ГНБ в песчаных грунтах: раствор и полимеры для устойчивости скважины
ГНБ в песчаных грунтах по СП 341.1325800.2017 (п. 5.5) применяется именно там, где тиксотропный буровой раствор обеспечивает устойчивость стенок скважины. В несвязных песках без качественной фильтрационной корки и достаточной прочности геля скважина обрушается, растёт крутящий момент и теряется циркуляция. ООО «Альбрехта» закрывает эту задачу базовым бентонитом Альбрехта-MV и точечными полимерами: по практике Trenchless Technology вязкость в несцементированных песках поднимают с 45 до 50–55 секунд по воронке Марша и добавляют ксантан для прочности геля. Отдельно от этого кейса, по общей практике работы с полимерами, для контроля фильтрации применяют PAC (Навипак).
Почему пески требуют особого раствора
Пески (несвязные грунты по ГОСТ 25100) не держат форму сами по себе. Устойчивость скважины ГНБ держит только буровой раствор: он должен создать непроницаемую фильтрационную корку и поддерживать положительный гидростатический напор против стенок.
Фильтрационная корка — тонкий плотный слой из частиц бентонита, который формируется на стенке скважины и не даёт жидкой фазе раствора уходить в поры грунта. Пока корка цела, она держит стенку скважины; если она слабая или раствор уходит в поры — стенки осыпаются.
Если корка слабая, шлам оседает на дне, растёт момент на штангах, инструмент заклинивает. В длинных переходах проблема усиливается: при остановках циркуляции песок быстро оседает.
СП 341 (п. 5.5) прямо указывает, что метод ГНБ применяют в дисперсных несвязных (пески) и связных грунтах, где тиксотропный раствор обеспечивает устойчивость стенок. Отдельно, п. 5.6 относит к сложным условиям более широкий и не ограниченный песком перечень: напорные подземные воды, глинистые грунты текучей консистенции, плывуны, валунные и гравийно-галечниковые, скальные и крупнообломочные грунты, грунты с техногенными включениями, а также неустойчивые площадки (карст, оползни, подработанные территории). Для таких условий по п. 5.7 нужны дополнительные мероприятия: буровые перфораторы, забойные двигатели, специальные высокопрочные буровые коронки, а при необходимости — сочетание ГНБ с микротоннелированием.
Какие параметры раствора критичны в песке
В песке критичны четыре параметра: вязкость по воронке Марша, прочность геля, фильтрация (водоотдача) и песчаность самого раствора. По вязкости и прочности геля — ориентир из статьи Trenchless Technology о корректировке раствора на 4400-футовом переходе в несцементированных песках; по фильтрации — общая практика работы с полимерами PAC:
- Вязкость по воронке Марша: на этом переходе её поднимали с базовых ~45 секунд до 50–55 секунд, добавляя бентонит и ксантан. Это улучшило качество корки и несущую способность.
- Прочность геля (gel strength): критична при остановках. Ксантан повышает низкосдвиговую вязкость и гелевую структуру, удерживая песок во взвешенном состоянии.
- Фильтрация / водоотдача: PAC (Навипак, полианионная целлюлоза) снижает уход раствора в поры песка, формируя более плотную корку при меньшей вязкости.
- Песчаность самого раствора: отраслевой ориентир для буровых насосов — не выше 1–2%, но производители техники (например, Vermeer) рекомендуют целевой уровень ≤0,25% в оптимальных условиях — именно к нему и стоит стремиться на объекте. Абразивный песок в растворе разрушает гель и быстро изнашивает насосы и инструмент.
Сводные ориентиры по параметрам раствора в песке — в таблице ниже.
| Параметр | Ориентир в песке | Когда проверять |
|---|---|---|
| Вязкость по Маршу | 50–55 сек (база ~45 сек) | В начале смены и после смены грунта |
| Прочность геля | Повышенная (ксантан) | Перед остановками и после них |
| Фильтрация / водоотдача | Снижена (PAC / Навипак) | При падении возврата раствора |
| Песчаность раствора | Целевой уровень ≤0,25%, не выше 1–2% | Регулярно, особенно на длинных переходах |
Контролировать эти параметры нужно регулярно — подробный порядок измерений есть в статье про контроль параметров раствора на объекте.
Роль полимеров: когда одного бентонита мало
Бентонит Альбрехта-MV уже содержит полимерные добавки и в большинстве грунтов работает без дозагрузки: по данным карточки товара, для песка закладывают 20–23 кг на м³ воды, для водонасыщенного песка и гравия — 23–25 кг/м³. В сыпучих и водонасыщенных песках, на длинных переходах или при высокой нагрузке дополнительно вводят:
- Ксантан — для прочности геля и выноса шлама при низких скоростях сдвига (остановки, соединения).
- Навипак (PAC) — для контроля фильтрации и стабильности корки.
- При необходимости — смазочные добавки (Антифрик) для снижения трения при протяжке.
Точная дозировка полимерных добавок зависит от воды, грунта и длины перехода и определяется по результатам контроля параметров раствора непосредственно на объекте — единого норматива для ГНБ в открытых источниках нет. Инженеры «Альбрехты» помогают подобрать стартовую дозировку под конкретный грунт.
Типичные ошибки при ГНБ в песках
Ошибка в растворе почти всегда проявляется ростом момента и потерей циркуляции раньше, чем видимым обрушением.
| Ошибка | Последствие | Как правильно |
|---|---|---|
| Только базовый бентонит без контроля геля | Песок оседает при остановках, растёт момент, риск заклинивания | Держать вязкость 50–55 с и добавлять ксантан для gel strength |
| Высокая фильтрация | Раствор уходит в стенки, корка слабая, обрушение | Добавить PAC (Навипак), контролировать водоотдачу |
| Грязный раствор с высокой песчаностью | Гель разрушается, абразив убивает насосы и резцы | Регенерация + регулярный контроль песчаности ≤0,25% |
| Слишком быстрое пилотное бурение | Не успевает сформироваться корка, стенки осыпаются | Снижать темп бурения до стабилизации возврата раствора и постоянно контролировать объём возврата на поверхность |
| Остановки без циркуляции | Шлам оседает, образуется пробка | При длительных паузах периодически прокачивать раствор |
Решение от ООО «Альбрехта»
Для песчаных грунтов мы рекомендуем базовый бентонит Альбрехта-MV (уже полимеризован, высокая несущая способность и прочность геля) плюс точечные полимеры из категории полимеры для ГНБ: ксантан и Навипак. Замешивание — на НСУ Алмикс. Всё в наличии на складе в Люберцах, инженеры помогают подобрать дозировку под конкретный грунт бесплатно.
FAQ
Можно ли бурить ГНБ в чистом песке без полимеров?
Да, если песок не водонасыщенный и переход короткий. Альбрехта-MV часто справляется сам. При длинных переходах или плывунах добавляют ксантан и PAC.
Какая вязкость нужна в песке?
Ориентир из практики Trenchless Technology — 50–55 секунд по воронке Марша вместо базовых 45. Точное значение зависит от песчаности и длины перехода.
Что делать, если раствор уходит в песок?
Остановить проходку, поднять вязкость и добавить PAC для снижения фильтрации. Проверить давление насоса — не превышать допустимое по глубине.
Как часто контролировать раствор в песке?
Вязкость, песчаность и прочность геля — в начале смены и при изменении поведения установки (рост момента, падение возврата).
Как понять, что раствор уже не держит песчаную скважину?
Первые признаки — рост крутящего момента на штангах и падение объёма возврата раствора на поверхность, это проявляется ещё до видимого обрушения стенок.
Можно ли использовать один и тот же раствор для песка и для суглинка?
Нет. В песке нужна выше песчаность-контроль и выше прочность геля для удержания шлама во взвешенном состоянии, тогда как в связных грунтах (суглинки, глины) акцент смещается на смазывающие свойства и контроль набухания глин.
Нужна ли регенерация?
Да, особенно на длинных переходах. Песок быстро загрязняет раствор. Системы регенерации Альбрехты снижают расход бентонита и утилизацию.
Вывод
В песчаных грунтах устойчивость скважины ГНБ держит раствор: качественная фильтрационная корка + достаточная прочность геля. СП 341 (п. 5.5) прямо связывает применимость метода с тиксотропным раствором. Главное — вовремя поднять вязкость до 50–55 с, добавить ксантан и PAC при необходимости и регулярно контролировать параметры на объекте: именно эти меры, а не марка бентонита сама по себе, держат скважину в песке.
Контакты
Звоните: +7 (495) 554-41-78, +7 (495) 554-63-51, +7 (495) 739-93-08
Email: office@albrehta.net
Сайт: www.albrehta.net