Плывун – это водонасыщенный рыхлый грунт, чаще всего состоящий из мелкопесчаной или пылеватой фракции, находящийся в состоянии нестабильного равновесия. При бурении скважины вручную он представляет собой одну из самых труднопроходимых геологических преград. Основная сложность заключается в постоянном обрушении стенок ствола и активном поступлении воды, что может привести к полному затоплению зоны бурения и потере инструмента.
При столкновении с плывуном на глубине от 3 до 10 метров необходимо немедленно изменить технологию бурения. Применение обсадных труб – обязательное условие. Диаметр обсадки должен быть достаточным для плотного охвата стенок и предотвращения разжижения грунта. Оптимальный диаметр – от 133 мм и выше, в зависимости от задачи и конструкции будущей скважины.
Для снижения давления воды в плывуне рекомендуется использовать глинистый раствор с плотностью не менее 1,1 г/см³. Он стабилизирует стенки скважины и создает противодавление. Раствор подается через шламовый насос или с помощью воронки самотеком при постоянном контроле уровня. При его отсутствии допускается уплотнение грунта механическим способом – частым ударным проходом желонкой с последующим ручным добуриванием.
Критически важно не прерывать бурение при входе в плывун. Любая остановка ведет к быстрому обрушению и затоплению ствола. Работы продолжаются непрерывно до выхода на более устойчивый пласт – глину или супесь. После прохождения плывуна обсадная труба цементируется или герметизируется тампонажной смесью для исключения дальнейшего поступления воды и разжиженного грунта в рабочую зону скважины.
Выбор типа обсадной трубы для удержания стенок в зоне плывуна
- Материал трубы: Оптимальны стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм. Они обеспечивают достаточную жёсткость и устойчивость к сжимающим нагрузкам. Пластиковые (ПНД, ПВХ) в зоне плывуна применять нецелесообразно из-за недостаточной прочности и склонности к деформации под давлением грунта.
- Диаметр: Диаметр обсадной трубы должен быть минимально возможным, исходя из задач бурения, чтобы снизить давление воды на стенки. Рекомендуется использовать трубы с наружным диаметром 133–159 мм при ручном бурении.
- Резьбовое соединение: Применение труб с резьбовыми соединениями предпочтительнее сварных – обеспечивается герметичность и возможность быстрой сборки/разборки. Сварные соединения увеличивают трудозатраты и риск течи при деформации трубы в нестабильном грунте.
- Наличие перфорации: В зоне плывуна использовать только глухие обсадные трубы. Перфорированные участки допустимы только ниже зоны нестабильного грунта, иначе возможен приток песка и последующее заиливание скважины.
- Длина секций: Использовать секции длиной не более 2 м для удобства ручного монтажа и повышения точности позиционирования трубы в зоне плывуна.
При прохождении плывуна обсадную трубу необходимо загонять синхронно с бурением, не допуская образования свободного пространства между стенками и трубой. Любое промедление приводит к сползанию грунта и заклиниванию бурового инструмента.
Методы закрепления грунта при попадании в плывун
Ограждение обсадной трубой – наиболее эффективный способ стабилизации стенок скважины в плывуне. Трубу погружают в зону разжиженного грунта сразу после его вскрытия, не допуская контакта стенок с водой. Диаметр трубы должен обеспечивать свободный спуск бурового инструмента и откачку пульпы. При необходимости трубу забивают методом ударной посадки с использованием тяжёлой бабки.
Применение глинистого раствора повышенной плотности (не менее 1,15 г/см³) позволяет снизить фильтрацию воды в плывуне и предотвратить обрушение стенок. Раствор готовят на основе бентонитовой глины с добавлением соли или полимеров для стабилизации. Обязательна непрерывная циркуляция жидкости через зону плывуна для поддержания гидростатического давления выше уровня грунтовых вод.
Метод «замораживания» забоя подходит для маломощных плывунов и заключается во временном снижении температуры бурового раствора. Для этого используют ледяную воду или раствор с добавлением льда. Метод эффективен только при температуре окружающей среды ниже +10 °C и требует быстрой установки обсадной трубы до начала оттаивания.
Тампонаж песчано-цементной смесью применяется в случаях, когда плывун не удаётся пройти механически. В зону плывуна нагнетается смесь цемента, песка и воды в соотношении 1:3:1. После твердения, участок вскрывают повторно. Недостаток – временные затраты на набор прочности смеси (до 12 часов).
Использование временной обсадной трубы малого диаметра (вкладыша) позволяет сохранить ствол до прохода плывуна. После завершения бурения трубу извлекают или оставляют как часть постоянной конструкции. Этот метод требует точного подбора длины и плотной посадки трубы в устойчивые горизонты выше и ниже плывуна.
Пошаговая техника бурения скважины с плывуном вручную
1. Подготовка рабочего места: выбирается ровная площадка с отводом воды. Устанавливается буровая тренога с воротом и талью для подъема обсадных труб. Заготавливаются стальные или пластиковые обсадные трубы с толщиной стенки не менее 5 мм и наружной резьбой или фланцами.
2. Начальное бурение: производится шнековым или ложковым буром до глубины появления признаков плывуна (обычно 3–7 м). Периодически извлекается шлам для оценки консистенции грунта. Как только начинает поступать водонасыщенный песок, шнек заменяется желонкой с клапаном.
3. Обсадка: обсадная труба погружается сразу вслед за бурением, с минимальным зазором между стенками скважины. Промедление приводит к осыпанию стенок. При необходимости труба заглубляется ударным способом с применением трамбовки или пригруза.
4. Прохождение плывуна: бурение производится желонкой или стаканом с обратным клапаном. Работа ведётся без перерыва. На каждый 0,5–1 м обсадная труба углубляется с помощью резьбового соединения следующих секций. Следить за тем, чтобы не образовалась каверна – плывун может “съесть” обсадку.
5. Промывка: при критическом снижении проходимости применяют водяную промывку через обсадную трубу. Используется насос и чистая вода. Это снижает давление плывуна и уменьшает сопротивление грунта при забое. После промывки обязательно удаляется шлам.
6. Проходка ниже плывуна: как только песчаный пласт пройден, желонкой заглубляются ниже водонасыщенного слоя на 1–2 м. Обсадка должна перекрыть весь плывун с запасом. Нижнюю часть желательно снабдить фильтром (щели или перфорация 1–2 мм, обмотка геотканью).
7. Завершение: после завершения бурения производится повторная промывка, установка фильтров и герметизация верхней части скважины. Устье уплотняется глиной или цементом для исключения поступления поверхностных вод.
Применение глинистого раствора для стабилизации стенок скважины
При проходке плывуна ручным бурением глинистый раствор выполняет ключевую функцию – предотвращает обрушение стенок скважины и проникновение водонасыщенного песка в зону бурения. Его эффективность зависит от правильно подобранного состава и соблюдения технологии приготовления.
- Используется бентонитовая глина с высокой степенью набухания – не менее 300%.
- Концентрация глины в растворе: 60–80 г/л воды для стабильного плывуна, до 100 г/л при текучем.
- Раствор замешивается в ёмкости с обязательной механической циркуляцией – ручное перемешивание не обеспечивает нужной однородности.
- После приготовления раствор должен отстояться 12–24 часа для полной гидратации глины и повышения вязкости.
- Плотность раствора поддерживается в диапазоне 1,05–1,10 г/см³ для создания достаточного гидростатического давления.
Перед началом бурения раствор заливается в скважину и постоянно подливается в процессе углубления, чтобы уровень не опускался ниже уровня грунтовых вод. Это предотвращает прорыв песчаной массы внутрь ствола.
- Контроль вязкости производится простым методом: при опускании в раствор деревянной рейки след должен сохраняться не менее 2–3 секунд.
- Каждые 1,5–2 метра бурения раствор фильтруется через сито для удаления песчаных примесей и шлама.
- При появлении признаков нестабильности (проседание уровня, мутность) концентрация глины увеличивается на 15–20%.
Глинистый раствор не заменяет обсадку, но обеспечивает временную устойчивость стенок до её установки. Его применение значительно снижает риск аварийных ситуаций при проходке плывунов вручную.
Как распознать приближение плывуна по признакам в процессе бурения
Усилившееся прилипание шнека к стенкам скважины, сопровождаемое ухудшением хода инструмента, также указывает на появление текучих грунтов. Если инструмент начинает пружинить или его становится трудно продвигать вниз, возможен контакт с насыщенным водами песчаным горизонтом.
Наблюдается ускоренное заплывание стенок: скважина быстро теряет форму, крошатся края, в забое скапливается жидкая масса, часто с пузырьками воздуха. Это явный симптом неустойчивого водоносного слоя.
Появление фонтанирования бурового раствора или воды в скважине без давления сверху – признак избыточного гидростатического давления, типичного для плывунов. Такая вода не поступает равномерно, а прорывается толчками, вынося песок и ил.
Изменение звука при работе шнека: глухой, вязкий звук вместо характерного скрежета свидетельствует о вхождении в слабоуплотнённую, насыщенную влагой зону. При этом бур может начинать свободно проваливаться под собственным весом, что опасно при ручной проходке.
Извлечение шнека или желонки при обвале стенок в зоне плывуна
Обвал стенок в зоне плывуна ведёт к защемлению шнека или желонки в скважине из-за попадания влажного песчаного грунта и обводнённой глины. Для извлечения инструмента необходимо применять последовательный комплекс мероприятий.
Первым шагом является создание вибрационного или вращательного воздействия на инструмент с минимальной нагрузкой на буровой снаряд. Резкие рывки вызывают уплотнение грунта, усложняя извлечение. Оптимально выполнять медленное вращение с одновременным подъёмом, чтобы разрыхлить прижим грунта к стенкам шнека или желонки.
Для снижения трения применяют смазочные растворы, чаще всего воду с добавлением бурового раствора с пониженной вязкостью, либо специальные эмульсии, способные проникать в мелкие поры грунта. Подача жидкости осуществляется через бурильную колонну или по кольцевому пространству.
При невозможности извлечь инструмент вибрацией и смазкой используют обратный промывочный поток с повышенным давлением – от 0,4 до 0,7 МПа. Он размывает осыпавшийся грунт вокруг инструмента и способствует восстановлению проходимости скважины.
Если описанные методы не дают результата, применяют дополнительное бурение в прилегающей зоне с целью расширения диаметра ствола на 10–15 см. Это снижает давление плывуна на шнек или желонку и облегчает их подъём.
Важно избегать чрезмерных усилий при подъёме, чтобы не сломать бурильный инструмент. При многократных зажимах рекомендуется проводить периодическую очистку от обвалившегося грунта с помощью желонки меньшего диаметра.
Вопрос-ответ:
Что такое плывун и почему он вызывает трудности при ручном бурении скважины?
Плывун — это слой грунта, насыщенный водой, который ведёт себя как жидкость при воздействии на него, например, при бурении. При ручном бурении скважины он создает сложности, поскольку поры грунта заполняются водой и теряют прочность, что затрудняет удержание стенок скважины и может привести к обрушению или быстрому заиливанию.
Какие методы применяют для преодоления плывуна во время ручного бурения?
Для работы с плывуном часто используют способы укрепления стенок скважины, такие как установка обсадных труб или применение специальных растворов для стабилизации грунта. Также иногда применяют метод промывки, когда через буровую колонну подают воду или глиняный раствор для удаления рыхлых частиц и снижения давления в плывуне.
Как влияет глубина залегания плывуна на выбор техники бурения и оборудования?
Глубина залегания плывуна существенно влияет на подход к бурению. Если плывун расположен близко к поверхности, часто достаточно легких укрепляющих мер. При большой глубине необходимы более надежные обсадные конструкции и, возможно, применение специализированного оборудования для создания защитного кольца вокруг скважины, чтобы избежать обрушения и обеспечить устойчивость ствола.
Какие признаки указывают на попадание на плывун во время ручного бурения?
При прохождении плывуна заметно замедляется скорость бурения, появляется вязкий жидкий грунт, который затрудняет извлечение породы. Кроме того, стенки скважины начинают быстро осыпаться, вода может активно поступать в скважину, а инструмент становится труднее опускать и поднимать из-за увеличенного сопротивления.
Как можно повысить безопасность и качество бурения скважины в зоне плывуна?
Для безопасности и надежности важно тщательно подготовить оборудование, использовать обсадные трубы с хорошей посадкой и своевременно очищать скважину от выбуренной породы и лишней воды. Рекомендуется контролировать состояние стенок скважины и при необходимости усиливать их, а также следить за давлением в зоне бурения, чтобы избежать внезапного обрушения грунта.
Как влияет прохождение плывуна на процесс ручного бурения скважины и какие методы применяются для успешного преодоления этой зоны?
Прохождение плывуна представляет собой одну из сложных стадий при ручном бурении скважин, так как этот слой грунта обладает высокой текучестью и слабой несущей способностью. Плывун может вызывать обрушение стенок скважины и затруднять извлечение бурового шлама. Для успешного преодоления используют несколько подходов: применяют обсадные трубы для поддержания стенок, регулируют скорость подъёма и спуска бурового инструмента, а также контролируют количество и состав бурового раствора, чтобы повысить его вязкость и предотвратить разжижение плывуна. В некоторых случаях применяют специальные загустители или добавляют глинистые материалы, что улучшает стабильность бурового ствола и облегчает продвижение скважины через нестабильные слои.
Загрузка...
