Для приготовления промывочных растворов с низким удельным весом и высокими структурно-механическими свойствами при проходке в зонах, поглощающих обычную промывочную жидкость (воду или глинистый раствор), применяют порошок из бентонитовых глин.

Для получения устойчивых глинистых суспензий, приготовленных на основе местных глин или разбуриваемых пород, необходимо производить химическую обработку раствора.

Газообразные агенты вместо промывочных растворов употребляются там, где не требуется создавать гидростатического давления для поддержания устойчивости стенок скважины, как это происходит при использовании промывочной жидкости.

При бурении в зонах вечной мерзлоты используется соляной раствор.

Промывочный раствор, применяемый при бурении, представляет собой дисперсную систему, для которой необходимо приложить некоторое усилие, разрушающее ее структуру. При недостаточной силе промывочная жидкость будет испытывать упругие деформации подобно твердому телу. Силу, которую необходимо приложить для того, чтобы промывочная жидкость начала перемещаться, называют статическим напряжением сдвига.

Промывочные жидкости обладают свойствами коллоидных растворов, в которых имеются силы притяжения и отталкивания между частицами. Основными параметрами промывочных жидкостей являются (табл. 77) водоотдача, вязкость, статическое напряжение сдвига, суточный отстой (коллоидальность), удельный вес, глинизирующая способность (толщина корки), содержание песка, стабильность, фильтрация.

Промывочная жидкость должна:
— заполнять все поры стенок выработки, предотвращая значительный уход промывочного раствора;
— укреплять стенки выработки, обеспечивая устойчивость проходимых пород (в том числе и плывунов);
— закупоривать все пути своего продвижения по породам (и не должна отфильтровывать в горные породы большое количество воды);
— обеспечивать вынос шлама, максимально очищая забой от выбуренной породы; легко очищаться от внутренней породы; обладать достаточной стабильностью и стойкостью своих свойств как во времени, так и по месту нахождения; охлаждать режущий инструмент в процессе бурения; легко подвергаться различной химической обработке в случае необходимости получения специальных растворов;
— обеспечивать размыв в забое мягких пород и оказывать физико-хими-ческое воздействие на твердые породы.

Для придания промывочной жидкости необходимых параметров ее обрабатывают электролитами и защитными коллоидами.

К электролитам относятся кальцинированная и каустическая сода, жидкое стекло, поваренная соль, известь и цемент; к защитным коллоидам — углещелочной и торфощелочной реагенты, сульфит-спиртовая барда, карбоксиметилцеллюлоза, нефть.

Кальцинированная сода (углекислый натр) Na2C03 наиболее употребительный реагент, он придает устойчивость раствору из кальциевых глин.

Для уменьшения водоотдачи к раствору обычно добавляют до 10 кг/м3 кальцинированной соды, при этом вязкость и статическое напряжение сдвига раствора значительно возрастают.

Каустическая сода (едкий натр) NaOH способствует Уменьшению водопоглощения.

Фосфаты очень хорошо снижают ионы кальция и магния, поэтому их применяют для смягчения воды и снижения вязкости промывочных растворов. Важнейшими реагентами этой группы являются: тринатрийфосфат NaP04, гексаметафосфат Na3(PO)e, кислый пиродо-фосфат натрия Na2H2P207, тетрафосфат NaeP4013, тетрапирофосфат Na4P407.

Наибольшее снижение вязкости промывочной жидкости достигается при добавлении около 0,5 кг/м3 фосфата.

Жидкое стекло значительно повышает вязкость, статическое напряжение и удельный вес промывочного раствора. Жидкое стекло применяют главным образом при борьбе с водопоглощением.

Поваренная соль СаС1 увеличивает статическое напряжение сдвига и устраняет разбухание глинистых пород в промывочной жидкости.

Известь (30—50 кг/м3) резко повышает вязкость, водоотдачу и толщину глинистой корки, суточный отстой и стабильность промывочного раствора. Известь применяют главным образом при борьбе с водопоглощением.

Углещелочной реагент (УЩР) применяют для снижения водоотдачи, повышения стабильности и снижения вязкости промывочного раствора. УЩР состоит из бурого угля и каустической соды: па 1 м3 воды — бурого угля 100—130 кг (сухой вес), соды 10—30 кг.

Торфощелочной реагент (ТЩР) применяют главным образом при борьбе с водопоглощением. На 1 м3 промывочной жидкости рекомендуется до 100 кг (сухой вес) торфа и до 20 кг едкого натра.

Сульфит-спиртовая барда (ССБ) включает в себя лпгносульфитовые кислоты, которые растворяются в воде. Так как ССБ обычно имеет кислую реакцию, то на 1 м3 реагента добавляют 30—60 кг едкого натра. Реагент ССБ применяют для снижения водоотдачи уплотнения корки промывочной жидкости. Основным недостатком этого реагента является способность к вспениванию промывочного раствора. Для уменьшения образования пены применяют окисленный петролатум, керосиновый контакт, нефть и др.

Совместная обработка промывочного раствора комбинированным реагентом из ССБ и УЩР понижает водоотдачу без повышения вязкости и пенообразованпя. Однако такие промывочные растворы в условиях, где могут растворяться соли и присутствуют сильноминерализованные воды, также непригодны для бурения.

Карбоксиметилцеллюлоза (от 5 до 40 кг/м3) резко снижает водоотдачу промывочного раствора и статическое напряжение сдвига и повышает его вязкость. Высокая стоимость такого реагента ограничивает его применение.

Нефть добавляют к промывочным растворам для уменьшения липкости корок, улучшения смазывающих свойств раствора, снижения водоотдачи п повышения стабильности. На 1 м3 промывочной жидкости обычно добавляют до 120 кг нефти.

Приготовление промывочных жидкостей. Когда разбуренную породу (мел, мергель) используют как исходный материал, приготовление промывочной жидкости сводится только к химической его обработке и соответствующей регулярной проверке его качества лабораторным путем.

Глинистый раствор приготовляют непосредственно на месте бурильных работ или централизованным способом. Для приготовления глинистых растворов используют сырую карьерную глину, глинопорошкп и педко глинобшкеты.

Наиболее совершенной является гидромешалка конструкции Папи-ровского. Эта гидромешалка производительностью до 40 м3/ч представляет собой металлическую емкость (25—200 м3), имеющую форму развернутого цилиндра длиной 13 м. Гидромониторные струи выходят из штуцеров под давлением 25—30 кгс/см2 от насосов У8-3. Вес гидромешалки 9,2 т.

Рис. 1. Гидромешалка конструкции Папировского

Рис. 2. Сито-конвейер CKP-650

Вибрационное сито СВС-2 состоит из двух одинарных сеток из стальной нержавеющей проволоки, параллельно установленных на общую раму. Каждая сетка имеет самостоятельный привод Размеры ячеек сетки подбпрают в зависимости от крупностп разбуриваемых пород и режима бурения.

Сито-конвейер СКР-650 конструкции М. Д. Оловьянова и С. П. Шумилова состоит из сварной рамы, на которой смонтированы ведущий и ведомый барабаны с натянутой на них сеткой. У приемного желоба на раме установлено силовое колесо, которое приводится во вращение потоком промывочной жидкости, выходящей из скважины, или электродвигателем (при бурении стволов). Силовое колесо передает вращение ведущему барабану. Порода, осевшая на сетке, при движении сбрасывается с ведомого барабана и направляется в отвал.

Рис. 3. Сепаратор СГС-60/15-46

Нижняя нерабочая ветвь сетки непрерывно промывается водой, а очищенный раствор направляется в приемную емкость.

Сепараторы СГС 60/15-46 имеют максимальную производительность 60 л/сек, минимальную 15 л/сек. Промывочная жидкость из скважины поступает на лопасти силового колеса и заставляет его вращаться. Вращение от силового колеса передается трансмиссией рабочему сепарирующему барабану и одновременно вспомогательному барабану. Рабочий барабан представляет собой сварной горизонтальный шнек, обтянутый сеткой. Размер ячеек сеток выбирают в зависимости от крупности выбуренной породы и изготовляют пз латунной или нержавеющей стали.

Поток промывочного раствора из камеры силового колеса, попадая внутрь рабочего барабана, стекает через сетку барабана в корыто и по желобам направляется к приемному чану. Отделившиеся в барабане обломки выбуренной породы размером большим, чем отверстия сетки, Удаляются шнеком с противоположной стороны барабана.

Гидроциклоны служат для тонкой очистки промывочной жидкости от выбуренной породы, а также для регенерации утяжеленных глинистых растворов.

Гидроциклонный аппарат представляет собой цилиндрический сосуд с углом конусности 10—20°.