Ноу-хау в области бурения с использованием пены

Бурение с пеной – это технология, основанная на использовании полимерного пенообразователя, воды и сжатого воздуха. Пена представляет собой двухфазную систему, состоящую из жидкой и газообразной фаз. Ключевыми особенностями пены являются относительно низкая плотность и высокая вязкость, что дает ей значительные преимущества по сравнению с бурением с использованием тумана или сухого воздуха.

В сочетании со сжатым воздухом, бурение с использованием пены применяется для решения различных задач, возникающих в процессе бурения.

Высокоскоростное распыление воздушно-пенной смеси

При бурении плотных пород с использованием сжатого воздуха из скважины может вылетать большое количество пыли.

Для подавления пыли в воздушную линию подается небольшое количество воды, что обеспечивает защиту как операторов, так и оборудования. Добавление в воду небольшого количества пенообразователя (концентрация 0,5 – 1,5%) позволяет поддерживать чистоту стенок скважины и предотвращает засорение небольших водоносных трещин и образование влажных отложений шлама над зоной бурения. В качестве пенообразователей обычно используются биоразлагаемые поверхностно-активные вещества (ПАВ).

В качестве пенообразователей можно использовать как специальные буровые добавки, так и обычные жидкие моющие средства или стиральный порошок. Бурение с использованием пены позволяет эффективно удалять шлам из скважины даже при относительно низкой скорости потока воздуха, поскольку пена способствует поддержанию чистоты скважины и выносу материала на поверхность.

Создание стабильного пенного столба

Медленно поднимающийся столб стабильной пены создается путем непрерывной подачи смеси полимерного бурового раствора (35-40 секунд по воронке Марша) и пенообразователя (концентрация 0,5–1,5%) в контролируемый поток воздуха. Этот столб пены эффективно поднимает выбуренную породу на поверхность, не повреждая пласт и используя минимальное количество воздуха. Консистенция пены должна напоминать пену для бритья из аэрозольного баллона. При сжатии в руках пена должна быть достаточно густой, чтобы препятствовать соприкосновению ладоней. Появление воды в скважине может изменить структуру пены, сделав пузырьки более крупными.

Бурение с пеной позволяет бурить скважины большего диаметра, чем позволяет мощность воздушного компрессора

Эта технология позволяет создавать скважины в земле, используя небольшое количество сжатого воздуха и воды. Эффективность этой технологии требует определенного опыта от буровой бригады.

Бурение с пеной применяется при наличии притока воды в скважину. Для эффективного удаления шлама кольцевые скорости должны поддерживаться на относительно низком уровне (около 30 м/мин). Кроме того, бурение с пеной обычно требует меньшей мощности компрессора по сравнению с методами сухого бурения и бурения с туманом.

При бурении с пеной необходимо поддерживать минимальное качество пены в забое скважины на уровне около 60% при кольцевой скорости 30 м/мин. Качество пены можно контролировать, регулируя противодавление в затрубном пространстве.

На буровых установках JCDRILL используются пенные насосы для подачи пенообразующей смеси в линию подачи сжатого воздуха, что способствует образованию пены в скважине (см. рисунок ниже). Привод пенного насоса осуществляется от гидравлического двигателя, что позволяет регулировать расход и давление смеси в зависимости от требований проекта.