Буровые растворы для ГНБ. Бентонит

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.

С данной статьей читают:

Меню