Как используется цемент при бурении

Буровой раствор: виды, назначение и основные свойства

Буровой раствор предназначен для:

• очистки забоя от выбуренной породы
• удержания кусочков шлама на весу при остановке циркуляции раствора
• создания противодавления на пласт
• подачи гидравлической мощности к забойным двигателям
• охлаждения долота и облегчения разрушения призабойной зоны пласта
• оказания физико-химического воздействия на стенки скважины с целью предупреждения их разрушения
• образования глинистой корки на стенках скважины
• обеспечения проницаемости продуктивных пластов при их вскрытии.

Сферы применения глинопорошков на основе бентонита:

-Формовочные смеси – в сочетании бентонита с огнеупорными материалами.

-Сорбционные реагенты для очистки пищевых жидких сред, природных, технических и сточных вод.

-Формирование железорудных окатышей в металлургии.

-Гидроизоляция оснований в строительстве.

-Буровой раствор при вертикальном и горизонтальном бурении.

-В качестве пригруза забоя.

-Бентпорошок для винпрома.

-Бытовое применение – наполнитель туалетов для домашних животных.

Из чего состоит буровой раствор?

В зависимости от сложности прокола и вида грунта, в котором необходимо его сделать, в буровой раствор добавляют разные полимеры и химические реагенты. Каждый из компонентов промывочного раствора имеет свое значение.

Например, натриевый бентонит , в отличие от простой воды, не просачивается и не впитывается в почву. Он остается в скважине, и обеспечивает постоянное нахождение раствора в скважине, ведь постоянное нахождение в скважине буровой жидкости — это основа успешного бурения. Бентонит — обязательный компонент каждого бурового раствора.

Полимеры и химические реагенты позволяют увеличить вязкость раствора препятствуют формированию катышков, делая массу более эластичной и маслянистой в зависимости от характера грунта. Благодаря действию полимеров стабилизируются стенки скважины при сыпучих и неустойчивых грунтах, предотвращается налипание вязкой и глинистой массы на буровую лопатку, улучшаются скользящие и водонепроницаемые свойства раствора, снижается крутящий момент на рабочем инструменте. Добавляют полимеры и реагенты после соединения бентонита с водным кондиционером.

Состав

Бентонит для бурения скважин представляет собой многокомпонентный состав. Его большая часть (около 70%) — минералы группы монтмориллонитов. Эта группа относится к алюмосиликатам, достоинством которых являются повышенные дисперсионные и гидрофильные качества.

Взаимодействуя с водой, бентонитовая глина сильно набухает, образуя достаточно вязкий гелеобразный раствор.

Во время разработки может быть использована бентонитовая глина с различным составом. Например: Бентонит ПБМА 6-7%, сода кальцинированная 0,1-2%, сода каустическая 0,1-0,5%, Гивпан 0,2-0,3%, Лубриол 1%, вода. Другой вариант: 30-72%; сода кальцинированная – 1-2,5%; сода каустическая — 0,2-0,7%; КМЦ (низкой вязкости) – до 3,5%; ИКЛУБ – 3-8%; ИКД — 0,5-3%; ИКСТАБ (ГРИНДРИЛ) — 2,6-4,5%; ИКПАН-SL — 2,5-4,5%; ИКПАН-RL — 1,2-2,5%; вода.

Как правило, состав бентонитового раствора подбирается в соответствии с составом грунта, в котором предстоит бурить. Таким образом, перед бурением необходимо проанализировать состав почвы, купить бентонит для бурения скважин, и дополнить его определенными компонентами, которые нужным образом скорректируют свойства материала.

Применение материала

Основное назначение бентонита во время бурового процесса – формирование стенок скважины и предотвращение осыпания породы. С этим часто сталкиваются, когда проводят бурение на большой глубине.

Как же «работает» бентонитовая глина?

Во время бурения, когда глина соединяется с водой, она значительно увеличивается в размерах.

После набухания состав становится гелеобразным. Он равномерно распределяется по стенкам скважины, защищая их от воды. Таким образом, станки остаются ровными, а вода, необходимая для бурения, остается в скважине.

У бентонитовой глины есть еще одно особое свойство: она может переходить из гелеобразного состояния в твердое. Для изменений необходимо механическое воздействие. Другими словами, при продвижении бура бентонит формирует стенки скважины, позволяет эффективно продолжать работу.

При этом глина защищает бур от налипания кусков земли, охлаждает пилотную головку, делает скольжение инструментов плавным. Благодаря повышенной вязкости слой бентонита упрощает вывод шлама.

Говоря о достоинствах материала, следует упомянуть и о его фильтрационных свойствах.

Являясь продуктом природного происхождения, бентонит прекрасно защищает источник от попадания в него токсинов и некоторых агрессивных веществ. Именно благодаря экологичности материала разрешено использовать бентонит для бурении скважин питьевой воды.

Согласно нормам, для приготовления раствора на 50 килограмм сухой смеси необходимо около 1 кубического метра воды. Смесь необходимо тщательно перемешать и оставить примерно на 20-30 минут.

Покупая бентонит для бурения скважин в Москве, обращайте особое внимание на состав: чем меньше в материале частей глины, тем выше будет его качество.

Ниже на видео показаны преимущества использования бентопорошков для горизонтально-направленного бурения от компании ОТЭКС.

Надеемся, что статья была вам полезна. Будем благодарны, если поделитесь ею в социальных сетях.

Как это делается?

Материалы

В общем случае растворы, используемые при цементировании скважин, делятся по нескольким параметрам.

• Температура скважины. Чем глубже скважина — тем выше в ней температура и тем стремительнее сохнет раствор. Разделяют цементы для холодных (до 40 С) скважин, тёплых с температурой до 75С и глубоких — с температурой до 120 С. Первые в однообразных условиях с последними твердеют куда стремительнее. Очевидно, при бурении на воду последние два варианта неактуальны. Скважины просто не достигают глубин с этими температурами.
• Добавки. Используется цемент с кварцевым песком, не дающий усадки, волокнистый цемент с добавкой целлюлозы, который практически не попадает в рыхлые породы, расширяющийся цемент, который уплотняет грунт около ствола скважины при застывании. Наконец, пуццолановые цементы, каковые пропускают воду и одновременно с этим не опасаются агрессивных примесей.
• Водоцементное отношение. Чем больше воды — тем раствор более текуч, но тем продолжительнее он схватывается. К тому же растворы с меньшим содержанием воды по окончании застывания оказываются более прочными.

Способы

При бурении используются следующие методы цементирования скважин:

1. Сплошное цементирование. Оно же — одноступенчатое цементирование скважин. Сущность способа такова: в обсадную колонну заливается цементирующий раствор, он накрывается плотной пробкой, затем в колонну нагнетается промывочный раствор. Пробка неспешно вытесняет цемент в пространство около колонны.

1. Двухступенчатое цементирование. Скважина цементируется в два приема: нижняя, а позже верхняя ее часть. Метод используется, в случае если проблемно сходу приготовить необходимое количество раствора либо в случае если температура пластов и состояние грунта в верхней и нижней частях скважины очень сильно различаются.

Обратите внимание: двухступенчатое цементирование может производиться как с разрывом во времени, по окончании затвердевания первой порции раствора, так и сходу.

Для слоев цемента пригодится кольцо-разделитель.

1. Манжетное цементирование. Эта разработка цементирования скважин используется, в случае если необходимо изолировать от грунтов только верхнюю часть скважины. На нужном уровне между грунтом и обсадной колонной ставится кольцо-манжета. Раствор нагнетается выше нее через перфорацию в стволе колонны.
2. Обратное цементирование. Цементный раствор нагнетается не в колонну, а в промежуток между ней и грунтом. Наряду с этим очистной либо буровой раствор вытесняется через полость колонны.

Оборудование

Оборудование для цементирования скважин достаточно громоздко и требует применения в качестве мобильного носителя грузовика. Типично комплексы для цементирования монтируются на машинах класса ‘Урал’, ‘КамАЗ’ либо ‘КрАЗ’.

В качестве источника энергии для дозировки конвейеров и работы загрузки, управления и системы смешения употребляется двигатель автомобиля. На том же шасси смогут расположиться нагнетающие насосы. Их большое давление нагнетания раствора может быть около внушительных 35 МПа. (См. кроме этого статью Изюминки замены насоса в скважине)

Что происходит с цементным раствором в данной установке?

• Цемент дозировано подается в бетономешалку. В том же направлении поступает необходимое количество воды.
• Цементирующий раствор вымешивается до полной однородности.
• После этого нагнетающие насосы подают раствор в обсадную колонну либо окружающее ее пространство посредством цементирующей головки.

Кто специализируется на оборудовании для цементирования скважин у нас? В первую очередь это находящийся в поселке Новый Уренгой центр цементирования скважин, являющийся частью корпорации ‘Газпром бурение’. Его цеха и филиалы находятся в Астрахани, Оренбурге, Ухте и Краснодаре.

Контроль качества

Оценка качества цементирования скважин на данный момент проводится следующими способами:

• Термальным. В ходе затвердевания цемента выделяется некоторое количество тепла. Дабы выяснить, как высоко встал цемент за пределами обсадной колонны, достаточно температуру ее стенок в нескольких точках.
• Акустическим. Участки обсадной колонны, окруженные цементом и свободные от него, по-различному колеблются при прохождении акустической волны по ней. Там, где колебания быстро затухают, цементирование надежно. Там, где волна распространяется без затухания — цемент за колонной отсутствует.

• Радиологическим способом (он же гамма-гамма-каротаж). Источник гамма-излучения опускается в скважину, а излучение от него регистрируется радиально разнесенными датчиками на поверхности.

В случае если по мере подъема-опускания источника излучения графики интенсивности равномерны и однообразны на всех датчиках — цементирование выполнено удовлетворительно. В случае если графики неровны и отличаются — цементирование неравномерно, имеет недостатки или выполнено не полностью.

Увидьте: эти способы подходят как раз при цементирования стенок обсадной колонны. В то время, когда устанавливается цементный мост в скважине ( своего рода второе дно скважины, отсекающее нижнюю ее часть от верхней и разделяющее пласты грунта различных уровней), его прочность и герметичность неразрушающими способами проверить очень проблематично. (См. кроме этого статью Какой насос лучше для скважины выбрать.)

Бентонит для бурения скважин

Почему бентонит для бурения скважин пользуется сегодня таким интересом? Это вполне закономерно, потому как без использования подобного материала проведение работ часто становится просто невозможным.

Данный материал используется для осыпания ствола ямы, где он выступает в качестве связывающей присадки. И он бывает совершенно необходимым в ситуации, когда бурение проводится ниже уровня залегания грунтовых вод.

Бетонит обладает уникальными свойствами, которые делают целесообразным его применение при бурении глубоких скважин под добычу самых разных материалов – воды, нефти, газа.

Необходимо отметить, что столь необходимая и востребованная сегодня бентонитовая глина имеет многокомпонентный состав, который достоин самого пристального внимания. Она содержит порядка 70 процентов минералов из группы монтмориллонитов с прекрасными дисперсионными показателями.

А еще алюмосиликаты обеспечивают прекрасные показатели вязкости и гидрофильности, и это делает данный материал хорошим выбором для использования в разных сферах.

Бурение скважин на воду с применением бентонита

Бентонит представляет собой глинистый природный минерал, который при взаимодействии с водой способен разбухать в 14-16 раз. В случае если такое пространство для разбухания будет ограничено, образуется гель высокой плотности, который не допустит дальнейшего проникновения влаги. Основные свойства бентонитовой глины:

хорошие связующие характеристики,

Всё это позволяет с высокой эффективностью использовать бентонитовые глинопорошки для приготовления утяжеленных буровых растворов высокого качества. Его водная суспензия, полученная путем введения всего 3-10 % вещества, позволяет существенно повысить стабильность, снизить водоотдачу раствора. При добавлении небольшого количества бентонита в гипс обеспечивается высокая механическая прочность, устойчивость, повышает растекаемость состава, повышает его схватывание.

Технология использования бентонита при бурении скважин на воду основана на том, что при прокачке раствора на стенках скважины образуется плотная корка, которая механически стабилизирует ствол и не допускает его разрушения. При утяжелении раствора появляется возможность создания эффективного барьера для проникновения пластовых подземных вод в скважину.

Особенности использования бентонита при бурении скважин на воду

Одной из широко распространенных проблем при бурении становится осыпание ствола. В этом случае необходимы связывающие присадки. Именно бентонит в этом отношении отличается высокой эффективностью, которая позволяет использовать глину даже при возведении стен, находящихся ниже уровня грунтовых вод.

Этапы выполнения работ

Подготовка раствора. Используется глинопорошок который смешивается при помощи строительного миксера с водой в пропорции 50 кг на 1 м 3 воды. Смесь должна постоять около 40 минут. Для обработки скважины глубиной 100 м потребуется около 300 л готового раствора. Указанные пропорции могут меняться в зависимости от качества глины.

Монтаж бурильной установки и устройство технологических приямков в 1-1,5 м от места бурения. Рекомендованный размер приямка — 1×1×1 м.

Заполнение приямков бентонитовым раствором.

При помощи шланга соединяется вертлюг с выходом мотопомпы. Другой шланг должен соединять вход мотопомпы с раствором в приямке.

Бентонитовый раствор по шлангам направляется при помощи помпы в скважину.

По мере углубления ствола буровая колонна должна наращиваться при помощи штанг до нужной длины.

По окончании бурения скважина промывается чистой водой и раскачивается.

После выполнения полного цикла работ раствор не уйдет в грунт, а вернется на поверхность в приямок вместе с вымытой породой. При этом отдельно подготавливается приямок для вытесняемого чистого раствора, который может быть использован повторно.

Преимущества использования бентонитовых растворов

Оказывается влияние на физические и химические характеристики раствора, одновременно повышая его качество.

Переменные свойства растворов при необходимости могут быть достаточно быстро изменены, увеличивая качество ствола и эффективность бурения в целом.

С применением глины за счет увеличения плотности повышается подъемная сила раствора.

Вязкость, показатель фильтрации, предел текучести бентонита обеспечивает быструю очистку ствола

Повышается стабильность ствола.

Повышается скорость бурения скважин на воду.

Бентонит отличается невысокой стоимостью и сравнительно небольшим расходом при приготовлении раствора.