Одной из сложных производственных задач, возникающих при бурении инженерно-геологических скважин, является отбор проб монолитов ненарушенной структуры из сложных геологических разрезов. Инженерам буровых компании нередко приходится решать подобные задачи. Так, геологическим заданием предусмотрено было отобрать ненарушенные пробы диаметром 112 мм из разреза, представленного отложениями песков различного состава, общей мощностью до 30 м. Требования к качеству монолитов предъявлялись очень высокие, необходимо было сохранить от разрушения мелкие пропластки различных по составу песков и включений, а так же сохранить ненарушенной структуру залегания пород.
Ситуация осложнялась сильным обводнением разреза. Статический уровень грунтовых вод находился на глубине 5-7 метров. При попытке использовать для опробования вращательное колонковое бурение не удалось получить ненарушенные монолиты из обводненной части разреза и удержать стенки скважины от оплывания.
Подвижность обводненного песчаного грунта, после достижения уровня грунтовых вод, была настолько велика, что скважина после подъема снаряда полностью оплывала до прежнего уровня, а в пробоотборнике не удавалось поднять никаких образов, несмотря на использование различных удерживающих приспособлений. Использовать для закрепления стенок скважины глинистые растворы не представлялось возможным, из-за жестких требований по загрязнению монолитов посторонними минералами.
Попытки задавливания обсадной колонны в обводненные породы с вращением, привели только к частичному успеху. После достижения глубины 10-15 м. мощности самоходной буровой установки ЛБУ-50 оказалось недостаточно для эффективного задавливания обсадной колонны диаметром 146 мм в плотные обводненные пески.
Резьбы обсадной колонны не выдерживали прикладываемых нагрузок. В таких условиях обеспечить качественное опробование скважин до глубины 25-30м с достаточно высокой производительностью бурения оказалось невозможным. Для решения проблемы опробования и достижения высокой скорости сооружения скважин было решено опробовать комбинированный способ бурения. По необводненным интервалам разреза предполагалось использовать вращательное колонковое бурение, а в обводненных разрезах вибрационное.
Стандартная установка ЛБУ-50 была дооборудована электрическим вибромолотом ВБ-7, с усилием 35 кН и массой 340 кг (используемым в установках АВБ-2М), и портативным генератором мощностью 20квт с приводом от ДВС. Выход вибромолота оснащен переходником, позволяющий подсоединять его к колонне бурильных труб муфто-замкового соединения МЗ-50.
Перемещение и погружение вибромолота и бурового снаряда производится с помощью лебедки установки ЛБУ-50. Привод вибратора производился от асинхронного трехфазного двигателя мощностью 3,5 кВт. Для обеспечения установки электроэнергией использовался передвижной электрогенератор с бензиновым двигателем, мощностью 20 кВт. Бурение скважин по верхним, необводненным интервалам проводилось без осложнений обычным вращательным способом. Скважины обсаживались трубами диаметром 146 мм до уровня грунтовых вод.
При входе в обводненные пески вращательное бурение прекращалось. К верхнему концу обсадной колонны через специально изготовленную переходную вилку закреплялся вибромолот. После включения вибрации происходило быстрое погружение обсадной колонны интервалами по 3 м. После погружения обсадных труб, внутри на бурильной колонне, опускался пробоотборник диаметром 132 мм. Погружение пробоотборника так же производилось при помощи вибрации, без вращения, на глубину интервала 3 м. После подъема пробоотборника производилось извлечение монолита, наращивание обсадной колонны на длину нового интервала (около 3 м), и операция погружения обсадной колонны повторялась.
Полный цикл погружения обсадной колонны и отбора пробы на одном интервале занимали не более 25 мин. После окончания бурения скважин обсадные колонны извлекалась при помощи лебедки буровой установки. Случаев прихватов или затруднений при извлечении труб диаметром 146 мм не отмечалось. Наибольшего внимания заслуживает качество опробования при использовании вибрационного способа отбора проб в сильно обводненных песках.
При использовании вращательного способа отбора, даже в том случае, если удавалось удержать пробу внутри трубы при помощи различных устройств, при извлечении на поверхности происходило выливание обводненного песка с полным перемешиванием отдельных слоев и потерей структуры монолита. При отборе пробы вибрационным способом происходило выделение воды в верхнюю часть пробоотборной трубы. При этом обводнение самого монолита было минимальным. Это позволило отбирать пробы, с любой глубины обводненного интервала, практически без потерь, вообще не используя технических средств, для удержания пробы внутри трубы.