Стабилизация стенок скважины в неустойчивых грунтах: причины и риски при ГНБ

Горизонтально-направленное бурение в неустойчивых грунтах сопряжено с рядом специфических рисков, которые могут привести к серьезным осложнениям и удорожанию проекта. Основная проблема заключается в том, что стенки скважины не обладают достаточной прочностью, чтобы сохранять свою форму без дополнительной поддержки.

Ключевые риски при проходке в таких условиях включают:

• Обрушение и осыпи стенок скважины. В слабосвязанных грунтах, таких как супеси и рыхлые суглинки, стенки склонны к обрушению, что приводит к образованию каверн. Это нарушает стабильность бурового канала и может привести к заклиниванию бурового инструмента или протягиваемой трубы.


• Обжимание протягиваемых труб. В песках, особенно водонасыщенных, существует высокий риск обжимания трубы в скважине из-за подвижности грунта.


• Поглощение бурового раствора. В грунтах с высокой проницаемостью (крупнопористые пески, гравий) происходит интенсивная потеря бурового раствора, что нарушает процесс бурения и требует дополнительных затрат на его приготовление.

Роль бентонитового раствора в укреплении стенок скважины

Буровой раствор на основе бентонита выполняет две критически важные функции: вынос выбуренной породы на поверхность и стабилизация стенок скважины. Стабильность стенок в несвязанных грунтах достигается за счет образования на их поверхности глинистой корки, которая удерживает частицы грунта от осыпания.

Механизм действия бентонитового раствора основан на процессе фильтрации. Частицы бентонита проникают в поровые пространства грунта и оседают на поверхности песчинок, создавая плотный, малопроницаемый слой — глинистую корку. Однако в водонасыщенных грунтах этот процесс существенно затруднен, так как поры грунта заполнены водой. Фильтрация раствора в грунт может быть сильно ограничена, что препятствует быстрому формированию глинистой корки.

Для решения этой проблемы применяются специальные добавки, в частности армирующие волокна. Такие волокна изначально предназначены для борьбы с поглощением бурового раствора, но также могут использоваться для создания армирующей сетки на стенке скважины, на которой бентонит оседает, образуя тонкую, но прочную корку даже при ограниченной фильтрации.

Особенности проходки водонасыщенных песков и супесей

Водонасыщенные пески и супеси относятся к категории наиболее сложных грунтов для ГНБ. Их главная особенность — текучесть при вскрытии: они мгновенно заполняют створ скважины, не образуя устойчивых стенок.

В таких условиях стандартный буровой раствор на основе бентонита часто оказывается неэффективным. Водонасыщенный грунт, или «плывун», не позволяет создать устойчивую глинистую корку из-за крайне низкой фильтрации. Для успешной проходки требуется подбор специальной рецептуры раствора, способной работать в условиях полного водонасыщения.

Подбор рецептуры раствора для стабилизации стенок скважины

При подборе рецептуры следует руководствоваться действующими нормативными документами и рекомендациями производителей буровых растворов. Подбор должен производиться с учетом конкретных геологических условий на самом сложном участке трассы. Универсального состава не существует, однако можно выделить общие принципы и ориентировочные концентрации.

Для водонасыщенных грунтов рекомендуется использовать качественный модифицированный бентонит в концентрации 25–30 кг/м³ в сочетании с полимерами для снижения фильтрации. Концентрация бентонита может варьироваться в зависимости от гранулометрического состава грунта:

• Для мелких и средних песков — 25–30 кг/м³.


• Для крупнозернистых песков — 30–40 кг/м³.

Типичная рецептура для бурения в водонасыщенных грунтах, подтвержденная практическим опытом, включает следующие компоненты (на 1 м³ раствора):

1. Бентонит — 25 кг. Обеспечивает основные структурно-механические свойства раствора.


2. Полимерный понизитель фильтрации — 1 кг. Снижает водоотдачу, способствуя формированию корки.


3. Армирующее волокно — 3 кг. Создает каркас для удержания бентонита на стенке скважины.

Также в состав могут вводиться добавки для регулирования pH (кальцинированная сода) и повышения вязкости (РАС-полимеры) без значительного увеличения плотности раствора.

Приведенная рецептура является ориентировочной, конкретные компоненты и их соотношения могут подбираться в зависимости от условий. Перед началом работ необходимо провести лабораторные тесты для определения оптимального соотношения компонентов, ориентируясь на такие параметры, как условная вязкость (измеряется воронкой Марша) и показатель водоотдачи.