. Но при увеличении скорости бойка увеличиваются и гидравлические сопротивления, способствующие снижению скорости. Для уменьшения гидравлических сопротивлений в нижней части корпуса выполняются отверстия для выхода жидкости.
В соответствии с ГОСТ 12071 – 2000 «ГРУНТЫ Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов» [8], который действует в большинстве стран бывшего Советского Союза, включая Украину, для отбора проб монолитов в песках средней плотности и глинистых грунтах с показателем пластичности не более 0,75 применяют забивные грунтоносы и пробоотборники. Несмотря на имеющиеся конструктивные различия забивные устройства принципиально состоят из бойка, наковальни, керноприемной трубы и башмака (рис.10) Под действием периодических ударов бойка по наковальне происходит заглубление керноприемной трубы с башмаком в грунт. При этом последний в виде столбика керна входит внутрь трубы. Так как грунты, для которых рекомендуется применение забивного способа погружения, преимущественно рыхлые и набухающие, то будет справедливым считать, что керн, несмотря на разность диаметров башмака и керноприемной трубы, будет соприкасаться с поверхностью трубы. Перед каждым последующим ударом бойка керноприемная труба находится в покое.
Величину скорости, которую получает керноприемная часть устройства, можно определить, используя формулу классической теории удара:
где V1 – скорость движения бойка в момент соударения, м/с; Ry – коэффициент восстановления скорости при ударе; mпр – приведенная масса инструмента, воспринимающая удар, кг; m1 – масса бойка, кг.
Приведенная масса включает массу керноприемной трубы с башмаком m2 и массу грунта, сцепленного с инструментом:
Б.М. Ребрик [9,10] определяет массу грунта, участвующую в ударном соударении, согласно схеме на рис.10 а, используя выражение:
где Vгp – объем грунта, м ; – плотность грунта; l – текущая глубина погружения в грунт (высота пробы), м; Dн, D – соответственно наружный и внутренний диаметр керноприемной трубы, м; – угол между вертикальной линией и образующей конуса грунта, который в результате проявления сил сцепления участвует в ударе, градус.
Как видим, величина mгp представляет собой сумму двух масс: грунта, прилегающего к наружной и внутренней поверхностям керноприемной трубы, и зависит главным образом, от угла . Формула (9) выведена Б.М. Ребриком, исходя из условия, что Vгp это объем усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным Dн , за вычетом объема керноприемной трубы и пустого пространства внутри нее. При этом пустое пространство внутри керноприемника также имеет форму усеченного конуса (рис.10 а).
Такой подход является верным при погружении забивного пробоотборника в грунт на глубину, меньшую l1 . Величину l1 можно рассчитать по формуле:
При глубине погружения, большей l1 , пустое пространство внутри керноприемной трубы пробоотборника имеет форму нормального конуса (рис.10 б), его объем постоянен. В этом случае массу грунта, сцепленного с инструментом, следует определять из выражения:
По приведенным зависимостям рассчитана масса грунта, сцепленного с инструментом. Расчеты выполнялись для песка мелкого 
, супеси пластичной 
, суглинка мягкопластичного 
и глины тугопластичной 
. Произведено сравнение полученных результатов с результатами расчетов по формуле, предложенной в работах Б.М. Ребрика. Оно показало: при относительно больших глубинах погружения расхождение в результатах значимо. Так при ударном погружении керноприемной трубы диаметром 89 м на 1 м расхождение в массе грунта, сцепленного с инструментом, составляет 17-25%. В связи с этим, для точного определения приведенной массы инструмента, участвующей в ударном взаимодействии, при глубине погружения, большей l1 , рекомендуется пользоваться зависимостью (11).
Ребрик Б.М. Практическая механика в разведочном бурении. - М.: Недра,1982.-319 с.
Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991.– 331 с.
Лейбензон Л.С. Собрание трудов, т.3. Нефтепромысловая механика. – М.: Изд–во Академии наук СССР, 1955. – 678 с.
Асеев А.Г., Распопов В.М., Хворостовский С.С. Бурение разведочных скважин на шельфе. – М.: Недра, 1988. – 197 с.
Каракозов А.А., Рязанов А.Н. Перспективы разработки забивных устройств для отбора монолитов при бурении морских скважин с использованием съемных скважинных приспособлений // В сб. "Бурение скважин в осложненных условиях". – Донецк: ДонГТУ, 1996. – С.130–132.
Рязанов А.Н. О влиянии величины кольцевого зазора на скорость соударения бойка ударного узла с наковальней. // В сб. "Бурение скважин в осложненных условиях". – Донецк: ДонГТУ, 1996. – С.72–75.
Ребрик Б.М. Бурение инженерно-геологических скважин. - М.: Недра,1990.-336 с.
ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. – Введ. 01.07.2001. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 15 с.
Ребрик Б.М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин. – М.: Недра, 1983. – 288 с.
Ребрик Б.М. Ударное бурение грунтов. – М.: Недра, 1976. – 232 с.
© ДонНТУ 2010 Середа Оксана