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

Второй вид вибрационного бурения, называемый виброударным, осуществляется с помощью вибромолота. Прижатому к забою инструменту через бурильную колонну вибромолотом сообщаются частые удары, направленные в сторону забоя. Под действием инструмент внедряется в породу и разрушает ее.

Рис. 2. Принципиальная схема вибрационного бурения:
1 — электродвигатель; 2 — вибратор; 3 — бурильная труба; 4 — переходник; 5 — виброзонд

Принципиальная схема применяющегося при бурении двух-блочного вибратора показана на рис. 104, а. От электродвигателя при помощи клиновых ремней вращение передается одному из валиков вибратора. Второй валик приводится во вращение от первого через шестерни. Валики вибратора с закрепленными на них эксцентриками находятся в корпусе. Для присоединения к вибратору бурового инструмента на днище корпуса закреплен переходник. В верхней части вибратора имеется серьга.

В процессе работы вибратора эксцентрики вращаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью и фазовым углом. Масса эксцентриков и величина их эксцентриситетов одинаковы. Поэтому возникающие при вращении валиков центробежные силы и равны между собой. Направление этих сил постоянно меняется. Горизонтальные составляющие центробежных сил Si и 5г при любом положении эксцентриков равны и имеют противоположное направление. Поэтому они всегда взаимно уравновешиваются. Вертикальные составляющие центробежных сил Pi и Р2 всегда равны по величине и совпадают по направлению. Результирующая этих сил Pi + P2 = 2P возмущающая сила) постоянно меняется по знаку и создает вертикальные колебания вдоль оси бурового снаряда, соединенного с вибратором.

Различают вибраторы с жестким креплением двигателя к корпусу (БТ-6, БТ-9, В-109) и вибраторы, называемые подрессоренными (ВПМ-1, ВПМ-2, ВБЛ-ЗМ, ЛГИ-1, ЛГИ-2), корпус которых отделен от двигателя пружинами.

В вибромолотах между корпусом механизма, в котором заключены валики с эксцентриками 4, и буровым снарядом введена система молота и наковальни. Наковальня воспринимает односторонние удары со стороны вибрирующего корпуса машины и передает их через переходник 11 на буровой снаряд.

В настоящее время применяются вибромолоты ВБ-7, ВГ-6, ВГ-8 (беспружинные), С-402А, С-833, С-835 (пружинные) и др.

Вибрационные машины используются для бурения неглубоких скважин в мягких породах при инженерно-геологических изысканиях и разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, для спуска и извлечения обсадных труб, а также при ликвидации некоторых аварий в скважинах.

Вибромашины ВО-6, ВО-Ю, ВО-14, С-835, ВГ-6, ВГ-8 имеют центральное отверстие, позволяющее при помощи специального зажимного патрона закреплять их на гладкой части обсадных труб, оставляя верх колонны открытым для спуска в нее на канате желонки или другого инструмента.

В основном вибромашины приводятся в действие электродвигателями. Меньшая их часть (БТ-6, ВДШ-1) имеют привод от двигателей внутреннего сгорания через гибкий вал.

Вибраторы ЛГИ-1 и ЛГИ-2 отличаются тем, что наряду с вибрационным движением могут передавать инструменту вращательное.

С увеличением длины колонны бурильных труб затухают колебания породоразрушающего инструмента и замедляется углубление скважины. Поэтому глубина вибрационного бурения не превышает 25—30 м.

Применяемые в настоящее время вибрационные установки делятся на переносные, передвижные и самоходные. Переносные установки используются в труднодоступных районах. Передвижные установки обычно монтируются на одноосном колесном прицепе и транспортируются буксированием.

Самоходные установки монтируются на автомашинах или тракторах. Изображенная на рис. 105 установка АВБ-2М предназначена для бурения скважин диаметром 168—108 мм вибрационным способом на глубину до 20 м. Установка смонтирована на автомашине ГАЗ-66. От двигателя автомашины через трансмиссию приводятся планетарная лебедка и генератор. На раме автомашины шарнирно закреплена трубчатая мачта, поднимающаяся и опускающаяся с помощью винтового подъемника, имеющего индивидуальный привод от электродвигателя через червячную пару. В качестве рабочего органа для бурения скважин используется беспружинный вибромолот ВБ-7 с приводом от электродвигателя. Электроэнергия к двигателям вибромолота и подъемника мачты подается от генератора. Лебедка предназначена для выполнения спуско-подъемных операций, удержания вибромолота в подвешенном состоянии, а также производства вспомогательного для данной установки ударно-ка-натного бурения.

Тип породоразрушающего инструмента, применяемого при вибрационном бурении, зависит от физико-механических свойств пород и целевого назначения скважины.

Для бурения сухих песков и связных глинистых пород применяется виброзонд, представляющий собой цельнотянутую трубу длиной 1,5—3 м с заостренным башмаком внизу и продольным вырезом на боковой поверхности. Вырез служит для осмотра поднятой из скважины породы и очистки от нее зонда. Диаметры зондов 89, 108, 127, 146, 168 и 219 мм.

Слабосвязные породы с повышенной влажностью бурят виброзондом с клапаном.

Образцы породы с ненарушенной структурой отбираются забивным грунтоносом.

Скважины глубиной до 5—6 м по мягким породам, свободно входящим в грунтонос без образования пробок, бурят за один рейс на всю глубину скважины. В более плотных породах, а также при глубине скважины, превышающей высоту мачты, бурят за несколько рейсов. Углубление за рейс при этом зависит от плотности пород и составляет 0,3—0,5 м.

Рис. 3. Вибрационная установка АВБ-2М:
1 — винтовой подъемник мачты; 2 — талевый блок; 3 — вибромолот; 4 — мачта; 5 — опора мачты; 6 — лебедка; 7 — генератор; 8 — автомашина

Рис. 4. Породоразрушающий инструмент для вибрационного бурения:
а — виброзонд; б — виброзонд с клапаном; 1 — башмак; 2 — корпус; 3 — резьбовой конус; 4 — клапан; 5 — упор; 6 — палец

При разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, когда требуется тщательное опробование, бурят с ходовой обсадной колонной, породу из которой извлекают желонками или грунтоносами через определенные интервалы (0,2 м).