Основы буровых растворов при ГНБ

Давайте попробуем приоткрыть завесу тайны над тем, что же все-таки такое буровая жидкость. Для начала, давайте согласимся, что основным компонентом любого бурового раствора, является вода. В некоторых грунтах, вода может быть единственным компонентом буровой жидкости. Тем не менее, мы видели, что в большинстве случаев вода сама по себе является не столь эффективной буровой жидкостью, как нам хотелось бы. В этих случаях, мы должны обрабатывать воду специальными буровыми добавками/присадками. Этими присадками обычно являются бентонит Baroid BORE-GEL или TUNNEL-GEL PLUS, полимеры Baroid или комбинация обоих. Как мы понимаем, какую буровую добавку/присадку нам использовать? Мы просто используем добавку или добавки к соответствующему типу грунта.

Для простоты определения мы можем разделить грунты на два вида: «крупнозернистые» и «мелкозернистые». Для «крупнозернистых» грунтов (песок, гравий), мы используем бентонит BORE-GEL или TUNNEL-GEL PLUS с полимером QUIK-TROL или FILTER-CHEK. Основную роль в «крупнозернистых» (песок, гравий) грунтах играет количество бентонита. Для «мелкозернистых» грунтов (глина и сланец), мы должны использовать полимеры серии EZ-MUD и Baroid CON DET или смесь бентонит/полимер. Т.е. основную роль в «мелкозернистых» (глина, сланец) грунтах играют полимеры. Давайте разберемся сначала в «крупнозернистых» грунтах и необходимости использовать бентонит.

При бурении песка и гравия, мы нуждаемся в буровом растворе, который сделает две вещи:

Во-первых, мы нуждаемся в растворе, который бы оставался в скважине и никуда не уходил. Мы знаем, что вода сама по себе не способна на это, потому что свободно протекает через песок. Уже поэтому нам нужно использовать натриевый бентонит Baroid. Натриевый бентонит Baroid, когда полностью размешивается в воде, разделяется на маленькие частицы, называемые бентонитовыми пластинками. Эти плоские пластинчатые частицы чрезвычайно малы. Фактически, если вы возьмете один кубический дюйм (16 см3) высококачественного натриевого бентонита Baroid и разделите его на бентонитовые пластинки, то они образуют достаточную суммарную площадь поверхности, чтобы покрыть 66 футбольных полей (из этого можно понять, почему так важно качественное размешивание бентонита и хорошее смесительное оборудование). Итак, когда мы закачиваем бентонитовый раствор в скважину под давлением, он, точно так же как вода, хочет просочиться через песок. Однако, в этом случае пластинки бентонита в нашем растворе, начинают прилипать к поверхности песчинок песка, тем самым формируя стенки бурового канала, т.е. образуют "фильтрационную корку", которая останавливает проникновение раствора в грунт. Водная фаза раствора, которая успела проникнуть в грунт через эту фильтрационную корку, называется "фильтрат". Мы можем улучшить качество фильтрационной корки и уменьшить количество фильтрата, проникающего в окружающий грунт одним из двух способов. Мы можем добавить еще бентонита (больше бентонитовых пластинок), или мы можем использовать полимеры Baroid QUIK-TROL или FILTER-CHEK, которые в сочетании с бентонитом "склеивают" пластинки улучшая фильтрационную корку. В большинстве случаев, желательно использовать смесь бентонит/полимер, так как мы получаем более поддающуюся перекачке насосом жидкость и соответственно более текучую пульпу на выходе. Важно помнить, что в QUIK-TROL полимер нового поколения и его нужно использовать в 3 раза меньше, чем FILTER-CHEK, эти полимеры в небольших количествах значительно улучшают свойства бентонита. К сожалению, мы не можем использовать в песках раствор только на основе полимеров. У полимеров нет таких твердых частиц как пластинки бентонита, и они не смогут сформировать фильтрационную корку. Таким образом, наиболее выгодное использование бурового раствора в «крупнозернистых» грунтах – это сочетание BORE-GEL или TUNNEL-GEL и полимера QUIK-TROL.

Вторая причина, по которой мы используем буровой раствор в песке или гравии – это необходимость создания суспензии в канале или так называемой «прочности геля». Когда мы думаем о резаке или расширителе, мы думаем, что о том, что основная их задача – резать грунт, т.е. бурить. Однако эти инструменты во время бурения имеют очень важную вторую функцию. Они отвечают за смешивание грунта с раствором, и превращают его в текучую пульпу. Буровой раствор, который мы используем, должен быть в состоянии удержать частицы грунта в подвешенном состоянии и донести их в виде пульпы до приемного котлована. Если буровой раствор не способен удерживать выбуренных грунт, то частицы грунта быстро оседают на дно канала, что не желательно при расширении (так как канал получается меньшего диаметра), и может закончиться тем, что при протяжке труб вы застрянете. Бентонит в нашем случае обеспечивает выносную способность и некоторую «прочность геля», чтобы частицы грунта не оседали. Каждый, кто сталкивался с буровым раствором, слышал, что термином "вязкость" имеют обыкновение описывать густоту бурового раствора. Вязкость – это число секунд, которые требуются для одной кварты (≈литр) жидкости, чтобы истечь через воронку Марша. Проблема состоит в том, что вязкость говорит нам только о густоте жидкости. У нас вполне может быть густой раствор (с высокой вязкостью), у которого низкая выносная способность, т.е. низкая «прочность геля». Буровой раствор в ГНБ - это как раз пример того, где прочность геля является намного более важным свойством, чем вязкость. У воды низкая вязкость и нет прочности геля. Полимер QUIK-TROL с водой может дать нам довольно высокую вязкость, но низкую прочность геля. Натриевый бентонит, дает нам оба свойства и вязкость, и некоторую прочность геля. Для того, чтобы быть уверенным в том, что грунт не оседает в нашем канале можно использовать биополимер Baroid NO-SAG (от нет оседания).

Сколько бентонита и полимера требуется, чтобы получить нам желаемые свойства? Обычно, около 30 кг высококачественного натриевого бентонита BORE-GEL и 0,7 кг QUIK-TROL на 1 м3 нужно для безопасного бурения в песке или гравии либо при использовании TUNNEL-GEL PLUS 25 кг и 1,2 кг QUIK-TROL LV на 1 м3 раствора. В некоторых ситуациях бентонита требуется до 60 кг/м3. Мы должны быть уверены, что бурение в песке и гравии будет успешным. Не экономьте на бентоните в этих грунтах. Помните - в бой на мечах не идут с перочинным ножом.

Итак, наш раствор остается в канале (хорошая фильтрационная корка) и у нас хорошая выносная способность раствора и прочность геля, теперь мы можем перейти к потоку раствора. Когда у нас на протяжении бурения есть хороший вынос пульпы в приемный котлован, мы знаем что наш канал чист. Некоторые бурильщики говорят, что если все время есть «обратка» - это лишние проблемы с тем, куда утилизировать раствор. А настоящая проблема состоит в том, что когда они застревают, они тратят огромное количество времени и сил на извлечение инструмента и перебуривание канала. Хотя бывают случаи, когда бурильщики начинают паниковать из-за отсутствия «обратки». На все это можно сказать, что в горизонтально-направленном бурении(ГНБ) наличие хорошего потока пульпы в приемный котлован (обратки) при расширении настоятельно рекомендуется, так как это дает вам уверенность, что ваш канал очищался во время бурения.