Анализ эффективности применяющихся глинистых растворов для бурения уплотненных глин.

Необработанные глинистые растворы. Эти растворы представляют собой суспензии глин. приготовленные из комовой глины и глинопорошков или суспензии, образованные в процессе бурения путем "самозамеса" из разбуриваемых глин. В недалеком прошлом эти растворы находили широкое применение, а в некоторых геологоразведочных партиях используются и до настоящего времени.

С позиции современных представлений о происходящих процессах в контакте раствора и уплотненных глин, добавление глины в буровой раствор является наиболее простым способом повышения объемной энергии раствора, которая позволяет, с одной стороны, повысить ее плотность и прочность структуры, понизить водоотдачу, с другой - уменьшить разность объемной энергии породы (глины) и компонентов бурового раствора, а следовательно, и абсорбцию глиной молекул воды, ее набухание и разупрочнение.

Вследствие того, что объемная энергия глины значительно выше объемной энергии раствора, уравновесить их невозможно. Поэтому даже при высокой концентрации глины в растворе наблюдается диффундирование глинистых частиц из глины в раствор и, наоборот, молекул воды из раствора в горную породу.

Кроме того, в интервалах проницаемых пород в результате высокой абсорбции воды породой на стенках скважины образуется толстая глинистая корка, уменьшающая диаметр скважины, что приводит к затяжкам и прихватам бурильной колонны.

В связи с вышеизложенным необработанные глинистые растворы для промывки скважин рекомендуется использовать только в твердых (устойчивых) глинистых породах.

Гуматные глинистые растворы. Это глинистые растворы, активированные углещелочными реагентами (УЩР). В результате активации глинистых частиц щелочью увеличивается объемная анергия твердой фазы, снижается водоотдача бурового раствора (до 4-10 см³ /30 мин), что ранее считалось основным условием предупреждения набухания и разупрочнения глинистых пород. Однако щелочь (при применяемой концентрации УЩР 3-5 % она составляет 0,4-0,65 %) активирует не только глинистые частицы раствора, но и глинистые частицы породы, в результате чего ее гидратация не только не понижается, а напротив, повышается. Повышается при этом диспергирование глины и ее разупрочнение. Поэтому для бурения глин обработка глинистых растворов реагентами УЩР не рекомендуется.

Лигносульфонатные глинистые растворы. Это глинистые растворы, активированные лигносульфонатными реагентами. Главная функция лигносульфонатных реагентов - снижение вязкости раствора при высокой концентрации глины, поступившей в раствор при бурении глинистых пород. Как известно [9], молекулы ССБ в соответствии с правилом уравнения полярностей Ребиндера своей полярной частью поворачиваются в сторону полярной жидкости (воды), а водородной частью (за счет водородной связи) адсорбируются на поверхности частиц. В результате активации частиц толщина их гидратной пленки возрастает, а с увеличением толщины пленки ее прочность понижается, понижается водоотдача, СНС и вязкость раствора в целом. Наиболее эффективными для бурения глин являются кальциевые ССБ, поскольку ионы кальция способствуют нейтрализации отрицательного заряда глинистых частиц, а следовательно, способствуют снижению их гидратации.

Хромлигносульфонаты (окзил, ФХЛС, КССБ-4) отличаются наличием хрома в реагентах. Эти реагенты используют для обработки глинистых растворов, применяемых при высоких забойных температурах. Хром и железо, кроме того, ингибиторы гидратации и хорошие разжижители, но, по мнению некоторых исследователей [10], - экологически опасны.

Однако лигносульфонаты способны активировать и глинистые частицы пород, поэтому применение этих растворов не исключает диспергирования глинистых пород.

Исследователи США (11] установили, что из всех буровых растворов, применяющихся для бурения глинистых пород, наименьшим ИУС (индексом устойчивости сланцев - образцов, спрессованных из монтморилонита, каолинита и известняка) обладают лигносульфонатные растворы (ИУС даже феррохромглиносульфонатных растворов равен всего 53).