Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

всего —0,2 об/мин. Для измерения напряжения служит упругая нить 4 диаметром 0,3—0,5 мм, на которой подвешен цилиндр 1 и гра­ дуированный лимб 3. К штативу прибора прикреплен указатель 5.

Глинистый раствор заливают после перемешивания в кольцевой зазор между деталями 1 и 2, оставляют в покое для образования структуры за 1 или 10 мин. Соответствующие величины статического напряжения сдвига обозначают и ѲІ0. Затем включают электро­ мотор. Вначале внутренний цилиндр вращается вместе со стаканом, так как вращение передается ему через структуру глинистого рас­ твора. При этом внутренний цилиндр может несколько отставать от стакана за счет пластических деформаций раствора. По мере закручивания стальной нити 4 сопротивление закручиванию возрас­ тает и, наконец, превышает прочность структуры раствора. В этот момент внутренний цилиндр останавливается, а наружный стакан продолжает вращаться. С помощью лимба 3 определяют угол наи­ большего поворота Лф цилиндра от его начального положения и вы­ числяют статическое напряжение сдвига по формуле

где Дф — угол поворота цилиндра в градус. ;р — постоянная вели­ чина для данного прибора и данной нити, называемая константой прибора.

В других ротационных пластометрах наружный стакан неподви­ жен, а вращается внутренний цилиндр.

§ 4. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

Глинистые растворы для придания им необходимых свойств под­ вергаются химической обработке.

Реагенты, применяемые для обработки глинистых растворов, по характеру действия можно разделить на две основные группы: 1) электролиты и 2) защитные коллоиды.

Д е й с т в и е э л е к т р о л и т о в связано и ионными обо­ лочками, окружающими частицы глины в растворе. Толщина оболо­ чек и их заряд зависят от концентрации ионов в жидкой фазе гли­ нистого раствора и от свойств этих ионов. Это и дает возможность изменять свойства глинистого раствора путем обработки его теми или иными электролитами.

Наиболее часто для обработки глинистого раствора применяют следующие электролиты:

1)кальцинированную соду Na2C03;

2)каустическую соду (едкий натр) NaOH;

3)фосфаты, особенно тринатрий фосфат Na2P 03;

4)жидкое стекло, представляющее собой растворенный в воде силикат натрия, Na20 -n S i0 2;

5)известь Са(ОН)2.

В разведочном бурении к а л ь ц и н и р о в а н н а я с о д а применяется как непосредственный реагент или для приготовления углещелочного реагента.

Небольшие добавки Na2C03 к глинистому раствору снижают водоотдачу и статическое напряжение сдвига. При избытке Na2C03 водоотдача раствора резко возрастает.

Кроме того, кальцинированную соду применяют для смягчения жесткой воды перед приготовлением глинистого раствора.

Необходимое количество реагента указывают в процентах по весу от объема исходного глинистого раствора (1 % по весу от объема составляет 10 кг/м3).

К а у с т и ч е с к а я с о д а действует на глинистые растворы подобно кальцинированной, но она более дефицитна и дороже послед­ ней. Поэтому каустическая сода редко применяется как самостоя­ тельный реагент, но употребляется как составная часть реагентов — защитных коллоидов, а также быстросхватывающихся смесей для

к снижению вязкости и улучшению фильтрационных характеристик

кость и статическое напряжение сдвига раствора. Поэтому жидкое стекло применяют при борьбе с поглощением.

И з в е с т ь . При добавлении 3—5% извести по весу от объема глинистого раствора происходит сильное повышение вязкости, водо­ отдачи и увеличение толщины и рыхлости глинистой корки. Через некоторое время из раствора выпадает осадок глины. Поэтому, при­ меняя добавки извести, надо соблюдать большую осторожность, чтобы избежать прихвата инструмента.

Добавки извести (известкового молока) применяются для борьбы с поглощением. После ликвидации поглощения глинистый раствор обработанный известью, полностью должен быть удален из скважины

изаменен нормальным раствором.

За щ и т н ы е к о л л о и д ы содержат в водном растворе час­ тицы некоторых веществ сложного химического состава, которые представляют собой крупные многоатомные молекулы. При добав­ лении защитных коллоидов в растворы эти вещества покрывают по­ верхности глинистых частиц и создают защитный слой, придающий глинистым растворам большую устойчивость и предохраняющий частицы глины от слипания. Защитные слои, как правило, увели­ чивают плотность и уменьшают проницаемость фильтрационных корок; поэтому водоотдача глинистых растворов, обработанных за­ щитными коллоидами, уменьшается.

Из защитных коллоидов в колонковом бурении применяют угле­ щелочной реагент (УЩР), торфощелочной реагент (ТЩР), реагент из сульфит-спиртовой барды (ССБ) и, редко, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ).

У г л е щ е л о ч н о й р е а г е н т (УЩР) применяется для снижения водоотдачи глинистых растворов, повышения их стабиль­ ности, снижения вязкости. Углещелочной реагент изготовляется из бурого угля и каустической соды. В буром угле содержатся гуминовые вещества, не растворимые в воде, но растворяющиеся в рас­ творах щелочей. Гуминовые вещества и создают защитные слои на поверхностях частиц глин. Для приготовления углещелочного реа­ гента дробленый и просеянный бурый уголь перемешивают в глино­ мешалке с водным раствором каустической соды. На 1 м3 воды за­ гружают 120—180 кг бурого угля влажностью 20—40% и 15—30 кг каустической соды. Для более полного извлечения гуминовых ве­ ществ необходимо выдерживать реагент перед добавлением в гли­ нистый раствор не менее суток, ибо выдержанный углещелочной реагент содержит 4—6% гуминовых веществ, а в реагенте, получен­ ном сразу же после перемешивания, количество гуминовых веществ не превышает 1,2—1,5%.

Наряду с достоинствами, углещелочной реагент имеет и недо­ статки. При попадании в растворы, обработанные УЩР, минерали­ зованных вод, а также при бурении в пластах растворимых солей происходит резкое повышение водоотдачи и выпадение глины из раствора. Вторым недостатком является способность глинистого рас­ твора, обработанного УЩР, при бурении в глинистых породах сильно повышать липкость глины, в результате чего наблюдается налипание на бурильных трубах глины и образование «сальников».

Т о р ф о щ е л о ч н о й р е а г е н т (ТЩР), активными компонентами которого также являются гуминовые вещества, во многом походит на углещелочной реагент. Обработанные им глинистые растворы имеют повышенную вязкость. Для приготовления торфощелочного реа­ гента на 1 м3 воды берут до 100—120 кг торфа (в расчете на сухой вес) и до 20 кг сухого едкого натра. Обработка глинистого раствора торфяным реагентом дает хорошие результаты при борьбе с поглоще­ ниями, так как получаемые растворы имеют достаточно высокую вязкость и малый удельный вес, а имеющиеся в растворе волокна торфа способствуют закупорке каналов в породе.

С у л ь ф и т - с п и р т о в а я б а р д а (ССБ) — густая темнокоричневая жидкость с уд. весом 1,25. Действие ССБ на глинистые растворы обусловлено наличием в ней лигно-сульфоновых кислот. Кроме лигно-сульфоновых кислот, в ССБ содержатся смолы, белки и другие вещества, в том числе растворимые соли, образующие ионы кальция и магния. Лигно-сульфоновые кислоты хорошо раство­ ряются в воде, но так как ССБ имеет кислую реакцию (рН?=«5,6), то при изготовлении реагента в него также добавляют щелочь.

В состав реагента входит от 20 до 40% ССБ (при расчете на сухой вес) и от 3 до 6% сухого едкого натра по весу от объема реагента.