Бентонитовые структурообразователи и вспомогательные реагенты для бурения при производстве работ методом ГНБ – являются неотъемлемой частью процесса горизонтально-направленного бурения. В комплексе с индивидуальным подходом и грамотным технологическим сопровождением, позволяющим более рационально и эффективно осуществлять работы методом ГНБ, минимизировать риски аварий, помогает значительно сократить срок строительства и избежать возникновения осложнений технологического характера.
Бентонит представляет собой природную глину, которая на 70% (и более) состоит из минерала монтмориллонит. Если в составе глины количество монтмориллонита меньше 70%, то такая глина относится к бентонитоподобным глинам. При строительстве методом ГНБ такой вид глины в качестве основы бурового раствора не используется. В качестве основы бурового раствора для ГНБ используются бентониты следующих видов:
- модифицированный (природный кальциевый или натриевый бентонит, обработанный кальцинированной содой, полимерами или другими химикатами, улучшающими качество суспензии);
- немодифицированный (природный кальциевый или натриевый бентонит, не обработанный химическими методами либо обработанный в незначительной для ГНБ степени).
Буровой раствор служит для:
- размыва грунта на забое скважины;
- поддержания бурового шлама в скважине во взвешенном состоянии и удаления его из кольцевого пространства;
- охлаждения буровой головки, излучателя и расширителя в процессе их работы;
- временного закрепления внутренних стенок скважины от обрушения в процессе производства работ;
- снижения величины трения трубопровода о стенки скважины при его протаскивании.
Несоблюдение технологии ГНБ и использование некачественного бентонита и полимеров приводит к необратимым последствиям:
- ускоренному износу деталей насосов высокого давления буровых машин, двигателей, оборудования и инструмента при увеличении рабочих нагрузок при бурении;
- обжиму трубы или бурового инструмента при потере циркуляции раствора в скважине;
- обрыву трубы или поломке бурового инструмента вследствие критических нагрузок;
- выбросу бурового раствора на поверхность из буровой скважины («грифоны»).
Процесс затворения бурового раствора
Приготовление бурового раствора производится в растворном узле, входящим в состав буровой установки. Буровой раствор готовится в смесителе (гидроворонке) где техническая вода смешивается с глинопорошком и полимерами в необходимых количествах. Глины — сложные по составу полидисперсные породы, представляющие собой природную смесь глинистых (монтмориллонит, каолинит, гидрослюда и др.) и неглинистых (кварц, кальцит, полевой шпат) минералов. Глина является безвредным природным.
Для приготовления бурового раствора необходимо использовать пресную или слабоминерализованную воду (жесткость до 15 мг-экв/л.), имеющую температуру выше 4 0С. Вода затворения должна иметь концентрацию водородных ионов или водородный показатель рН – 8…9. рН в полевых условиях определяют с помощью лакмусовой индикаторной бумаги. В случаях, когда жесткость вода превышает нормальную, необходимо добавлять в воду затворения кальцинированную соду.
Вода затворения проверяется на вязкость (воронкой Марша). Воронка наполняется водой через сито, до верхней калибровочной линии (0.946353 дм3 – кварта) и засекается время полного ее истечения. Время истечения должно равняться 26 с. Если это время больше или меньше указанной величины, то необходимо использовать другую воду.
На стадии приготовления бурового раствора и в ходе бурения методом ГНБ контролируются следующие параметры:
- плотность, кг/м3 – ареометром;
- условная вязкость, с – воронкой Марша;
- водоотдача, см3/30мин. – прибором ВМ — 6;
- толщина глинистой корки, мм.;
- статическое напряжение сдвига, СНС, Па;
- динамическое напряжение сдвига, ДНС, Па;
- содержание песка, %;
- концентрация водородных ионов, рН.
Значения основных технологических показателей бурового раствора должны быть в следующих пределах:
- плотность – 1020…1100 кг/м3;
- вязкость – 25…90 сП;
- водоотдача – 5…8 см3/30мин.;
- липкость глинистой корки (коэффициент трения) 0.2…0,9;
- динамическое напряжение сдвига – 15…30 Па;
- содержание абразивных включений 0,2 %;
- концентрация водородных ионов – 8…9 рН;
- выход бурового раствора при вязкости 25 сП не менее 15 м3/т.
Технология приготовления бурового раствора заключается в следующем:
- сначала в воде замешивается глинопорошек — бентонит (минут 20 – до полного распускания),
- затем добавляется полимер РНРА (10…15минут до полного растворения),
- затем полимер РАС (также 10…15минут до полного растворения).
| Наименование компонента | Количество компонента, кг на 1 м воды, для
группы грунтов по буримости |
|||||||
| I-III | IV-V | VI -VII | ||||||
| суглинки, глины разной степени плотности, твердости и пластичности | супеси,пески разной степени крупности и плотности | алевролиты и песчаники слабосцементированные; выветрелые, мергель; мел разной степени плотности и твердости | суглинки и супеси с примесью мелкой (до 3 см) гальки или щебня до 20% | мерзлые породы: глины и суглинки,супесь,песок | галечнощебенистые грунты,связанные глинистым или другим материалом | твердые горные осадочные породы на песчаноглинистом или другом пористом цементе | твердые горные осадочные породы на известковистом или кремнистом цементе | |
| Кальцинированная сода | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 | 0,2-1,5 |
| Бентонит модифицированный | 0-20 | 15-60 | 10-30 | 20-50 | 20-60 | 30-60 | 30-60 | 15-30 |
| Частично гидроизолированный полиакриламид (РНРА) | 0,5-2,0 | — | — | 0,5-1,5 | — | 0-1,0 | — | — |
| Полианионная целлюлоза (РАС) | — | 0,3-3,0 | 0-1,0 | 0-1,0 | 0,5-3,0 | 0,5-2,0 | — | — |
| Ксантан | 0-2,0 | 0,3-2,0 | 0,5-2,0 | 1,0-3,0 | 0,3-3,0 | 1,0-3,0 | 1,0-2,0 | 0,5-1,0 |
| Лубрикант | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 | 0-5,0 |
Для очистки бурового раствора от шлама следует использовать комплекс механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги, блоки химического усиления центрифуги.
Оборудование, входящее в состав циркуляционной системы очистки, устанавливается по следующей технологической цепочке: блок грубой очистки от шлама (вибросита) – блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор) – блок регулирования содержания твердой фазы, т.е. плотности бурового раствора (центрифуга) – блок химического усиления центрифуги, позволяющий разделить твердую и жидкую фазы бурового раствора.
