ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 208
Скачиваний: 0
промывка не применима, если происходит поглощение промывочной жидкости. В настоящее время при бурении применяется в основном прямая промывка.
Промывочная жидкость выбирается в зависимости от свойств бу римых пород. При бурении скважин в устойчивых породах приме няется техническая вода. При бурении в малоустойчивых породах проходка скважин проводится с промывкой глинистыми растворами.
Глубокое бурение по мощным толщам слабых
ипучащихся пород требует применения утяжеленных
ихимически обработанных растворов.
Бурение в крепких и очень крепких породах наиболее эффективно при промывке скважины рас творами понизителей твер дости.
Проходка скважин в, толще минеральных солей производится с промывкой насыщенными растворами этих солей.
При бурении в безвод ных скважинах и в мерз лых льдистых породах наибольший эффект дает продувка скважин охлаж денным сжатым воздухом.
§2. ПОНЯТИЕ
ОГЛИНИСТЫХ РАСТВОРАХ
ИИХ ПРИГОТОВЛЕНИИ
Глинистым |
раствором |
Рис. 28. Схема циркуляции промывочной |
называется водная суспен |
жидкости: а — при прямой промывке; б — |
|
зия различных |
глин. |
при обратной промывке. |
Наилучшими |
для при |
|
готовления глинистых растворов являются бентонитовые глины, содержащие большое количество минерала монтмориллонита.
Характерной особенностью бентонитовых |
глин |
является |
силь |
ное набухание и легкая распускаемость |
их |
в воде. |
Глины |
каолинитового типа плохо распускаются, их |
растворы малоустой |
чивы и довольно быстро разделяются на твердую фазу и жидкость. Натриевые глины дают более стабильные растворы, чем кальцие
вые и магниевые.
Качество глинистых растворов зависит прежде всего от явлений, происходящих на разделе частиц глины с водой.
1.Большое значение имеет размер глинистых частиц. Чем меньше размер частиц и больше частиц, имеющих форму тонких лепестков, тем стабильнее глинистый раствор.
2.Для устойчивости глинистых растворов важно, чтобы слои
воды, прилегающие к частицам, обладали повышенной вязкостью и упругостью и образовывали вокруг частиц глины гидратационные оболочки.
3. Наконец, для устойчивости растворов необходимо наличие заряженного ионного облака вокруг глинистых частиц, создающего электростатические силы отталкивания между частицами. При нали чии этих сил частицы не могут слипаться друг с другом, и суспензия будет устойчивой.
При уменьшении ионного облака и гидратациопного слоя вокруг частиц суспензия начнет коагулировать.
Коагуляция бывает двух видов: гидрофобная и гидрофильная. Коагуляция первого вида происходит, когда частицы глины лишены защитных гидратационных и ионных оболочек по всей поверхности. При этом частицы слипаются и оседают, образуя плотный осадок сравнительно небольшой влажности. Гидрофобная коагуляция не обратима.
Если поверхности глинистых частиц защищены гидратационными оболочками, но имеются поверхности, где эти оболочки отсутствуют, то происходит гидрофильная коагуляция. В этом случае осадок не выпадает, а образуется пространственная сетчатая структура. При этом сплошная сетчатая структура пронизывает весь раствор. Жид кая фаза раствора с частицами породы закупоривается в ячейках пространственной сетки, и вся система становится подобной твер дому телу.
При перемешивании связи между частицами разрушаются и си стема становится жидкой. Такое явление называется тиксотропией.
Сетчатая структура, образующаяся в глинистых растворах при их стоянии, имеет большое значение.
1. Наличие этой структуры препятствует оседанию шлама на за бой в случае прекращения циркуляции.
2. Способствует закупориванию пор и трещин в стенках скважины при вскрытии скважиной пористых пород. .
§ 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ
Для бурения в породах, не дающих осложнений, применяют нормальные глинистые растворы, обладающие следующими свой ствами:
Удельный вес у, гс/см З ......................................................... |
1 , 4 — Ц25 |
Вязкость Т по СПВ-5, с ..................................................... |
18—25 |
Содержание песка Я, % ..................................................... |
< [ 4 |
Суточный отстой О, % ......................................................... |
< 4 |
Водоотдача В за 30 мин по ВМ-6, смя .......................... |
10—25 |
Статическое сопротивление сдвигу Ѳ, мгс/смя ............... |
10—40 |
Удельный вес определяет величину гидростатического давления промывочной жидкости на стенки и забой
Р = 4^ |
к г с / см2> |
( 19) |
где Ьв — глубина скважины по |
вертикали |
в м; у — удельный вес |
раствора. |
|
|
Для измерения удельного веса глинистых растворов применяют ареометр АГ-2 (рис. 29, а). Он состоит из поплавка 2 со шкалой 1, стакана 3 и груза 4.
Стакан наполняют глинистым раствором, после чего в стакан вставляют поплавок. Затем смывают снаружи следы раствора и погружают прибор в сосуд с чистой водой. Отметка на шкале 1 глубины погружения поплавка покажет удельный вес раствора. Имеются две шкалы, из которых одна служит для измерения удель ных весов от 0,9 до 1,7, а вторая — от 1,6 до 2,4. В последнем случае
груз 4 |
отвинчивают, и ареометр погружают в воду без груза. |
В я |
з к о с т ь г л и н и с т ы х р а с т в о р о в . Под вязко |
стью понимается внутреннее трение, существующее между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга с различной скоростью.
На буровых скважинах условная вязкость определяется при помощи стандартного полевого вискозиметра (СПВ-5). Прибор (рис. 29, б) состоит из воронки 1 с латунной трубкой с внутренним диаметром 5 мм и длиной 100 мм, кружки 2 с глухой перегородкой, разделяющей ее на две емкости 200 и 500 см3, и сетки 3. Перед опре делением вязкости раствор взбалтывают и пропускают через сетку. Воронку промывают водой и затем в нее наливают 700 см3 раствора, закрыв при этом снизу трубку пальцем. После этого в отделение кружки емкостью 500 см3 выцеживают раствор. Время истечения 500 см3 замеряют секундомером.
Время истечения 500 см3 воды равно 15 с. Чаще применяются растворы, 500 см3 которых вытекают за 18—24 с (вязкость 18— 24 с). Для борьбы с поглощением применяются растворы повышен ной вязкости (40—60 с и более).
С о д е р ж а н и е п е с к а в г л и н и с т о м р а с т в о р е . При значительном содержании песка в растворе происходит бы стрый износ деталей насоса, бурового сальника (вертлюга) и другого оборудования. Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может прихватить колонковый снаряд.
Под «песком» понимается содержание твердых частиц разбу ренных пород и комочков глины. Содержание песка определяется разбавлением раствора водой в отношении 1 : 9 и отстоем в течение 1 мин. За это время в осадок выпадают фракции песка крупнее 0,1 мм. Для более полного осаждения всех фракций песка, в том числе и тонкодисперсных, оставляют прибор в покое в течение 3 мин.
Для определения содержания песка применяется отстойник ОМ-2 (рис. 29, в), который представляет собой цилиндрический
металлический сосуд 2 с плотной крышкой 1, в нижней части которого укреплена сменная стеклянная бюретка 3, защищенная чехлом. В верхней части цилиндра 2 на уровне объема 500 см3 сделано отвер стие диаметром 3 мм. Крышка 1 имеет емкость 50 см3.
Отстойник промывают и вытирают. Из крышки 1 вливают 50 см3 раствора в отстойник. Затем кружкой 4 наполняют отстойник водой
Рис. 29. Приборы для контроля глинистого раствора:
а — ареометр АГ-2; б — ви
скозиметр СПВ-5; в — от стойник ОМ-2; г — прибор для определения стабильно сти ЦС-2; ö — прибор ВМ-6 для определения водоотда чи; е — пластометр СНС-2.
(450 см3) до уровня отверстия, через которое сливается избыток воды. Устанавливают отстойник вертикально. Через 1 мин смотрят по шкале бюретки 3 количество осадка (песка). В нормальном глини стом растворе содержание песка должно быть менее 4 %.
С у т о ч н ы й о т с т о й характеризует стабильность гли нистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться на твердую и жидкую фазы. Нормальные глинистые растворы не должны за сутки давать отстой более 3—4%.
Стабильность глинистого раствора определяется с помощью при бора ПС-2 (рис. 29, г). Раствор заливают в цилиндр 1 и оставляют
на сутки в покое. Затем берут пробы раствора через краны 2 и 3 и из меряют удельный вес каждой пробы. Чем меньше разница удельных весов, тем стабильнее раствор. У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 гс/см3.
В о д о т д а ч а характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Показатель водоотдачи характеризуется объемом воды в см3, отфильтровывающейся в тече ние 30 мин из глинистого раствора через бумажный фильтр диаме тром 75 мм под избыточным давлением.
Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых по родах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рых лую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурового инструмента при подъеме. Проникновение воды в гли нистые породы вызывает их набухание и выпучивание в ствол сква жины.
Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устра нению этих явлений.
Величина водоотдачи зависит:
1)от качества глины;
2)от качества воды: жесткая и засолоненная вода повышает водо отдачу;
3)от способа приготовления раствора: недостаточное размеши вание глины приводит к повышению водоотдачи;
4)надлежащая химическая обработка раствора приводит к сниже нию водоотдачи.
Водоотдачу глинистого раствора определяют на приборе ВМ-6 (рис. 29, д). Между фильтрационным стаканом 5 и поддоном 6 за кладывают решетку 7, накрытую кружком смоченной фильтроваль ной бумаги, и закрывают клапан 8 с помощью винта 9. В стакан 5 заливают 120 см3 глинистого раствора. Поверх раствора в цилиндр 2 заливают машинное масло и опускают в цилиндр плунжер 3. При
открывают вентиль 10, спускают избыток масла с тем, чтобы нуле вое деление на шкале совпало с меткой на цилиндре 2.
При помощи винта 9 открывают клапан 8 и одновременно фик сируют время.
Давление на глинистый раствор, находящийся в стакане 5, пере дается через масло весом груза, состоящего из массивного кольца 4, цилиндрического корпуса 1 и плунжера 3. Величина давления равна 1 кгс/см2. Отсчет результатов измерения ведется по шкале. Через 30 мин по шкале отсчитывают величину водоотдачи. Для преодоления трения плунжера в цилиндре во время испытания периодически вращают плунжер рукой за накатку кольца 4. Закон чив испытание, открывают спускную иглу, удаляют масло из ци линдра и опускают плунжер с грузом. Затем разбирают прибор, вынимают из стакана фильтр с глинистой коркой и измеряют ее толщину. Все детали тщательно промывают и вновь собирают прибор.
Нормальной для глинистых растворов считается водоотдача не более 25 см3 за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами
снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5—6 и даже 2—3 см3 за 30 минГлинистые растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см3 за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пори стых породах.
Растворы с большой водоотдачай откладывают на фильтре тол стую рыхлую корку. Наоборот, растворы с малой водоотдачей обра зуют на фильтре тонкую длотную корку.
В о д о р о д н ы й п о к а з а т е л ь . Для суждения о физико химических процессах, происходящих в глинистом растворе, важ ным критерием является водородный показатель (pH).
Для каждой глины существует определенная область значений pH, в которой суспензии этой глины более устойчивы; за пределами этой области наблюдается коагуляция и разделение суспензии на глину и воду.
В табл. 11 приведены некоторые данные о величине pH для гли нистых суспензий.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
11 |
|
Характеристика суспензий |
|
Вид глины |
|
pH |
|
|||
Натуральные глинистые растворы (без хи |
Бентонитовые глины . . |
7.0— |
8,Ü |
|||||
мической обработки) на пресной воде |
Глины |
среднего |
каче |
|
|
|||
|
|
|
|
ства .............................. |
6.0— |
7,5 |
||
Область устойчивого состояния глинистых |
Бентонитовые глины . . |
7 .0 - |
9,0 |
|||||
растворов |
при |
обработке |
щелочными |
Глины |
среднего |
каче |
7 .0 - |
11,0 |
электролитами |
(без добавления защит |
ства .............................. |
||||||
ных коллоидов) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Область устойчивого состояния глинистых |
Глины |
среднего |
каче- |
10,0-13,0 |
||||
растворов, |
обработанных |
защитными |
с т в а .............................. |
|||||
коллоидами |
|
|
|
|
|
|
|
|
С т а т и ч е с к о е н а п р я ж е н и е |
с д в и г у |
Ѳ характери |
зует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы. Измеряется Ѳ в мгс/см2.
Так как связи между частицами глины в тиксотропном растворе устанавливаются постепенно, то величина Ѳ зависит от времени стояния раствора в покое. Вначале Ѳбыстро растет, а затем медленно повышается до определенного предела.
Измеряется Ѳ в приборах, называемых пластометрами. Приме няются пластометры трех типов: ротационные, капиллярные и с по ступательным движением пластинки или цилиндра.
Наибольшее применение получили |
ротационные |
пластометры. |
|
Ротационный пластометр СНС-2 (рис. |
29, е) состоит |
из цилиндра |
|
1 и стакана 2. Обе |
цилиндрические детали должны быть соосны. |
||
Вращение стакана 2 |
производится от электромотора с |
редуктором, |
помещенным в кожухе 6; скорость вращения стакана составляет