Бетонит для ГНБ

Когда сооружение инженерной сети посредством открытого разреза почвы невозможно, применяют горизонтально направленное бурение (ГНБ) - создание пространства для прокладывания коммуникаций без нарушения поверхности грунта. Разрушенная порода смешивается с буровым раствором и удаляется из скважины в виде шламового потока. Буровой раствор, в состав которого входит вода и бентонит для ГНБ, служит для смазки и охлаждения породоразрушающего инструмента установки ГНБ, предотвращает осыпание стенок скважины и обеспечивает скольжение во время протягивания трубопровода.

Описание и виды бентонита

Природная глина с повышенным содержанием различных минералов, которая при смачивании вспучивается и образует вязкую гелеобразную эмульсию, называется бентонит. Ископаемый материал получил свое название по ассоциации с месторождением глины в городе Benton. Крупнейшие месторождения бентонитных глин находятся в США, Канаде, России, Великобритании. Глина имеет сложный состав, который содержит натрий, магний, окись железа, кальций, кварц, слюду, сепиолиты, полевые шпаты.

Для разных задач используются различные по составу бентониты. Они классифицируются по количеству доминирующего в составе глины вещества: кальциевый, натриевый, калиевый. Преобладание натрия ускоряет набухание раствора, кальция - замедляет. Песок в составе бентонитной глины нежелателен, его содержание негативно влияет на качество сырья. Вяжущие свойства бентонита используются для приготовления буровых растворов, его расход при ГНБ зависит от диаметра скважины и водопоглощения породы, в которой производится бурение.

Свойства

Решающее значение для продуктивности бурения имеют свойства бурового раствора. Бентонитовая смесь для ГНБ приготавливается непосредственно на месте бурения. В рабочий котлован, заполненный водой, добавляют порошкообразный бентонит, который набухает и посредством многократного прохождения через буровой насос превращается в однородную эмульсию. В зависимости от условий бурения в готовый раствор вводятся дополнительные компоненты, влияющие на плотность, вязкость, водоотдачу и другие параметры.

Эмульсия имеет сложный физико-химический состав и в процессе буровых работ контролируется более чем по 20 параметрам. Забор проб для проверки на соответствие необходимым для бурения качествам осуществляется на выходе шламового потока из ствола скважины. При частичной утрате заданных свойств раствор "освежается" введением в рабочий котлован необходимых компонентов или дополнительных порций бентонита. Опытному мастеру ГНБ достаточно тактильного контакта и визуального осмотра протекающей смеси, чтобы сделать вывод о существенном изменении какого-либо из параметров:

• плотность - измеряется буровым ареометром и зависит от веса 1 м³ рабочей эмульсии;
• теплоемкость и теплопроводность - способность поглощать и передавать тепло;
• коэффициенты расширения и давления - характеризуют изменение объема и давления раствора на стенки скважины при изменении его температуры;
• условная и пластическая вязкость - характеризуют прокачиваемость раствора насосным оборудованием;
• эффективная вязкость - соотношение зависимости вязкости от скорости прокачивания;
• динамическое напряжение сдвига - сопротивление, которое раствор оказывает свободному течению;
• статическое напряжение сдвига - значение силы, которую необходимо приложить, чтобы привести раствор в движение;
• коэффициент и показатель коллоидальности;
• консистенция - показатель зависимости сдвига от скорости течения;
• показатели неньютоновского поведения и касательного напряжения сдвига;
• седиментация - показатель стабильности раствора в процессе бурения;
• показатели фильтрации - характеризуют способность закреплять и удерживать корку, образуемую на стенках скважины;
• характеристики электропроводности;
• минерализация, щелочность, водородный показатель.

Решающее значение, характеризующее качество бентонита для ГНБ, имеет способность образования глинистой смеси высокой степени вязкости, которая может удерживать воду на протяжении длительного времени.

Способы применения

Бентонит применяется во многих отраслях: пищевой промышленности, сельском хозяйстве, виноделии, косметологии, медицине, стоматологии, строительстве. Область применения бентонита напрямую зависит от содержания в составе преобладающего вещества:

1. Кальциевый: имеет низкую степень набухания. Широко применяется в производстве прохладительных напитков и виноделии для осветления винного сусла, осаждения дрожжевой мути, взвеси винного камня, связывания дубильных веществ.
2. Натриевый: имеет высокую степень набухания. Широко применяется при бурении для заполнения образующихся полостей, обволакивания и закрепления стенок скважины. Также его применяют для гидроизоляции в строительстве тоннелей, дамб, фундаментов, гидроэкранов.
3. Калиевый бентонит в сочетании с различными компонентами применяют для повышения качества нефтяного сырья и его очистки от нежелательных примесей.

Требования к буровой смеси

Горизонтальные скважины промываются высоковязкими растворами с содержанием 40-50 кг бентонита на 1 м³ воды. Прокачиваемая по стволу скважины эмульсия должна стимулировать разрушение инструментом пластов породы, выводить со шламовым потоком ее частицы на поверхность, освобождая забой скважины, очищать стенки пробуренного канала от налипания слоев породы, обволакивать и герметизировать скважину, предотвращать осыпания и обрушения ее стенок.

Быстро и правильно приготовленная смесь позволяет произвести качественное безаварийное бурение и решить массу задач, от которых напрямую зависит успех процесса создания скважины. На подготовку раствора отводится минимум времени: около 20 минут. За этот срок бентонит должен полностью набухнуть в воде, превратившись в однородную гелеобразную массу.

Как выбрать

Выбор смеси зависит от состава пород, в которых создается скважина, и условий бурения. Производители реализуют глину в виде герметично упакованных готовых смесей бентонитного порошка с добавлением полимеров. Составы рассчитаны на базовые сценарии бурения: легкие пески, глинистые почвы, песчаники, тяжелые скальные породы.

1. Ultra-Gel - бентонитный порошок для быстрого приготовления буровой эмульсии на основе пресной воды. Преобладающим качеством состава является использование во время бурения скважин в породах, оказывающих повышенное воздействие и износ инструмента, которым производится вскрытие пластов - коронок, шарошек и.т.п.
2. Hydraul EZ - применяется, когда бурение производится в тяжелых условиях. При смешивании с пресной водой образует густую эмульсию повышенной вязкости. Состав обладает повышенными обволакивающими свойствами, что существенно облегчает протягивание расширителей и труб в созданных скважинах.
3. Premium Gel - основой состава является сухая полимерная добавка, смешанная с бентонитной глиной. При растворении образует высокопроизводительный раствор, который подходит для бурения в любых условиях. Отличается способностью быстрой стабилизации неустойчивых пород (крупнозернистых песков, гравия).на длительное время.
4. Super Gel - универсальная буровая смесь, которая может применяться для использования при различных сценариях бурения.

Качество бурового раствора - основа удачного бурения. Использование некачественного материала ведет к повышенному износу инструмента. Обвалы и осыпания слабо закрепленных стенок скважины могут обернуться зажимом и утерей буровой колонны и дорогостоящего породоразрушающего инструмента. Сложный процесс ГБН связан со множеством факторов, возникающих в процессе бурения, и правильно приготовленный раствор, соответствующий условиям бурения, превращает буровой процесс в мероприятие с предсказуемым результатом.