Как пройти плывун при бурении скважины: советы буровика

Профессиональные бурильщики часто сталкиваются со скрытой угрозой, способной превратить процесс создания источника водоснабжения в затяжную и затратную войну с природой. Ситуация, когда буровой инструмент внезапно проваливается, а свежая шахта за считаные минуты заполняется жидкой, подвижной массой из песка и грязной воды, означает встречу с плывуном.

Эта гидрогеологическая аномалия заставляет неопытных мастеров бросать работу, оставляя после себя испорченный ландшафт и заклинившее в земле дорогостоящее оборудование. Однако паниковать не стоит: при правильном инженерном подходе этот нестабильный горизонт можно успешно преодолеть и дойти до чистого водоносного слоя.

Что такое плывун и почему он возникает

С технической точки зрения плывун представляет собой замкнутый подземный резервуар, состоящий из мелкозернистого или пылеватого песка, частиц глины и супеси, которые находятся в критически перенасыщенном водой состоянии. Главная особенность этой массы — её тиксотропность. В спокойном состоянии слой кажется относительно плотным, но при малейшем механическом воздействии (ударе бура, вибрации, откачке воды) связь между частицами мгновенно разрушается. Субстанция переходит в жидкое, текучее состояние и начинает вести себя как тяжелая вязкая жидкость.

Согласно гидрогеологическим исследованиям Государственного гидрологического института, истинные плывуны чаще всего формируются в низинах, поймах рек и местах древних палеорусел, где песчаные подушки зажаты между водоупорными слоями глин. Внутри такой структуры поддерживается высокое гидростатическое давление. Стоит разрушить верхний глиняный замок буровым снарядом, как жидкий песок под напором устремляется внутрь созданной выработки, напрочь блокируя буровую колонну.

Виды плывунов: истинные и ложные

Для выбора правильной тактики борьбы важно классифицировать встреченную породу. Буровики разделяют эти образования на две принципиальные группы:

• Истинные плывуны. Содержат огромный процент коллоидных глинистых частиц и органики. Глина удерживает воду вокруг песчинок, выступая в роли смазки. Такие слои практически не отдают воду, обладают колоссальной подвижностью и гидростатическим давлением. При высыхании на воздухе эта масса превращается в твердый камень.

• Ложные плывуны (псевдоплывуны). Состоят из чистого мелкозернистого песка высокой степени водонасыщения без клейких коллоидных примесей. Они подвижны только из-за высокого напора подземных вод. Бороться с ними значительно проще: они легко отдают воду при дренировании и поддаются стандартным методам обсадки.

4 инженерных метода прохождения плывуна

Выбор технологии зависит от типа бурения (малогабаритной установкой или вручную), глубины залегания неустойчивого пласта и плотности раствора. На практике применяются четыре проверенных временем метода.

1. Метод параллельной обсадки (опережающая обсадка)

Это классический и самый надежный способ, применяемый при ударно-канатном и вращательном бурении. Суть метода заключается в том, что стенки скважины укрепляются трубой до того, как инструмент начнет разрушать породу внутри плывуна.

1. При первых признаках разжижения грунта бурение приостанавливают.

2. В шахту опускают тяжелую стальную обсадную трубу (кондуктор), на конце которой установлен зубчатый башмак.

3. Трубу принудительно забивают или задавливают в плывунный слой на 0,5–1 метр вперед.

4. Желонкой или шнеком аккуратно извлекают намытый песок строго внутри обсадной трубы, не выходя за её пределы.

5. Процесс циклически повторяют, наращивая звенья трубы, пока башмак не упрется в твердую подстилающую глину.

2. Бурение с утяжеленным глинистым раствором

При роторном бурении с промывкой плывуны проходят за счет создания избыточного противодавления на стенки скважины. Для этого обычную воду заменяют специальным буровым раствором.

В качестве основы используют бентонитовую глину (например, отечественные марки премиум-класса Бентолюкс). Набухая в воде, бентонит образует вязкую гелеобразную суспензию. Плотный раствор за счет своего веса давит на стенки выработки изнутри, препятствуя прорыву плывуна. Дополнительно частицы глины под давлением врезаются в поры песчаного пласта, создавая на его границе прочную непроницаемую корку (кольматационный слой), которая временно цементирует сыпучую породу.

3. Использование шпунтовых сорочек и забивных фильтров (для абиссинских колодцев)

Если глубина залегания жидкого песка небольшая (до 7–10 метров), а бурение выполняется вручную, оптимальным решением становится устройство абиссинской скважины методом забивания («иглы»).

В этом случае не вынимают грунт наружу. Стальную трубу диаметром 1–1,5 дюйма с острым конусообразным наконечником и перфорированной зоной, защищенной галунной сеткой, забивают в землю тяжелой бабкой или отбойным молотком. Скорость прохождения плывуна здесь максимальна — труба просто раздвигает плывунные массы, а плотные стенки обжимают металл, предотвращая намывание песка внутрь.

4. Метод химического закрепления и тампонирования

Применяется в тяжелых случаях, когда толщина плывуна велика, а механические способы не дают результата. Через буровую штангу в зону аварии закачивают специальные быстросхватывающиеся смеси — жидкое стекло с отвердителями, полиуретановые составы или цементно-песчаные растворы. Химикаты связывают свободную воду и превращают подвижный песок в монолитный блок, который после застывания легко разбуривается стандартным долотом.

Сравнение технологий преодоления подвижных грунтов