Пена

ПЕНА в бурении (а. foam; н. Schaum; ф. mousse, ecume; и. espuma) — система, состоящая из пузырьков газа (пара), разделённых плёнками жидкости; применяется для промывки скважин. Соотношение газовой и жидкой (и твёрдой) фаз в пене определяется степенью аэрации жидкости (а), равной отношению расходов газа (V_r) и жидкости (V_ж) при атмосферном давлении. При а >= 50 дисперсная система считается пеной. Жидкая фаза содержит поверхностно-активные вещества (ПАВ) — пенообразователи (анионактивные, непокоренные или их композиции) от 0,2 до 0,5%; стабилизаторы — химические реагенты (карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, гидролизованный полиакрилонитрил, акриловый сополимер М-14 и др.) до 0,25-0,5%, глинопорошок (до 5%), смазывающие, ингибирующие (до 3%), противоморозные (до 10-15%) и другие добавки, выбор и концентрация которых определяются конкретными условиями бурения. Пенополимерные композиции создаются на основе жёстких и эластичных полимерных материалов и смол (изоцианат, полиуретан, эпоксидные смолы и т.д.). Пеноцементные тампонажные композиции содержат разного рода ускорители твердения (CaCl₂, Na₂SiO₃, FeCl₃ и др.), вводимые в количестве от 0,5 до 2% и более, а также наполнители (резиновая и полимерная крошки, опилки и др.) — от 5 до 10 кг/м³ и более.

Для приготовления пены используются последовательно компрессор, дозатор (один или два) с раствором ПАВ, пенногенератор или компрессор, дожимное устройство (бустер для повышения давления), насос для подачи раствора ПАВ. Иногда пену приготовляют без компрессора непосредственно в скважине.

Пену применяют для очистки забоя при бурении на твёрдые, жидкие и газообразные полезные ископаемые при вращательном, ударно-вращательном способах (в т.ч. с отбором керна), при сооружении скважин специального назначения (например, шахтных стволов), при проходке зон поглощений в безводных труднодоступных районах (Крайний Север, гористая местность, бездорожье и т.п.), бурении в многолетнемёрзлых породах, при ремонте и очистке эксплуатационных скважин.

Пеноцементы, пенополимерные композиции используются для изоляции зон аномально низких пластовых давлений, для цементирования разведочных и эксплуатационных скважин при наличии зон поглощений в затрубном пространстве (в условиях, опасных по гидроразрыву пласта), в мёрзлых породах.

Применение пены при бурении скважин позволяет сократить расходы на водоснабжение, устранить осложнения из-за потери циркуляции в поглощающих горизонтах и обеспечить надёжное охлаждение породоразрушающего инструмента (в частности, алмазного), увеличить механическую и рейсовую скорости бурения, проходку на долото (коронку), снизить стоимость станкосмены. Скорость бурения с пеной в 2,5-3 раза выше, чем при использовании малоглинистых растворов, в 2 раза выше по сравнению с аэрированными растворами и в 1,5-2 раза выше, чем при бурении с промывкой водой. Пены обладают высокой выносной способностью (в 7-8 раз большей, чем у воды).