Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Из промывочных жидкостей этой группы наиболее широко распространена техническая вода, не требующая никакой пред­варительной обработки. Ее используют при бурении в устойчи­вых породах. Вода — основной компонент промывочных жидко­стей на водной основе.

Солевые растворы

Солевые растворы представляют собой техническую воду с добавлением солей различного целевого назначения. Они при­меняются как противоморозные жидкости для бурения в зонах многолетнемерзлых пород, как жидкости, понижающие или предупреждающие выщелачивание солей при бурении соленос-ных толщ. В последнее время все шире распространяются инги-бирующие растворы для бурения в породах глинистого комп­лекса. Необходимо отметить, что все солевые растворы обла­дают комплексным действием. Так, солевый раствор, предназна­ченный для бурения в многолетнемерзлых породах, оказывает ингибирующее действие и уменьшает размыв солесодержащих пород. Выбор состава раствора обусловлен основным его наз­начением. Причем для усиления эффекта солевые растворы мо­гут содержать комбинации солей и некоторые другие добавки.

Солевые растворы для бурения в многолетне­мерзлых породах — наиболее простые растворы. Примене­ние солевых растворов обусловлено их пониженной температу­рой замерзания. Для этих целей используют в основном NaCl или КСl в количестве от 4 до 15%. Чаще используют растворы хлористого натрия. Количество NaCl в растворе для бурения в различных температурных условиях можно определить по дан­ным табл. 1.

Солевые растворы для бурения в соленосных толщах, как правило, представляют собой насыщенные раст­воры соответствующих солей. Однако такие растворы не всегда обеспечивают нормальный процесс бурения и необходимый вы­ход керна, так как все же образуются каверны, суживается верхняя часть ствола вследствие отложения солей. В таких ус­ловиях применяются растворы нескольких солей или односолевые с добавками структурообразующих веществ. Известен сле­дующий состав на 1 м3 раствора: насыщенный раствор NaCl— 800 дм3, крахмальный реагент — 150 дм3, КССБ — 50 дм3. Ком­поненты не имеют видимых поверхностей раздела, но раствор представляет собой коллоидную систему с параметрами: р = 1,18 г/см3, Т = 18 с, В = 9 См3, θ = 0.

При разбуривании калийно-магниевых солей для уменьше­ния размыва керна и стенок скважины рекомендуется использо­вать водные растворы системы NaCl—KCl—MgCl2 с добавками 0,5—3% каустического магнезита и 2 — 3% крахмала. Соотноше­ние концентраций солей подбирается опытным путем, причем не все компоненты обязательны.

Ингибирующие солевые растворы содержат сильные ингибиторы: соли калия, кальция, магния, алюминия, железа, силикат натрия или их комбинации. Концентрация со­лей колеблется от 1—2% для алюминиевых и железных до 6— 8% для калиевых.

Многообразие минералогического состава горных пород и условий бурения часто обусловливает необходимость примене­ния комбинированных жидкостей: растворов, обладающих комп­лексным действием за счет многокомпонентности состава. В та­ких растворах эффект действия основного активного компонен­та усиливается другими добавками, нередко иногда функцио­нального назначения.

В породах глинистого комплекса используют чаще комби­нированные ингибирующие солевые растворы с добавками структурообразующих компонентов, главным образом полиме­ров в количестве до 1%. Такие растворы удерживают в своем составе некоторый избыток соли.

Солевые растворы готовят на глинистых станциях, реже на скважине в процессе циркуляции.

Силикатно-гуминовые растворы относятся к ком­бинированным солевым растворам. Они широко используются при разбуривании осыпающихся аргиллитов и глинистых слан­цев. Углегуминовые комплексы УЩР также не образуют види­мой поверхности раздела, придают жидкости темно-серый цвет, значительно снижают фильтрацию. Крепящее действие силикатно-гуминовых растворов обусловлено взаимодействием ка­тионов натрия жидкого стекла, содержащихся в фильтрате раствора, с катионами кальция глинистых пород. Освободив­шиеся при этом катионы кальция соединяются с анионами жид­кого стекла, образуя нерастворимое в воде соединение CaSiO2, которое и является цементирующим веществом.

На приготовление 1 м3 таких растворов расходуется 40— 80 л жидкого стекла плотностью 1,48—1,5 г/л, 120—200 л УЩР состава 13:2, 720—840 л воды жесткостью не больше 3,5 ммоль/л; если жесткость воды выше 3,5 ммоль/л, ее пони­жают введением необходимого количества кальцинированной соды. Свежеприготовленные силикатно-гуминовые растворы ха­рактеризуются следующими параметрами: р= 1,03÷1,04 г/см3; Т=16÷18 с; В = 5÷8 см3; толщина фильтрационной корки — пленка.

Рекомендуется следующий порядок приготовления силикатно-гуминового раствора: сначала заливается расчетное количе­ство воды и при необходимости последняя смягчается введе­нием кальцинированной соды с последующим перемешиванием в течение 2—3 мин, после растворения смягчителя вводится жидкое стекло и смесь вновь перемешивается в течение 5— 10 мин, затем добавляется необходимый объем УЩР. Общее время приготовления раствора составляет 20—30 мин.

Если применением силикатно-гуминового раствора устойчи­вость перебуриваемых пород не достигается, используют его разновидность — силикатно-гуминовый реагент, который полу­чают растворением в 10—25 массовых частях УЩР от 1 до 5 массовых частей жидкого стекла.

Недостатки солевых растворов — их повышенная коррозион­ная активность и раздражающее действие на глаза, кожу рук и лица.

Растворы полимеров

Полимерный раствор как промывочная жидкость представ­ляет собой слабоконцентрированный раствор полимера в воде, который, не имея четко выраженной поверхности раздела меж­ду компонентами, обладает рядом свойств, присущих коллоид­ным системам. Обеспечивая устойчивость стенок скважины, сложенных глинистыми и глиносодержащими породами, такие растворы обладают и рядом других положительных свойств: повышают скорость бурения, сохраняют коллекторские свойства проницаемых горных пород, снижают гидравлические сопротив­ления, оказывают смазывающее действие, имеют несколько по­вышенную несущую способность по сравнению с водой.

Полимерные растворы используются как ингибирующие, но чаще их применяют в качестве маловязкой структурной основы других промывочных жидкостей. Прочие положительные свой­ства полимерных растворов обусловливают их применение в качестве целевых добавок в другие промывочные жидкости.

Механизм действия полимеров как ингибиторов очень сло­жен и до сих пор недостаточно изучен. Предполагается, что между свободными валентностями решетки глинистых минера­лов и молекулами полимеров возникает электростатическое взаимодействие и это препятствует гидратации глины.

Вид полимера и его концентрация зависят от степени мине­рализованности и рН водной основы и пластовой жидкости. По­лимеры коагулируют в концентрированных растворах хлори­стого кальция и других поливалентных солях, но в различной степени. Наиболее устойчив полиакриламид, менее устойчивы гипан, метас, К-4, К-9, поэтому их применяют с кальцинирован­ной содой или фосфатами. Концентрация полимеров в поли­мерных растворах составляет 0,05—1,5%, кальцинированной соды и полифосфатов —1—2%. При частой перемежаемости пород применяют комбинации полимеров, причем общая их кон­центрация не превышает 2%.

Параметры полимерных растворов: р = 1,0÷1,02 г/см3, Т=15 с, В= 12÷35 см3. Растворы полимеров имеют понижен­ное поверхностное натяжение (до 47 мН/м).

В процессе бурения концентрация полимера в растворе уменьшается, так как часть его теряется при взаимодействии с горными породами. Концентрацию полимеров в растворе в полевых условиях не определяют, ее оценивают по характеру изменения вязкостных свойств раствора. Порошкообразные по­лимеры можно вводить в холодную воду.

Ингибирующее действие полимерных растворов усиливают введением солей-ингибиторов. Область применения растворов в таком случае расширяется и они переходят в группу комбини­рованных. Сюда следует отнести в первую очередь соли алюми­ния, железа, а также жидкое стекло в концентрациях 0,1—1,5%. Полимерные растворы на основе акриловых полимеров назы­вают акриловыми. Например, полимерный алюмоакриловый раствор.

В полимерные растворы добавляют также хромлигносульфонат, феррохромлигносульфонат, УЩР и их комбинации, что повышает стабильность растворов, расширяет область их при­менения. Для придания ряда новых технологических свойств в полимерные растворы можно также добавлять поверхностно-активные вещества.

Водные растворы поверхностно-активных веществ

Водные растворы ПАВ применяют при бурении в твердых породах. Впервые ПАВ стали использовать для понижения твер­дости горных пород, позже — для повышения стойкости поро-доразрушающего инструмента.

Большинство ПАВ хорошо растворяются в воде. Процесс введения их сводится к заливке расчетного количества ПАВ в приемную емкость с легким перемешиванием вручную. Даль­нейшее перемешивание происходит в процессе циркуляции раст­вора в скважине. Растворы ПАВ являются простейшими, но эффективными промывочными жидкостями.

В последние годы все большее распространение получают водные растворы ПАВ комплексного действия, так называемые поверхностно-активные антифрикционные добавки ПААД. Сюда относятся высшие жирные спирты, соапсток, сульфонол, суль­фатное мыло и ряд других. Антифрикционные свойства таких растворов позволяют значительно увеличить частоту вращения бурильного инструмента, что вместе с эффектом понижения прочности горных пород приводит к существенному росту тех­нико-экономических показателей: механическая скорость увели­чивается в 1,26—1,65 раза, проходка на коронку — в 1,15— 1,86 раза, себестоимость бурения снижается на 24—32%. Кон­центрация ПААД в растворах составляет 0,05—3%.

ПАВ обладают избирательным действием, поэтому вид ве­щества и его концентрацию подбирают применительно к кон­кретным условиям с учетом его эффективности и устойчивости. В процессе бурения поверхностно-активные вещества адсорби­руются на стенках скважины и частицах выбуренной породы и концентрация их постепенно уменьшается. В связи с этим ПАВ вводят с некоторым запасом и в последующем периодически добавляют их.

Рабочую концентрацию поверхностно-активного вещества выбирают по его изотерме поверхностного натяжения. Необхо­димо выбирать интервал концентраций, примыкающий к обла­сти незначительного изменения поверхностного натяжения. На рис. 38 для примера приведена изотерма поверхностного натя­жения сульфонола с рабочей зоной концентрации.

Концентрация ПАВ контролируется методом счета капель, вытекающих из трубки сталагмометра. Сущность его заклю­чается в том, что для каждого ПАВ имеется своя зависимость числа капель, получающихся из I см3 раствора, от величины поверхностного натяжения. В то же время каждому ПАВ свой­ственна и своя зависимость изменения поверхностного натяже­ния от концентрации. Таким образом, число капель характери­зует концентрацию ПАВ.

В растворы ПАВ можно добавлять небольшие количества электролитов-ингибиторов и полимеров. В результате получаются комбинированные гомо­генные системы, обладающие оптимальными для конкрет­ных условий свойствами. Ком­бинированные растворы и рас­творы ПАВ часто используют­ся как основа для получения естественных промывочных жидкостей (на базе выбурен­ных пород), а также для дру­гих дисперсных промывочных систем.

Растворы некоторых поверхностно-активных веществ трудно определенным образом отнести к тому или иному типу промывочной жидкости. Их можно назвать и истинными растворами ПАВ и эмульсионны­ми жидкостями.

Гомогенные промывочные жидкости на водной основе мож­но аэрировать. Тогда они переходят в группу дисперсных си­стем (аэрированных жидкостей и пен).

Комментарии запрещены.