Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Растепление мерзлой породы и нарушение ее стабильно­сти в стенках скважины произойдет при передаче породе теп­ла, достаточного не только для ее нагрева до О °С, но и для перехода льда — цемента в жидкое состояние.

Количество тепла С}, переданного промывочной жидкостью с температурой t стенкам скважины с температурой 7СТ на единицу длины ствола в 1 с, составит

<2 = сш£>(*—Т„), (3.20)

где а — коэффициент теплоотдачи в кольцевом пространстве скважины, Вт/(м2-К); Р — диаметр скважины, м.

Для roro же количества тепла, переданного в 1 с мерз­лым нерастепленпым породам с температурой Тг, па единицу длины ствола скважины в любой момент от начала теплооб­мена, справедливо выражение

Q kxnD (1 — ‘Г„), (3.21)

где кт — коэффициент нестационарного теплообмена межт. у циркулирующей по скважине промывочной жидкостью и окру­жающими породами, определяемый по приближенной формуле

*Т ————— (3.22)

1-1 Bi I Fo

Приравняв формулы (13.20) и (3.21) при 7’ст = 0°С и решив

ОТПОСНТСЛЫЮ температуры ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ (/=/гпак),

‘,пЯ* = (3.23)

frT — а

Вместо кх можно подставить его приближенное выражение

(3.22) , тогда

<т.* -4"—. (3.24)

Bi I Fo

olR

где Bi —- —критерий граничных условий Био; Ru — ра-

днус скважины, м; /.„ — коэффициент теплопроводности по­роды, Вт/(м-К); Fo — —безразмерное время (критерии

«о

Фурье); «и — коэффициент температуропроводности породы, м2/с; т — продолжительность циркуляции, ч.

Формула (3.24), полученная Б. Б. Кудряшовым, показывает влияние длительности циркуляции, природы промывочной жид­кости па ее максимально допустимую температуру при бурении по мерзлым породам.

Растепление мерзлых пород НС наступит, если /твх = 0. Т. е. чтобы пн в одной точке ствола скважины температура ирог мывочнон жидкости или газожидкостной системы не превы­шала ОХ. Это накладывает ограничения на выбор режимных параметров (частота вращения бурового инструмента и осе­вая нагрузка па забои), которые можно изменять в сторону увеличения только при одновременном’ изменении количества подаваемой в скважину жидкости, а-также при ее охлажде­нии. Важное значение имеет введение в растпор органических и смазывающих добавок.

Процесс физико-химического разрушения льда —цемента определяется явлениями осмоса, диффузией и термодиффу­зией. Взаимодействие бурового раствора со льдом в скважине идет в контакте твердое тело — жидкость. Поэтому происходя­

щие процессы определяются состоянием жидкой фазы п раз­мерами омываемых поверхностей льда. В условиях циркуля­ции жидкости по скважине лед будет разрушаться более ин­тенсивно, чем в статических условиях при прекращении цир­куляции.

Наибольшая стабилизация льда в стенках скважины может быть получена при применении растворов с плотностью рР<1 и с повышенной вязкостью дисперсионной среты. К таким растворам относится, например, состав, разработанный в Ле­нинградском горном институте, включающий: полиакриламид и нротнвоморозную добавку. Полимерсолевоп раствор может иметь различную степень аэрации. Применяются различного состава гипановые растворы.

При бурении по мерзлым горным породам, способным к об­рушению, возникает необходимости в применении глинистых растворов. Для их приготовления рационально использовать вы­сококачественные глннопорошки, обработанные в электромаг­нитном измельчителе и предварительно гидратированные в водном растворе пептизатора ^’а2СОз (рН = 9—10,5). В полу­ченный раствор вводят реагент — стабилизатор (М-14, ММЦ — БТР, КМЦ-500) и противоморозную добавку — кальцинирован­ную соду из расчета 5—20 % в зависимости от возможных температур замерзания раствора (от —0,8 до —8,5°С). В от­личие от растворов с добавками солей №С1 пли СаС12 дан­ный раствор характеризуется высокой стабильностью. В пего могут вводиться смазывающие добавки и пенообразователи для получения аэрированных растворов. Растворы были успешно применены Ленинградским горным институтом в условиях Ма­гаданской области. Необходимо отметить, что такие растворы требуют постоянного контроля за содержанием в них твердой фазы.

Новым очистным агентом для бурения по вечномерзлым горным породам является пена. Состав ее: водный раствор аннонактивпого ПАВ (0,5—1 %), взятый в объеме 7—8 л на 1 м3 сжатого воздуха (пресная пена). В нее могут вводиться стабилизирующие добавки: бентонит — 0,5—1 %, реагенты

(КМЦ, крахмал), а также смазывающие добавки.

Для получения соленой пены с №С1 применяются неио — ногенные ПАВ или композиции нсиопогенных с ноногенными. Введением в пенную жидкость композиции неионогенного и анионактнвного ПАВ обеспечивается стабилизация последнего в условиях солевой агрессии, а при использовании смесн неи­оногенного с катионактивным поверхностно-активным веществом можно добиться наиболее высокой степени очистки ствола скважины от выбуренной породы.

Известно, что эксплуатационные расходы при бурении по многолетнемерзлым породам с пеной почти в два раза ниже, чем при бурении с продувкой сжатым воздухом.

Применение пен обеспечивает также получение ненарушен­ных образцов мерзлых пород, что практически невозможно при жидкостной промывке и бурении «всухую». Все это позволяет считать пену наиболее эффективным очистным агентом для бурения скважин по многолетнемерзлым горным породам.

Своевременное установление причин и характера наруше­ния стабильности пород в стенках скважины в конкретных ус­ловиях позволяет правильно подходить к выбору способа пре­дупреждения и ликвидации данного геологического осложне­ния. Большинство известных мер предупреждения нарушения целостности ствола скважин носит временный характер и свя­зан с управлением режимом промывки скважины с примене­нием определенных видов буровых растворов и регулирования их параметров. Радикальным является закрепление опасных зон обсадными трубами или искусственное их упрочнение раз­личными способами; оплавлением, замораживанием, смолиза — цией, цементацией под давлением, применением отверждаемых растворов и др. В каждом конкретном случае решается вопрос о наиболее простом, надежном и экономичном способе преду­преждения и борьбы с данным видом осложнений при бурении.

Комментарии запрещены.