Ролята на промивната среда за предотвратяване на усложнения по време на сондиране във вечна замръзналост - Сондажни кладенци на обекта
Ролята на промивната среда за предотвратяване на усложнения при сондиране във вечна замръзналост
Най-интензивно се разрушават скалите с ниско съдържание на лед и слабо уплътнените скали. Топлинният капацитет на такива скали е нисък и следователно тяхното унищожаване става много по-бързо от скалите с високо съдържание на лед.
Сред замръзналите скали има междинни слоеве от размразени скали, много от които са склонни към загуба на сондажна течност при налягания, леко надвишаващи хидростатичното налягане на водния стълб в кладенеца. Загубите в такива слоеве са много интензивни и изискват специални мерки за тяхното предотвратяване или премахване.
Процесите на разрушаване на вечната замръзналост са доста сложни и малко проучени. Сондажната течност, циркулираща в кладенеца, взаимодейства термо- и хидродинамично както със скала, така и с лед и това взаимодействие може значително да се засили чрез физикохимични процеси (например разтваряне), които не спират дори при отрицателни температури.
Понастоящем може да се счита за доказано наличието на осмотични процеси в системата скала (лед) - кора на стената на кладенеца - промивна течност в кладенеца. Тези процеси са спонтанни и са насочени в посока, обратна на потенциалния градиент (температура, налягане, концентрация), т.е. са склонни да изравняват концентрации, температури, налягания. Ролята на полупропусклива бариера може да се изпълнява както от филтърна утайка, така и от тънък слой от самата скала в близост до сондажа. А в състава на замръзналата скала, освен лед като нейно циментиращо вещество, може да има незамръзваща порова вода с различна степен на минерализация. Количеството незамръзваща вода във вечната замръзналост зависи от температурата, състава на материала и солеността.
Поради наличието в отворения отвор на кладенецапромивна сондажна течност, а във вечно замръзналата почва - пореста течност с определена степен на минерализация, процесът на спонтанно подреждане на концентрациите се извършва под действието на осмотичното налягане. В резултат на това може да настъпи разрушаване на замръзналата скала. Ако сондажната течност има повишена концентрация на някаква разтворена сол в сравнение с водата от порите, тогава фазовите трансформации ще започнат на границата лед-течност, свързани с намаляване на температурата на топене на леда, т.е. процесът на унищожение ще започне. И тъй като стабилността на стената на кладенеца зависи главно от леда, като циментиращо вещество, при тези условия стабилността на вечната замръзналост, образуваща стената на кладенеца, ще бъде загубена, което може да причини сипеи, срутвания, образуване на каверни и утайки, кацане и влачене по време на операции по спускане, спиране на обсадни колони, спуснати в кладенеца, абсорбиране на промивни и фугиращи разтвори.
Ако степента на минерализация на сондажната течност и водата от порите на вечната замръзналост са еднакви, тогава системата кладенец-скала ще бъде в изотонично равновесие и разрушаването на вечната замръзналост под физическо и химическо въздействие е малко вероятно.
С увеличаване на степента на минерализация на промивния агент възникват условия, при които водата от порите с по-ниска минерализация ще се премести от скалата към кладенеца. Поради загубата на неподвижна вода, механичната якост на леда ще намалее, ледът може да се срути, което ще доведе до образуване на кухина в сондажния кладенец. Този процес се засилва от ерозивното действие на циркулиращия промиващ агент.
Процесът на разрушаване на леда също се влияе от продължителността на излагане на солена промивна течност. Така че, когато ледът е изложен на 3% разтвор на NaCl, загубата на маса на ледена проба с температураминус 1 °C беше: 0.62; 0,96 и 1,96 g, съответно, след 0,5; 1.0 и 1.5 часа
За да се сведе до минимум отрицателното въздействие на физичните и химичните процеси върху състоянието на сондажния отвор, пробит във вечно замръзналата земя, е необходимо на първо място да се осигури равновесна концентрация върху стената на кладенеца на компонентите на сондажната течност и интерстициалната течност във вечната замръзналост.
За съжаление това изискване не винаги е осъществимо на практика. Поради това по-често се използва за защита на циментиращия вечно замръзнал лед от физикохимичното въздействие на сондажната течност с филми от вискозни течности, които покриват не само ледените повърхности, открити от сондажа, но и интерстициалното пространство, частично съседно на сондажа, като по този начин прекъсва директния контакт на минерализираната течност с леда.
По този начин, за да се предотврати образуването на каверни, разрушаването на зоната на устието на кладенеца, сипеи и срутвания при пробиване на кладенци във вечна замръзналост, сондажната течност трябва да отговаря на следните основни изисквания:
- имат ниска степен на филтрация;
- съдържат количеството соли в равновесие с течността в ММР;
- имат способността да създават плътен, непропусклив филм върху ледената повърхност във вечно замръзналата земя;