Некоторые вопросы устойчивости стенок скважины и поглощений бурового раствора в грунтах очень низкой прочности при прокладке трубопроводов методом горизонтальнонаправленного бурения (ГНБ)
А. А. ВИНДА – начальник отдела скважин и тоннелей ООО «ГлобалМаринДизайн»
В данной статье рассмотрены некоторые вопросы и возможности предупреждения осложнений при технологии ГНБ, в слабосвязанных грунтах без изоляционных работ.
Изоляция зон поглощений и осыпей стенок скважины в грунтах с отсутствием сил сцепления, наиболее эффективно решается перекрытием интервала ствола скважины несъемной обсадной колонной. Специфика прокладки трубопроводов методом горизонтально-направленного бурения – перемещение расширителя на каждом этапе по всей длине скважины, создает определенные технические риски для обсаживания отдельных интервалов скважины при осложнениях. В современной бестраншейной практике были проекты с частичным, предварительным перекрытием траектории скважины на входе-выходе методом микротоннелирования (МКТН). Сдерживающий фактор совмещенной технологии МКТН и ГНБ – фиксированность отметок на обсаженных участках и смещение траектории вниз на каждом этапе расширения. В грунтах очень низкой прочности такая технология может оказаться не приемлемой.
Поглощение и устойчивость применительно к слабосвязанным грунтам в стенках горизонтальной выработки [1]. Выделим две области (рис. 1):
- растягивающих напряжений в кровле выработки – точка а;
- сжимающих напряжений в боку выработки – точка б.
Рис. 1. Эпюры напряжений на контуре горизонтальной выработки
С целью не допущения гидроразрыва, внутрискважинное давление (без учета пластового) составит из формулы А. П. Сельващука:
Если для слабосвязанных грунтов при отсутствии сил сцепления RР = Rсж = 0, то формулы (1) и (2) примут вид:
Тогда, для устойчивости стенок скважины должно превысить двойное геостатическое давление, но вместе с тем и давление гидроразрыва, что в свою очередь приведет к гидроразрыву, поглощениям и т.д.
В табл. 1 представлены данные по моделированию внутрискважинного давления на соответствующих отметках траектории для 2-х вариантов растворов с различными значениями ДНС.
Таблица 1. Моделирование внутрискважинного давления (строка выделена желтым цветом) при различных ДНС раствора
При увеличении ДНС раствора до τ = 400 дПа на отметке L = 420 м суммарное давление в скважине (рис.1 вариант 2) превысит геостатическое в 2.9 раза против 1.9 (рис.1, вариант 1) при τ = 180 дПа. Что для устойчивости достаточно. Остается открытым вопрос о поглощениях и течении раствора в разрывных нарушениях, т.е. о размыве грунтового массива при отсутствии сил сцепления. В этом случае необходимо обустроить и обозначить работу разгрузочного коллектора закрытого типа с регулятором давления, тогда поток бурового раствора будет управляемым – через обсаженный ствол коллектора и не будет размывать грунтовый массив.
В этом случае интенсивность отбора промывочной жидкости через коллектор должна быть меньше производительности подачи раствора в скважину.
Конечно, отдельные рецептуры высоковязкого раствора требуют целого ряда реагентов, присадок (смазки, детергенты и т. д.), но остаются более технологичными. На сегодня в ГНБ востребованы гидрогелевые растворы, обладающие псевдопластичностью – снижением вязкости раствора при высоких скоростях течения, и обратно структуризацией раствора в областях с низкими скоростями. Реология гидрогелевых растворов позволяет увеличить механическую скорость и уменьшить гидравлические потери при одинаковой прочности геля по сравнению с полимерно-бентонитовыми растворами.
В рамках изучения устойчивости стенок горизонтальной скважины, представленных слабосвязанными грунтами, были выполнены испытания с применением безглинистых, жидких сред различной вязкости, заполняющих выработку (табл. 2).
Таблица 2. Результаты лабораторных исследований устойчивости стенок горизонтальных выработок, сложенных грунтами очень низкой прочности, в различных жидких средах
Горизонтальная выработка (диаметром Д = 23 мм и длиной l = 35 мм) в грунтовом массиве (120 мм х 64 мм х 35 мм), представленного водонасыщенным песком мелким с включениями среднего, испытывалась: в водной среде, в среде полимерного, безглинистого раствора, в водной среде, после полимерного безглинистого раствора.
ВЫВОДЫ:
- вязкость раствора – одна из компонент устойчивости стенок скважины;
- миграция раствора в грунтовом массиве способствует снижению устойчивости стенок горизонтальной выработки.
Мы рассмотрели некоторые вопросы и возможности предупреждения осложнений при технологии ГНБ, в слабосвязанных грунтах на этапах расширения без изоляционных работ. На этапе бурения пилотной скважины особую актуальность занимает своевременность применения пенных систем, позволяющих минимизировать риски нарушения целостности грунтового массива до обустройства коллектора.
ЛИТЕРАТУРА:
- Г. Г. Ломоносов, «Производственные процессы подземной разработки рудных месторождений», Москва, «Горная книга», 2013.
