Home Новости Опыт исследования и применения бентонитов отечественного производства при выполнении работ горизонтально-направленного бурения
Опыт исследования и применения бентонитов отечественного производства при выполнении работ горизонтально-направленного бурения PDF Печать E-mail
13.07.2010 16:04

Компания «ДБ» провела совместное исследование по применению бентонитов отечественного производства при выполнении работ горизонтально-направленного бурения. Согласно экспертному заключению, продукция «ДБ» не уступает по качеству зарубежным аналогам.

Буровые растворы,  применяемые в настоящее время при выполнении работ  горизонтально-направленного бурения (ГНБ)  отличаются физико-химическими свойствами и стоимостью. ООО «Акваспецстрой»  имеет  6-ти летний  опыт применения буровых растворов на основе бентонитов и полимерных добавок фирм  BaroidMI SWACO, CEТCO  в различных геологических условиях бурения. Как отмечалось в  [1]  специалисты ОАО «Дашуковские  бентониты» разработали  бентонит «Даш-бент»  ГНБUA,  который по своим показателям не должен уступать известным зарубежным образцам. Имея эту информацию и руководствуясь чувством поддержки отечественного производителя,  заманчиво было проверить возможность применения этих бентонитов  в наших работах. Такая проверка, в том числе в полевых условиях, требует серьезных затрат и  имеет цель (при положительных результатах)  получить возможность закупки и дальнейшего применения необходимого количества бентонита. Без сомнения бентонит отечественного   производства, имея сходные с импортными материалами физико-химические характеристики,  должен иметь меньшую стоимость, чем бентонит,  поступающий на украинский рынок из США, Польши, Франции . Было заключено соглашение , по которому ООО «Акваспецстрой» проводит исследования и испытания бентонита,  а  ОАО  «Дашуковские  бентониты»   разрабатывает необходимую  нормативно-техническую документацию и, прежде всего ТУ, гарантирующее  определенные качественные показатели при поставке бентонита  «Даш-бент»  ГНБUA.        

 

Особенность кристаллохимического строения бентонита обуславливает наличие на его поверхности  ионообменных катионов,  в значительной  степени определяющих его химические и физические свойства как минерала. Избыточный отрицательный заряд, компенсирующий обменные катионы межслоевого пространства монтмориллонита, определяет  высокую гидрофильность бентонита.  При затворении бентонита водой, она проникает в межслоевое пространство монтмориллонита, гидратирует его и вызывает набухание.  При дальнейшем разбавлении водой бентонит образует устойчивую вязкую суспензию с выраженными тиксотропными свойствами:-уменьшает вязкость (разжижается) при механическом воздействии и увеличивает вязкость (сгущается) в состоянии покоя.

 

         Не вдаваясь в дебри  физико-химического сопоставления бентонитов разных фирм по процентному содержанию  монтмориллонита, структуры и слоистости расположения алюмосиликатов, содержания минералов и перевода обменных катионов из Са++ в Na+  форму и т.п., мы выбрали ряд технико-эксплуатационных характеристик, определяющих  пригодность и применение продукта при ГНБ:

 

[1]   Прокопчук В.А. «Современные бестраншейные технологии. Украинское измерение»,

        журнал: «Инженерные сети из полимерных материалов»,  № 1(2) 2009г.,  с. 14 – 17.

 

1. Условная вязкость – характеризует гидравлическое сопротивление бурового раствора  при течении, определяется концентрацией, качеством и степенью гидратации взвешенных частиц.

         2. Водоотдача (иногда называют фильтрация) – характеризует способность раствора  отфильтровываться на стенках канала, удерживать воду в канале, уменьшать  проницаемость стенок.

         3. Фильтровальный осадок – характеризует густоту, прочность, качество и гладкость фильтрационной корки – определяет способность бурового раствора создавать малопроницаемую корку на стенках канала, обычно его величина составляет  1-1,5 мм. при проверке фильтр-прессом.

         4. Содержание песка – влияет на срок службы оборудования, в частности на работу плунжерных насосов,  и не должно превышать 1% от объема бентонита.

         5. Гельность – характеризует временную способность раствора  находиться в состоянии суспензии без осаждения взвешенных частиц бентонита с удержанием частиц размытого грунта (прочность геля – это мера сил электрического притяжения внутри бурового раствора в неподвижном состоянии).  Если в течение 24 часов не происходит видимого осаждения бентонита с выделением полоски воды  в верхней части мерного сосуда, то принимается 100%-ая  гельность,  меньшее процентное значение отражает долю раствора,  который через 24 часа еще находится в состоянии суспензии.

         6. Способность к гидратации – характеризуется временем в минутах,  необходимым для полного размешивания бентонита в воде и создания устойчивой суспензии бентонитового раствора.

         Работа была разбита на несколько этапов: 

         На первом этапе производилось сопоставление растворов с материалом фирм BaroidMI  SWACO, CEТCO для оценки  рекомендаций фирм  по концентрации бентонита, полимерных добавок и выбора образца (образцов) как основы дальнейшего сравнения с   бентонитом  «Даш-бент»  ГНБUA.

         На втором этапе по отработанной методике выполнялись исследования материала   «Даш-бент»  ГНБUA и сопоставление с материалом зарубежных фирм.

         По результатам второго этапа  определялась возможность проверки бентонита «Даш-бент» ГНБUA при выполнении работ на реальных объектах.

         Для исследования растворов использовалась полевая лаборатория  Sluzzy Test Kit  модели  8303 ЕА содержащая тестовое оборудование, предназначенное  для определения физико-химических свойств  бурового раствора.  Лаборатория производства фирмы  FAAN  Instrument Co.,  HOVSTON, USA. До начала исследований  проверялся показатель  рН воды и доводился      до значения 9-ти единиц.  Взвешивание образцов проводилось на электронных весах с точностью 0,2 мг. Было проведено около 70 измерений растворов различного состава, в которых изменялась  концентрация бентонита от 25 до 35, иногда до 45 кг  в одном м? воды и полимерных добавок от 0,1 до 2 кг/м?.

Определено, что бентониты  Max Bore  и  Universal HYG 220  фирмы MI  имеют  показатель гельности  75- 77%  при концентрации раствора 25кг/м?,  гельность остальных бентонитов  находится на уровне 99 – 100%. Бентониты  Universal HYG 220  (ф. MI) и  Super Gel (ф.CEТCO) имеют рыхлый фильтровальный осадок толщиной 3-4 мм, что согласуется с полученными  высокими значениями водоотдачи. Содержание песка и способность к гидратации в бентонитах  Bore Gel (ф. Baroid),  Max Bore  HDD, Universal HYG 220  (ф. MI),  Super Gel (ф.CEТCO) составляет  0,1 – 0,3%   и 3 – 5 минут соответственно; в бентоните Tunnel Gel (ф. Baroid)  эти показатели составляют 2 – 4 % и 25 – 30 минут.

         Результаты определения  условной вязкости  (?,  применяя  воронку Марша)  и водоотдачи (?,  применяя фильтр-пресс) бентонитовых растворов приведены на графиках 1 и 2. По этим показателям бентониты сильно отличаются и связано это не только с качеством  исходного материала, но и с  количеством, качеством полимерных добавок, которыми они модифицированы. Кроме того, некоторые бентониты и полимерные добавки имеют определенную сферу применения. Понятно, что нельзя иметь универсальный бентонит хорошо работающий в вязких, сыпучих, водонасыщенных и т.п. грунтах; не получается также иметь на одном производстве весь спектр бентонитов и добавок разных фирм для такой универсальности.  Анализ полученных данных показывает, что бентонит  Tunnel Gel  фирмы  Baroid  лучше всех приближается к такой универсальности :- при концентрации раствора с 35 кг бентонита в 1м? воды водоотдача  раствора составляет ? ~ 14 мл и условная  вязкость ? ~ 57 сек, что хорошо для  песчаного грунта; при 25 кг/м? уже  ? ~ 18 мл и  ? ~ 44 сек, что вполне приемлемо для вязкого грунта.

  Влияние качества и количества полимерных добавок на свойства бурового раствора проверялось с  Filter-chek (ф. Baroid),  Universal-pacPoly-pac, Poly-plus RD (ф. MI).  Полученные нами результаты показали, что наиболее эффективной добавкой является  Filter-chek,  который хорошо регулирует не только водоотдачу (что является его основной функцией), но и заметно влияет на вязкость раствора.

         Перебор  сочетаний всех известных бентонитов и полимерных добавок невозможен. Мы исследовали те материалы, которые были у нас в наличии и с которыми мы работали. Понятно, что данный анализ не может быть исчерпывающим и окончательным.

         Дальнейшее сопоставление  бентонита   «Даш-бент»  ГНБUA и полимерных добавок Bento-plus,Aqua-pac фирмы ОАО «Дашуковские бентониты»   проводилось с бентонитом  Tunnel Gel   и полимерной добавкой  Filter-chek  фирмы  Baroid. Результаты приведены на рис. 3,4,5 и 6, из которых видно, что по условной вязкости и водоотдаче «Даш-бент» ГНБUA  не уступает Tunnel Gel, а сочетание «Даш-бент» ГНБUA  с полимерными добавками  Bento-plus и  Aqua-pac в концентрации 0,5 ? 1,0 кг/м?  дает лучшие результаты, чем применение  Filter-chek в концентрации 2 кг/м?.      

  

Остальные показатели бентонита «Даш-бент»  ГНБUA :

-        фильтровальный осадок – густой, прочный, гладкий и эластичный,

         толщина ~ 1 мм;

-        содержание песка -  ?  0,1%;

-        гельность ~ 100%

-        способность к гидратации   -     3 – 5 минут.

 

При получении таких   высоких  технико-эксплуатационных характеристик растворов на основе бентонита «Даш-бент»ГНБUA становится  ясным, что первое, главное и неоспоримое преимущество бентонита  «Даш-бент»  ГНБUA на сегодняшний день – это меньшая стоимость.

         Опытная проверка  бентонита  «Даш-бент»  ГНБUA проведена на трех объектах (см.таблицу).  По самому объективному показателю (удельная  плотность выносимой пульпы) видно, что буровой раствор на основе бентонита  «Даш-бент»  ГНБUA обеспечивает выполнение работ по ГНБ в сложных условиях не хуже, чем буровые растворы на основе бентонитов фирм  Baroid   и  MI  SWACO,в одном кубическом метре выносимой пульпы содержится ~ 300-:-350кг. грунта.

 

               

  Опытная  проверка бентонитовых растворов

Работа проведена ООО «Акваспецстрой» в феврале-апреле  2009г.  

 

1.  Одесский припортовый завод  –  пилотное бурение и расширение скважины ? 250, 410, 650 и 900 мм. на участке 120 метров, глубиной 5 – 7 метров, грунт – суглинок.  Затяжка стальной трубы ? 800 мм.

 

Бентонит

Кол-во бентонита, кг/м?

Условная вязкость, сек.

Полимерная добавка

Кол-во полимерных добавок, гр/м?

Условная вязкость, сек.

Удельная плотность пульпы, гр/см?

«Даш-бент»

33

53

Bentolus

12,5

57

1,21

Max Bore

33

-

Polylus

200

71

1,19

 

 

2. Макеевский  металлургический завод - пилотное бурение и расширение скважины ? 250, 410, 710мм. на двух участках 56 и 68 метров, затяжка ПЭ РN10  ? 500 мм, грунт – глина водонасыщенная, глубина – 9 метров.

 

Бентонит

Кол-во бентонита, кг/м?

Полимерная добавка

Кол-во полимерных добавок, гр/м?

Условная вязкость, сек.

Удельная плотность пульпы, гр/см?

Universal – HYG 220

43.7

Polylus

150

50

1,17

«Даш-бент»

31,2

Bento-рlus

75

50

1,17

  

3. Город Южный ,  ДК «Дружба»  - пилотное бурение и расширение скважины  ? 300 мм, длиной 100 метров, затяжка ПЭ РN10  ? 225 мм, грунт – суглинок.

 

Бентонит

Кол-во бентонита, кг/м?

Условная вязкость, сек.

Полимерная добавка

Кол-во полимерных добавок, гр/м?

Условная вязкость, сек.

Удельная плотность пульпы, гр/см?

«Даш-бент»

25,0

42,0

Bento-рlus

15,0

48

1,13-1,19

 

 

         ВЫВОД :

 

1.  По своим технико-эксплуатационным характеристикам  бентонит  «Даш-бент»  ГНБUA не уступает лучшим зарубежным образцам.

2. Для внедрения бентонита  «Даш-бент»  ГНБUA при выполнении работ по ГНБ надо разработать и утвердить нормативно-технологические рекомендации по концентрации бентонита и полимерных добавок в растворе в зависимости от геологических условий бурения.

3. Внедрение бентонита отечественного производства снизит себестоимость работ при ГНБ, создаст благоприятные условия для увеличения объема их выполнения и обеспечит создание новых рабочих мест, так необходимых нашей стране в настоящей сложной экономической ситуации.