Расход бурового раствора

Использование технологии ГНБ позволяет строителям избежать трудностей, связанных с согласованием вопросов по разрушению поверхностной инфраструктуры местности, по которой прокладывается магистраль. Канал изготавливается с помощью специального режущего и колющего инструмента – буровой головки. В процессе продвижения головка соприкасается с камнем и различными типами грунта. Для охлаждения металла на него подается охлаждающая жидкость – буровой состав.

Основой данного вещества является бетонит, который представляет собой порошок или гранулы, изготовленные из особого сорта глины. Для придания веществу дополнительных характеристик в него добавляются органические и синтетические присадки.

При размешивании в воде бетонит набухает, быстро застывает, образуя твердую и герметичную оболочку на стенках канала. Препараты подразделяются на 3 класса: натриевые, калиевые и кальциевые. Для ГНБ используются кальциевые и натриевые смеси. К каждому типу грунта подбирается отдельная смесь, так как в зависимости от его состава происходит разная реакция на стенках канала.

В процессе бурения используется большой объем жидкости, так как она подается на головку непрерывно. Вместе с жидкостью на поверхность выносится выбранная буром почва. Отработанный материал собирается в специальные резервуары, где происходит его фильтрация.

Универсальных средств не существует. Все они отличаются составом, вязкостью и плотностью. Качества определяются концентрацией бетонита и долей полимерных присадок.

Для чего необходимы буровые растворы

Чтобы оборудование ГНБ работало без поломок, необходимо использовать технические жидкости, соответствующие условиям выполняемых задач. Для того чтобы подобрать нужный состав жидкости, проводятся предварительные геологические изыскания, в процессе которых определяется тип грунта, его химический состав, плотность и твердость.

Кроме бурения горизонтальных скважин средства используются в таких процессах:

• геолого-разведочные работы;
• обустройство скважин на воду;
• прокладка штреков и проходок в шахтах;
• строительство туннелей.

Использование бетонита снижает расходы на бурение на 20-25%.

При проведении прокладки подземных каналов техническая жидкость выполняет следующие функции:

1. Укрепление и уплотнение стенок проложенного канала, что обеспечивает их прочность и устойчивость.
2. Создание водонепроницаемого слоя, защищающего окружающую среду от смазочных материалов и добываемых нефтепродуктов.
3. Облегчение пробивания камня и твердой породы.
4. Снижение крутящего момента стальной штанги.
5. Вывод избыточного грунта из просверленного отверстия;
6. Облегчение процесса проталкивания трубы внутри канала за счет снижения трения.
7. Защита режущего механизма от перегревания, вызванного трением о твердые породы.

При проведении бурения свойства грунта могут изменяться. Обнаружив изменения в извлеченной породе, необходимо замешивать новый состав, соответствующий параметрам почвы.

Классификация буровых растворов

Бентонит входит в состав всех смесей, которые используются при изготовлении скважин. Для достижения заданных параметров в жидкость добавляются полимеры, минералы и пластификаторы.

По своему составу буровые смеси классифицируются на такие категории:

1. По составу наполнителя. Различают водные жидкости (из пресной, морской и технической воды), углеводородные и газовые субстанции.
2. По дисперсной фазе. Средства подразделяются на суспензии, эмульсии, пены, аэрированные смеси и конденсированные жидкости.
3. По составу основы. Делятся на глинистые, силикатные, меловые, гипсовые, хлоркальциевые, алюминатные и кальциевые.
4. По степени обработки химическими средствами. Вещества бывают обработанными и необработанными.
5. По условиям использования. Средства предназначаются для нормальных и осложненных геологических условий.
6. По происхождению ингредиентов. Делятся на вещества природного происхождения, замешиваемые на месте, или искусственные, изготовляемые в лабораторных условиях.
7. По степени минерализации соединениями натрия. Материалы делятся на пресные, средней и высокой степени насыщенности элементами.

По цели применения продукция делится по таким направлениям:

1. Глинистые. Пользуются популярностью во всех видах деятельности, так как замешиваются из недорогого и доступного сырья – глины и воды. Заданные характеристики достигаются дополнительной минерализацией и полимеризацией. Образуют на стенках каналов крепкую корку.
2. Безглинистые. Содержат твердые фазы в виде гелей. В качестве добавок применяются конденсаты карбонатов, мела, силикатов и биополимеров.
3. Полимерные. Состоят из жидкостей, полученных в процессе крекинга нефти. Образование корки происходит за счет добавленных в средство пластификаторов и отвердителей.
4. Углеводородные. Основой является сырая нефть. Данное вещество эффективно в условиях наличия мощных пластов плотной глины, сланцев и каменной соли.
5. Битумные. Материал обладает хорошими смазочными свойствами, необходимыми для проходки твердых горных пород. Образование корки происходит за счет известковой присадки. Данный материал природного происхождения является эффективным пластификатором и отвердителем.

Из чего состоит буровой раствор

В зависимости от условий проходки буровые растворы изготавливаются в заводских условиях или непосредственно на рабочей площадке. Для приготовления смесей используется ручное или промышленное оборудование.

В состав разных видов технических жидкостей входят такие ингредиенты:

1. Бетонит. Является веществом, которое присутствует во всех типах смеси. За счет глинистых включений происходит образование защитной корки.
2. Вода. Обеспечивает впитывание солей и жидкое состояние технической жидкости. Присутствие соли обеспечивает хорошие абразивные качества жидкости, но приводит к коррозии металла.
3. Кондиционеры. Добавляются в воду для улучшения ее пробивных и абразивных качеств.
4. Полимеры. Обеспечивают качественную смазку движущихся частей и механизмов. Способствуют быстрому застыванию глинистой фракции на стенках, приданию корке герметичности и упругости.

Основные характеристики и свойства таких составов

При выборе жидкости для создания подземных каналов инженерам необходимо учитывать ряд критериев, которые берутся в расчет при планировании работы.

Основные характеристики буровых растворов:

1. Плотность. Измеряется в кг/м3. Данный показатель нужен для определения гидростатического давления в скважине и расчета объема потерь.
2. Вязкость. Определение, характеризующее подвижность жидкости. С его помощью определяется время поступления субстанции к режущему инструменту и ее поведение под воздействием давления.
3. Стабильность. Понятие описывает свойство смеси сохранять свою структуру и свойства в состоянии покоя, при транспортировке и смешивании с присадками.
4. Фильтрация. Указывает на способность жидкости проникать в породы стенки канала и сквозь отверстия головки. Определяет толщину образованной корки и степень ее герметичности.
5. Влажность. Показатель процентного содержания воды в смеси.
6. Электронейтральность. Свойство жидкости пропускать электрический ток.
7. Седиментационная устойчивость. Указывает на процент выпадения твердого осадка после хранения на протяжении промежутка времени.
8. Термостойкость. Показатель сохранения веществом технических характеристик при нагревании.

Определение расхода бурового раствора при ГНБ

Расход бурового раствора при горизонтальном бурении зависит от плотности и степени водопроницаемости грунта. Для проведения качественных работ необходимо заблаговременно проводить расчет потребности материалов, в котором учитывать такие критерии, как свойство грунта, длина проходки и время образования круга по Маршу.

Для бурения скважин в различных породах требуется такое количество бентонита (кг/м):

• глина – 2 л;
• суглинок – 2 л;
• супесь – 1,8 л;
• песок – 1,5 л;
• песок с галькой – 1,6 л.

Расход полимерных смесей варьируется в пределах 1-3 л на 1 п.м, в зависимости от их состава и особенностей почвы.