Предотвращение ползучести льда при бурении глубоких скважин в ледовых отложениях

Н.С. Кононова (Санкт-Петербург)

При проходке глубоких скважин в толще соляных месторождений и, особенно, в мощных ледовых отложениях значительные затруднения возникают при поддержании открытого ствола скважины в силу проявления специфических вязко - пластичных свойств этих горных пород.

В настоящее время существуют многие способы борьбы с заплыванием полости скважины при бурении, среди которых можно отметить выполнение борозд в стенках скважин, параллельных ее оси, а также заполнение скважины заливочной жидкостью определенной плотности на необходимую высоту.

Более эффективно и надежно заполнение скважины незамерзающими заливочными жидкостями, так как температура стенок скважин в ледовых отложениях достаточно низкая: например, температура льда на станции Восток (Антарктида) имеет значение до минус 55-570С на глубине 20-50 м, а на глубине 3500 м и более – минус 5-100С. Поэтому заливочная жидкость не должна замерзать в указанном диапазоне температур. Такие жидкости формируются на основе экологически чистых гликолевых смесей. Их плотность составляет 0,95÷0,96 г/см3, или (9,5÷9,6)·10-3МН/м3.

Успешная проводка скважины в таких условиях зависит от определения необходимой высоты H0 ее заполнения заливочной жидкостью, чтобы избежать появления как упругой деформации, так и деформации ползучести льда, способствующих заплыванию контура ствола скважины и прекращению спуска бурового снаряда по ранее пробуренной ее части.

С учетом равновесия между боковым напряжением и давлением столба заливочной жидкости, а также максимальной деформации в поперечном направлении εmaxу + εп £ [ε], где εу п ,[ε] -относительная деформация соответственно упругая, ползучести и допускаемая, получено выражение для требуемой высоты столба заливочной жидкости:

,

где ,- удельный вес соответственно заливочной жидкости и льда; Н - мощность ледника; Vп - скорость ползучести льда; - время конвергенции контура ствола скважины до допустимой величины [ε].

Приведенная методика проверена при бурении глубокой скважины на станции Восток (Антарктида), где при общей глубине скважины более 3620 м высота столба заливочной жидкости составила 2500 м.