Клеймюк, А. Е. Буровые растворы: строительство скважины в водонасыщенных и неустойчивых грунтах
Строительство скважины в водонасыщенных и неустойчивых грунтах
Алекандр Клеймюк,
технический директор ООО «Мад Мастер»
Буровой раствор из стандартных компонентов не всегда способен обеспечить стабильность скважины – из-за её большой длины или диаметра, специфического грунта или всех факторов сразу. В этих случаях требуется подбирать рецептуру раствора под конкретную ситуацию. «Мад Мастер» делится своим опытом работы в водонасыщенных грунтах (так называемых «плывунах»), и рассказывает, как построить устойчивую скважину для успешной протяжки труб.
Стабильность стенок скважины в несвязанных грунтах зависит от образования на них глинистой корки, которая впоследствии их и удерживает. Процесс образования глинистой корки является частью процесса фильтрации, когда частицы бентонита проникают в поровые пространства и оседают на поверхности песчинок, из которого состоит грунт.
Почему в «плывуне» стенки скважины не держатся? Потому что в водонасыщенном грунте практически отсутствует фильтрация. Когда поры грунта уже заполнены водой, фильтроваться нашему раствору некуда, поэтому устойчивая корка не образуется.
Каким образом можно создать глинистую корку на поверхности грунта, заполненного жидкостью? Процесс фильтрации происходит, когда давление промывочной жидкости, то есть, нашего бурового раствора больше, чем пластовое давление. Из-за небольших глубин в ГНБ пластовое давление обусловлено степенью насыщенности грунта водой и гидростатическим давлением жидкости. Заполняя скважину буровым раствором, мы уже создаем равновесие между гидростатическим давлением жидкости в грунте и скважиной. Но нам необходимо обеспечить образование глинистой корки, а для этого необходимо, чтобы давление жидкости в скважине было больше, чем в грунте. Это
достигается двумя способами:
- циркуляционным давлением в момент прокачивания раствора;
- увеличением гидростатического давления при увеличении плотности раствора.
Таким образом, прокачивая бентонитовый раствор, мы уже создаем некоторое противодавление, но его, очевидно, не хватает для необходимого процесса фильтрации. В этом случае на помощь приходит специальная добавка MAGMA FIBER.
MAGMA FIBER представляет собой специальное экструдированное минеральное волокно, которое, попадая в раствор, быстро смачивается и распадается на мелкие волокна. Эти волокна даже при минимальном процессе фильтрации создают армирующую сетку на поверхности стенки скважины. Именно к данному волокну бентонит имеет высокую адгезию и начинает на нем оседать, образуя тонкую прочную армированную корку.
Для этого процесса требуется два условия:
- применение качественного бентонита, а не низкосортных глинопорошков или смеси на их основе с корректирующими параметры добавками;
- использование качественных полимеров для снижения фильтрации бурового раствора.
Типичная рецептура бурового раствора для бурения в водонасыщенных грунтах:
- WELL GEL PREMIUM – 25 кг/м3
- SAND MASTER – 1 кг/м3
- MAGMA FIBER – 3 кг/м3
Эта рецептура эффективна в большинстве случаев, но бывает, что и она не работает, например, при сильно проницаемом грунте и перетоках грунтовой воды. В нашем опыте есть случай, когда после нескольких неудачных попыток на стандартном растворе бурение с добавкой MAGMA FIBER в «плывуне» прошло успешно. Бурили летом, в условиях стоявшей почти месяц жаркой погоды. Длина скважины – 300 м, расширение – 750 мм. Но через два дня после протяжки начался дождь, и продолжался несколько дней. Когда через неделю приступили к бурению второй, параллельной скважины, с тем же самым раствором она уже не держалась.
В таком случае рекомендуется увеличить противодавление и содержание бентонита в растворе. Добивались мы этого, поменяв WELL GEL PREMIUM на бентонит без добавок с концентрацией 65 кг/м3. Да, именно так, иногда «универсальные» готовые бентонитовые смеси не подходят для специфических условий.
Стоимость 1 м3 раствора, конечно, получилась дороже, и смеситель работал без остановки. Но бентонитовых частиц для образования глинистой корки в растворе уже было в 2,5 раза больше, плотность раствора выросла с 1,02 до 1,06 г/см3. В обязательном порядке добавляли понизитель фильтрации SAND MASTER и волокно MAGMA FIBER.
Рецептура раствора была следующей:
- Немодифицированный бентонит – 65 кг/м3
- SAND MASTER – 1 кг/м3
- MAGMA FIBER – 3 кг/м3
С такой рецептурой скважина держалась, выход был постоянным, повышенных нагрузок при протяжке не было.
Минеральное волокно MAGMA FIBER можно добавлять не на всех расширениях и не на всем протяжении скважины, а только на предварительном и финальном расширении и на интервале водонасыщенного грунта. В этом случае использование волокна позволит укрепить стенки скважины перед протяжкой, но не обеспечит стабильность стенок и полный вынос шлама при предварительных расширениях.
Та же рецептура бурового раствора используется, если на скважине встречаются участки с насыпным грунтом, щебнем, галькой. MAGMA FIBER в этом случае формирует пространственную основу для образования глинистой корки. Происходит блокирование поровых пространств в грунте и укрепление грунта в объеме вокруг скважины.
У компании «МадМастер» есть решения для большинства типов грунтов, а в ассортименте – действительно качественные и инновационные буровые добавки. Решая нестандартные ситуации, мы продолжаем учиться вместе с вами, и всегда готовы поделиться опытом со своими клиентами
Минеральное волокно MAGMA FIBER производится в США.
Процесс образования глинистой корки с волокном MAGMA FIBER.
Минеральное волокно MAGMA FIBER.