استخدام البنتونيت الذكي في مشاريع الحفر الاتجاهي الأفقي

يُعدّ طين البنتونيت عصب مشاريع الحفر، وغالبًا ما تُحدّد جودته نجاح العملية أو فشلها. على الرغم من أن تقنية الحفر الأفقي الاتجاهي (HDD) اقتصرت في البداية على مد خطوط الأنابيب عبر الأنهار، إلا أن تطبيقها توسّع بشكل ملحوظ مع تزايد الطلب في السوق. وأصبح البنتونيت المادة الأساسية للطين المستخدم في الحفر الأفقي الاتجاهي.

ولكن ما هو الدور المحدد الذي تلعبه تقنية الحفر الأفقي الاتجاهي وطين البنتونيت في عملية التشغيل؟ وكيف يمكن تعديل طين البنتونيت لضمان تحقيق عملية الحفر للنتائج المرجوة؟

تقنية الحفر الاتجاهي ووظائف الطين

1. مبدأ تقنية الحفر الاتجاهي

(1) الحفر

تُثبّت منصة الحفر في أحد طرفي مسار خط الأنابيب المُخطط له. ووفقًا لزاوية مُحددة مسبقًا، تُحرّك المُعدة قضيب الحفر، الذي بدوره يُدير ويُحرّك لقمة الحفر. وبتوجيه من أجهزة تحديد المواقع، تُواصل آلة الحفر عملها وفقًا للعمق والطول المطلوبين، مُجتازةً العوائق تحت الأرض حتى تصل إلى الطرف الآخر.

خلال هذه العملية، تُستخدم مضخة طين لحقن طين البنتونيت أو ملاط الأسمنت عبر أنبوب الحفر ومِثقاب الحفر. يساعد هذا على تثبيت البئر، ومنع انهياره، وتبريد مِثقاب الحفر، وتزييت أنبوب الحفر، مما يمنعه من الالتصاق أو الالتصاق بطبقات التربة المحيطة.

(2) الثقب الخلفي

بمجرد إخراج لقمة الحفر والأنبوب من الأرض، تُزال لقمة الحفر وتُستبدل بمخرطة خلفية. ثم تسحب رأس الطاقة أنبوب الحفر والمخرطة الخلفية في الاتجاه المعاكس، مما يُوسّع فتحة البئر لاستيعاب خط الأنابيب.

(3) الانسحاب

أثناء عملية التوسيع الخلفي، يُثبّت خط الأنابيب خلف المثقاب الخلفي. عند سحب أنبوب الحفر والمثقاب الخلفي للخلف، يسحبان خط الأنابيب في آنٍ واحد إلى داخل البئر الموسّع حتى يُركّب بالكامل، مُكملةً بذلك عملية مد خط الأنابيب.

2. وظائف الطين

(1) تعليق وحمل القطع

هذه إحدى أهم وظائف طين الحفر. فهو ينقل بقايا الصخور أو التربة الناتجة عن مثقاب الحفر أو المخرطة إلى خارج البئر، مما يحافظ على نظافة البئر ويُسهّل تركيب خط الأنابيب بسلاسة أثناء عملية السحب.

(2) تثبيت البئر

يُعد الحفاظ على جدار بئر ثابت ومتجانس أمرًا بالغ الأهمية لنجاح الحفر العميق (HDD). كما أنه شرط أساسي لتحقيق نتائج حفر سريعة وعالية الجودة.

(3) التزييت

يوفر طين الحفر تزييتًا فعالًا خلال مرحلتي حفر ثقب التوجيه الأولي وسحب خط الأنابيب. ويُعد هذا التزييت مفيدًا بشكل خاص أثناء التوسيع في التكوينات الصخرية الصلبة، مما يقلل من تآكل أداة التوسيع.

(4) التبريد

أثناء الحفر والتوسيع، يُولّد كلٌّ من لقمة الحفر والموسع حرارةً كبيرةً أثناء دورانهما عبر الصخور أو التربة. كما يُولّد قضيب الحفر حرارةً نتيجة احتكاكه بجدار البئر. يُساعد طين الحفر على تبريد هذه المكونات، مما يُطيل عمرها. خدمة حياة.

(5) تحليل التكوين

من خلال تحليل الطين الذي يعود إلى السطح، يمكن للمشغلين الحصول على رؤى حول الصخور تحت السطحية وإجراء التعديلات في الوقت المناسب على عملية البناء.

خصائص ومتطلبات مؤشرات طين الحفر الاتجاهي الأفقي

1. خصائص الطين

تختلف متطلبات أداء طين البنتونيت في مشاريع الحفر الأفقي الاتجاهي (HDD) باختلاف ظروف البناء والبيئات تحت السطحية. لذلك، قد تختلف طرق وتركيبات تحضير طين الحفر في الموقع تبعًا لذلك.

ومع ذلك، بناءً على الوظائف الأساسية للطين، فإن الخصائص العامة التالية مطلوبة عادةً لعمليات HDD:

(1) اللزوجة

اللزوجة هي مقاومة السائل للتدفق. تضمن اللزوجة المناسبة دورانًا فعالًا للطين داخل البئر. إذا كانت اللزوجة مرتفعة جدًا، فإنها تزيد من المقاومة أثناء الحفر، مما يقلل من كفاءة البناء. أما إذا كانت منخفضة جدًا، فلن تتمكن من إخراج بقايا الحفر من البئر. يجب ضبط اللزوجة المثالية وفقًا للظروف الجيولوجية في الموقع.

(2) قوة الجل

قوة الهلام خاصية أساسية لطين البنتونيت. تشير هذه الخاصية إلى قدرة الطين على تكوين بنية هلامية بمرور الوقت، مما يُثبّت القطع في البئر.

إذا لم تُعلّق القطع بشكل صحيح، فسوف تستقر في قاع البئر، مما قد يعيق دوران المياه. قد يؤدي هذا إلى زيادة ضغط البئر، وتشقق الطبقة، وفيضان السطح، ودفن أنابيب الحفر، أو حتى فقدان الأدوات.

(3) السيولة

يجب أن يحافظ طين الحفر العميق على سيولة جيدة مع مرور الوقت. يجب ألا تزيد اللزوجة بشكل مفرط أثناء التخزين أو توقف الدورة. الطين الذي يصبح هلاميًا قد يفقد فعاليته في دعم جدار البئر والحفاظ على توازن الضغط.

(4) انخفاض خسارة الترشيح

يُعدّ انخفاض فقدان الترشيح ضروريًا لطين الحفر العميق. يُشكّل الطين ذو فقدان السوائل المنخفض طبقة ترشيح رقيقة ومتينة على جدار البئر، مما يُقلّل من خطر انهيار الجدار. كما يمنع امتصاص الماء الزائد بواسطة التكوين، والذي قد يُسبّب الانتفاخ أو الانكماش أو عدم الاستقرار.

(5) اللزوجة

تشير خاصية اللزوجة إلى قدرة الطين على تقليل لزوجته عند تحريكه، واستعادته عند السكون. بعد توقف دوران الطين، تسمح خصائص اللزوجة له باستعادة قوة الهلام الكافية لتعليق القطع بسرعة.

في الوقت نفسه، عند استئناف الدورة، ينبغي أن يتدفق الطين بسلاسة دون تحميل المضخة أكثر من طاقتها. فالطين ذو اللزوجة الجيدة يُخفف من إجهاد المضخة، ويدعم كفاءة الخلط والنقل.

2. متطلبات مؤشر الطين للتكوينات المختلفة

تختلف متطلبات طين الحفر باختلاف التكوينات الجيولوجية. فيما يلي متطلبات الأداء بناءً على الطبقات الجيولوجية النموذجية:

متطلبات أداء الطين لطبقات مختلفة أثناء البناء

غرض	طبقة الطين	طبقة الرمل الناعم	طبقة الرمل الخشنة
الكثافة (جم/مل)	1.05–1.07	1.05–1.07	1.07–1.10
اللزوجة لقمع المستنقع (ثانية)	35–40	45–65	60–70
فقدان السوائل (مل)	14–15	12–13	10–11
سمك كعكة الطين (مم)	1.0–1.2	1.3–1.5	1.5–2.0
قوة الهلام (باسكال)	0–2 / 2–6	2–4 / 4–8	2–6 / 6–10
نقطة الخضوع/نسبة اللزوجة البلاستيكية (باسكال/(م.باسكال·ثانية))	<1.0	<1.0	<1.0
محتوى الرمل (%)	<3	<3	<3
قيمة الرقم الهيدروجيني	8.5–9	8.5–9	8.5–9

(1) طبقة الطين

غالبًا ما تتكون طبقات الطين من الرمل الرسوبي والطمي والتربة الطينية. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الحجر الطيني الأصفر والحجر الطيني البني.

تتميز هذه التكوينات بصلابة نسبية وامتصاصية عالية. كما أنها توفر قابلية حفر ومسامية ممتازة، مما يسمح بتدوير الأدوات والدفع والحفر بكفاءة. تتميز طبقات الطين عمومًا بثباتها، وتُعتبر الأسهل في الحفر.

(2) طبقة الرمل الناعم

تتكون تكوينات الرمل الناعم من مزيج من الطين أو الطمي مع كميات كبيرة من الرمل الأصفر، بالإضافة إلى الحصى أو الحصى. تتميز هذه التكوينات بمسامية متوسطة، وهي عرضة للانهيار وفقدان الملاط وامتصاص الماء. أثناء الحفر التجريبي والتوسيع، قد تنهار هذه الطبقات بسهولة، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا في الطين.

(3) طبقة الرمل الخشنة

تتكون طبقات الرمل الخشنة عادةً من كميات كبيرة من الرمل الأصفر، والرمال المتحركة عالية المحتوى المائي، والحصى. هذه التكوينات نادرة نسبيًا، وتتميز بمسامية ضعيفة جدًا وعدم استقرار شديد. كما أنها عرضة لانهيارات شديدة في الآبار، وتسرب الملاط، واحتجاز المعدات. الحفر في هذه الطبقات بطيء، وتآكل المعدات كبير نظرًا لطبيعتها الكاشطة.

خصائص البنتونيت للطين

البنتونيت نوع من الطين، يتكون أساسًا من المونتموريلونيت. يُصنف المونتموريلونيت عادةً إلى بنتونيت صوديوم وكالسيوم، وذلك وفقًا لنوع ومحتوى الكاتيونات المتبادلة بين طبقاته.

يتميز البنتونيت المستخدم في طين الحفر الاتجاهي الأفقي بالخصائص التالية:

1. البنتونيت القائم على الصوديوم

البنتونيت الصوديومي هو النوع الرئيسي المستخدم في تطبيقات الخرسانة المسلحة. يتميز بامتصاص عالٍ للماء، ونسبة انتفاخ عالية، ونسبة عالية من إنتاجية الملاط. عند تشتيته في الماء، يُشكل هلامًا يتمتع بلزوجة جيدة، وخواص لزجة، وخصائص تزليق ممتازة.

تستخدم الشركات الأمريكية عادةً البنتونيت الطبيعي المُصنّع من الصوديوم من وايومنغ، الولايات المتحدة الأمريكية. في المقابل، يُستخدم البنتونيت الاصطناعي المُصنّع من الصوديوم بشكل أكثر شيوعًا في الصين.

2. محتوى عالي من المونتموريلونيت

تعتمد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبنتونيت بشكل كبير على نوع ومحتوى المونتموريلونيت الذي يحتويه. كلما ارتفع محتوى المونتموريلونيت، زاد إنتاج الملاط. يحتوي البنتونيت الطبيعي القائم على الصوديوم من وايومنغ على ما يصل إلى 85% أو أكثر من المونتموريلونيت. عادةً ما يحتوي البنتونيت المنزلي عالي الجودة، المُستخدم في الملاط، على أكثر من 80% من المونتموريلونيت.

3. محتوى رمل منخفض

يجب أن يحتوي البنتونيت المستخدم في طين الحفر على نسبة رمل أقل من 3%، لضمان جودة الملاط وتجنب تآكل معدات الحفر.

4. قوة الجل العالية

يوفر البنتونيت قوة هلامية عالية، مما يُمكّنه من تعليق قصاصات الحفر الكبيرة. عندما يكون الطين ثابتًا في البئر، يجب أن يحافظ على قوة هلامية كافية لإبقاء القصاصات الصلبة معلقة. كما يجب أن تبقى هذه القصاصات معلقة أثناء إزالتها لمنع ترسبها، مما قد يعيق الدورة الدموية ويؤدي إلى تراكم الضغط، وتشقق التكوينات، وفيضان السطح، أو حتى دفن الأدوات وفشل الحفر.

5. القدرة الجيدة على التكيف مع المياه

غالبًا ما تقع مواقع البناء في مناطق نائية ذات جودة مياه متفاوتة.

قد تحتوي المياه المستخدمة في تحضير الملاط على مستويات عالية من أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، أو قد تكون حمضية. قد يتكتل البنتونيت رديء الجودة وينفصل عند خلطه بهذه المياه، مما يقلل اللزوجة بشكل كبير ويجعله غير مناسب. يجب أن يقاوم ملاط البنتونيت الجيد هذه التأثيرات ويحافظ على ثباته في ظل ظروف مائية متفاوتة.

خاتمة

يعد اختيار البنتونيت المناسب أمرًا ضروريًا لنجاح أي حفر اتجاهي أفقي مشروعيضمن البنتونيت عالي الجودة، المصنوع من الصوديوم، والذي يتميز بقدرة انتفاخ ممتازة، ومحتوى رمل منخفض، وقوة هلامية عالية، ثباتًا في حفر الآبار، وإزالةً فعّالة للبقايا، وأداء حفر موثوقًا به - حتى في ظروف المياه الصعبة. باستخدام البنتونيت ذي خصائص الأداء المُثبتة، يُمكنك تقليل مخاطر التشغيل، وتحسين كفاءة البناء، وتحقيق نتائج أفضل للمشروع. سواءً كنتَ تعمل في طبقات طينية ناعمة أو رملية مُعقدة، فإن طين البنتونيت المُناسب يُحدث فرقًا كبيرًا.

نبذة عن شركة Epic Powder Machinery

في آلات مسحوق ملحمةنحن متخصصون في تقديم حلول متطورة لطحن المواد فائقة الدقة وتقليل حجم الجسيمات، مع التركيز على إنتاج مسحوق البنتونيت عالي الجودة. منتجاتنا الرئيسية، بما في ذلك مصنف الهواء صُممت مطاحننا لتلبية الاحتياجات الفريدة لصناعات مثل الحفر الأفقي الاتجاهي، مما يضمن كفاءة ودقة مثاليتين. بفضل سنوات خبرتنا الطويلة وتقنياتنا المتطورة، نقدم معدات موثوقة واقتصادية تُعزز الأداء وتُقلل من فترات التوقف التشغيلي.
ثق في شركة Epic Powder Machinery لتلبية جميع احتياجاتك في إنتاج مسحوق البنتونيت، ودعنا نساعدك في تحقيق نتائج متفوقة باستخدام آلاتنا الرائدة في الصناعة.