Контроль СНС и ДНС бурового раствора при ГНБ по СП 341
Контроль СНС и ДНС при горизонтальном направленном бурении (ГНБ) показывает, как буровой раствор образует структуру в покое и ведёт себя при течении. Для песков и крупнообломочных грунтов диапазоны задаёт таблица 9.2 СП 341.1325800.2017. Измеряют эти параметры ротационным вискозиметром; время истечения из воронки Марша не заменяет такой замер.
Чем отличаются СНС и ДНС
СНС характеризует прочность структуры раствора после выдержки в покое, а ДНС — расчётный реологический показатель при движении. Сравнивать их между собой как один и тот же параметр нельзя.
СНС — статическое напряжение сдвига, или прочность геля. Для сравнения с таблицей 9.2 используют результат после 10 секунд покоя. Этот показатель связан со способностью структуры удерживать твёрдые частицы при остановке потока.
ДНС — динамическое напряжение сдвига, сопоставляемое с yield point (YP) в двухточечной модели Бингама. Его рассчитывают по показаниям ротационного вискозиметра, а не получают из времени истечения раствора через воронку. Оба показателя оценивают вместе с другими свойствами раствора и условиями циркуляции.
Какие диапазоны приведены в СП 341
Для каждого вида песка и крупнообломочного грунта таблица 9.2 приводит свой диапазон СНС и ДНС. Объединять гравелистый и крупный песок в одну строку с общими значениями нельзя.
| Разновидность грунта | СНС после 10 с, lbf/100 ft² | ДНС, lbf/100 ft² |
|---|---|---|
| Гравийный грунт, при неокатанных гранях — дресвяный | Более 40 | Не менее 60 |
| Песок гравелистый | 15–30 | 20–40 |
| Песок крупный | 8–20 | 15–25 |
| Песок средней крупности | 7–12 | 12–20 |
| Песок мелкий/пылеватый | 5–8 | 10–15 |
В таблице 9.2 для гравийного/дресвяного грунта указана доля частиц крупнее 2 мм более 50 %. Для глинистых грунтов отдельные значения СНС и ДНС в этой таблице не регламентируются. Это не отменяет подбора рецептуры и контроля других параметров по разделу 9 и проекту.
В каких единицах записывать результат
Напряжение имеет размерность силы, делённой на площадь. Правильная запись — lbf/100 ft², то есть фунт-сила на 100 квадратных футов; вариант «фунт/100 фут» размерностно неверен.
Для пересчёта 1 lbf/100 ft² ≈ 0,479 Па ≈ 4,788 дПа, а 1 дПа = 0,1 Па. Например, 10 lbf/100 ft² ≈ 4,79 Па. В параллельном столбце таблицы СП значения в дПа округлены: при сверке результатов выбирайте одну систему единиц и не принимайте округлённые пары за точное равенство.
Как измерять СНС и рассчитывать ДНС
Измерения проводят по применимой методике и инструкции конкретного вискозиметра с учётом его измерительной системы. В таблице 9.2 СП дана ссылка на ГОСТ 33213-2014, пп. 6.3.2–6.3.3.
- Отобрать представительную пробу раствора; записать место и время отбора, состояние пробы и температуру измерения.
- Подготовить и проверить вискозиметр по руководству изготовителя. Не переносить коэффициенты между разными роторами, измерительными цилиндрами и пружинами.
- Для СНС выполнить предусмотренное методикой предварительное перемешивание, выдержать пробу в покое 10 секунд и определить пиковое показание при разрушении структуры.
- Для ДНС получить показания при требуемых скоростях и рассчитать результат по принятой модели; зафиксировать использованные единицы.
- Сопоставить результаты с контрольными значениями для грунта, при необходимости скорректировать состав и повторить замер.
Пример для Fann Model 35 со стандартной системой R1–B1–F1: PV = θ600 − θ300; YP = θ300 − PV. Здесь θ600 и θ300 — показания шкалы при 600 и 300 об/мин, PV — пластическая вязкость в сП, YP — ДНС в lbf/100 ft². Эти зависимости приведены в руководстве прибора, раздел 7.2.
При θ600 = 50 и θ300 = 30 получаем PV = 20 сП и YP = 10 lbf/100 ft². Это учебный расчёт для указанной измерительной системы, а не универсальная формула для любого вискозиметра. Показатель СНС измеряют отдельно; вычислять его из YP нельзя.
Как часто проводить контроль
По п. 11.3.3.3 СП 341 параметры раствора проверяют для каждого замеса, а для смесителей непрерывного действия — не реже одного раза в два часа. Общая формулировка «измерять раз в два часа» не охватывает оба случая.
Контрольные значения устанавливают до начала бурения для принятого состава. Результаты замеров и корректировок заносят в журнал; при изменении гидрогеологических условий состав корректируют по пп. 11.3.3.1–11.3.3.8.
Как корректировать свойства раствора
Корректировку выбирают после проверки воды, состава и состояния раствора. Недостаточное или избыточное значение СНС само по себе не объясняет причину отклонения.
Для базового состава можно использовать бентонит Альбрехта-MV, подобрав дозировку по грунту и подтвердив свойства пробного замеса. Если требуется изменение реологии, рассматривают ксантан (полимер ХС). Карточка этого продукта указывает 200–1000 г на м³ раствора в зависимости от воды и бентонита. Это диапазон применения конкретного материала, а не установленная СП обязательная доза и не гарантия нужного СНС.
Для контроля водоотдачи применяют подходящие реагенты, например Навипак (PAC). Другие полимеры для ГНБ подбирают под задачу рецептуры. Не заменяйте измерения увеличением дозировки «на глаз».
Качество воды проверяют до приготовления. В п. 9.1.5 СП приведены pH 8–10 и жёсткость не более 5 °Ж; требования к воде и порядок её подготовки необходимо согласовать с рецептурой и рекомендациями производителей компонентов.
После очистки и регенерации раствор снова проверяют и при необходимости корректируют. Рост содержания выбуренной породы нельзя автоматически трактовать как недостаток бентонита или ксантана.
Типичные ошибки контроля
Самые частые ошибки — неверная единица, подмена реологического измерения воронкой и отсутствие повторного замера после корректировки. Они делают результаты несопоставимыми или скрывают причину отклонения.
| Ошибка | Что искажается | Как правильно |
|---|---|---|
| Запись «фунт/100 фут» | Теряется размерность напряжения | Писать lbf/100 ft², Па или дПа |
| Сравнение СНС после другой выдержки с таблицей для 10 с | Сопоставляются разные результаты испытаний | Фиксировать выдержку и методику |
| Определение ДНС по воронке Марша | Время истечения принимается за реологический параметр | Применять ротационный вискозиметр |
| Добавление ксантана без проверки причины отклонения | Состав меняется без подтверждения результата | Проверить воду и раствор, испытать корректировку |
| Контроль только раз в два часа при порционных замесах | Отдельные замесы остаются непроверенными | Проверять каждый замес |
Решение от Альбрехта
«Альбрехта» предлагает материалы для приготовления и корректировки буровых растворов, а также насосно-смесительные узлы и оборудование очистки. Для подбора сообщите геологию, параметры воды, состав текущего замеса, результаты измерений и условия работы установки.
Нужные свойства подтверждают испытаниями конкретного состава. Наличие материалов, комплектацию и условия поставки уточняют при обращении.
Частые вопросы
Какой СНС нужен для мелкого песка?
В таблице 9.2 СП 341 для мелкого/пылеватого песка указано 5–8 lbf/100 ft² после 10 секунд покоя. Для других разновидностей песка значения отличаются.
Можно ли заменить измерение СНС воронкой Марша?
Нет. Воронка характеризует условную вязкость по времени истечения. СНС определяют другим испытанием на ротационном вискозиметре по применимой методике.
ДНС и прочность геля — одно и то же?
Нет. ДНС относится к реологической модели при течении, а СНС — к структуре после покоя. Для оценки раствора нужны оба показателя, если их контроль предусмотрен для условий работ.
Обязательно ли добавлять ксантан в каждый замес?
Нет. Решение принимают по рецептуре и измерениям. Диапазон из карточки ксантана — рекомендация по конкретному материалу; он не означает обязательное введение добавки во все составы.
Есть ли отдельный норматив СНС для глины в таблице 9.2?
Нет. Примечание 3 указывает, что значения СНС и ДНС для глинистых грунтов в этой таблице не регламентируются. Остальные требования к составу и контролю раствора продолжают применяться.
Как часто измерять параметры раствора?
Для каждого замеса; для смесителей непрерывного действия — не реже одного раза в два часа по п. 11.3.3.3 СП 341. Результаты и корректировки записывают в журнал.
Вывод
Контроль СНС и ДНС полезен, когда соблюдены время выдержки, методика, единицы и условия измерения. Подбор состава начинается с грунта и воды, затем проверяется испытаниями. Корректировать раствор следует по результатам замеров, а не по одной дозировке из общей таблицы.
Нужна помощь с подбором материалов и оборудования? «Альбрехта», Люберцы. Телефоны: +7 (495) 554-41-78; +7 (495) 554-63-51; +7 (495) 739-93-08. Почта: office@albrehta.net.
Читайте также
Связанные материалы о приготовлении, контроле и выборе реагентов:
- Контроль параметров бурового раствора на объекте ГНБ
- Полимеры для ГНБ: как выбрать и не испортить раствор
- ГНБ в песчаных грунтах: раствор и полимеры для устойчивости скважины
- Как приготовить буровой раствор на бентоните Альбрехта-MV
Источники
Нормативные значения сопоставлены с инструкцией измерительного прибора; рекомендации по реагентам проверены по карточкам материалов.
- СП 341.1325800.2017: таблица 9.2, пп. 9.1.5, 9.1.8, 9.3.3, 11.3.3.1–11.3.3.8; ссылка на ГОСТ 33213-2014 приведена в примечании к таблице.
- Fann Model 35 Viscometer Instruction Manual: разделы 5.3 и 7.2; Revision P, January 2016, печатные с. 18 и 30.
- Карточки ксантана и Навипака: разделы «Дозировка» и «Применение»; ссылки приведены при первом упоминании продуктов.