|
|
содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ..
§ 9. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАСТВОРОВ И
УСТОЙЧИВОСТЬ СТЕНОК СКВАЖИН с высокой концентрацией. Концентрация ионов в
диффузном слое глинистых частиц велика и обусловлена отжатием свободной
поды в процессе уплотнения глинистых пород. Разгрузка пород при вскрытии
скважиной и контакт ее с промывочной жидкостью создают благоприятные
условия для активного всасывания воды глинистой породой и разупрочнения
ее при увлажнении.
Из табл. 2 видно, что если глины слабо увлажнены
или их влажность составляет 2-3%, то они оказываются достаточно
устойчивыми к обвалам и осыпям на стенках скважины и не требуется
слишком высокого гидростатического давления в стволе скважины, чтобы
предупредить это осложнение. Однако увеличение влажности глин в 2-4 раза
вызывает резкое их разуплотнение и понижение устойчивости ствола
скважины. В этом случае требуется повысить плотность бурового раствора
до 2,2— 2,48 г/см3. Предупреждение обвалов и осыпей глин только
созданием противодавления бурового раствора на стенки скважины не решает
полностью проблемы осложнений при бурении в глинах и часто не только не
уменьшает обвалообразования, но и может ускорить их проявление в
проницаемых пропластках, где действие высокого перепада давления
вызывает увеличение скорости фильтрации водной фазы раствора в пласт
глины по ее трещинам. Наиболее часто используют кальцинированную соду (Na2C03) как диспергирующий агент для гидратации глин, повышения pH дисперсионной среды бурового раствора и связывания ионов Са2+ в растворах, например, при разбуривании цементных мостов, водопроявлениях кальциевых вод и т. д. Поскольку кальцинированная сода обладает щелочной реакцией и является диспер- гатором глин, то обработка ею растворов в глинистых отложениях может вызвать поверхностное их гидратирование и разупрочнение на стенках скважины. При концентрациях 0,75—1,5% кальцинированная сода вызывает лиофилизацию глин, их пептизацию, усиливая поверхностное и объемное диспергирование, что может вызвать разрушение стенок скважин, сложенных глинистыми сланцами. Для повышения щелочности водной фазы бурового раствора или растворимости химических реагентов в буровые растворы часто вводят каустическую соду (NaOH) совместно с другими реагентами. Высокое содержание каустической соды в буровом растворе повышает активность фильтрата к диспергированию глин, их увлажнению и разупрочнению на стенках скважины. Иногда для повышения вязкости и статического напряжения сдвига бурового раствора в него вводят силикаты натрия и калия (Na2О) SiO2). В зависимости от концентрации твердой фазы в буровом растворе добавляют от 0,25 до 5% жидкого стекла. На основе жидкого стекла получают силикатные системы буровых растворов, которые В. Д. Городнов рекомендует для бурения в глинистых отложениях. По мнению В. Д. Городнова, эти растворы укрепляют стенки скважины. В частности, малосиликатные буровые растворы, содержащие 3—5% жидкого стекла, стабилизированные КМЦ-500, крахмалом, гидролизовапным полиакрил- нитрилом, модифицированным крахмалом, применяли на многих скважинах. При их использовании в качестве промывочных сред в процессе бурения в глинах было отмечено замедление гидратации глин во времени. Механизм крепящего действия глин объясняется образованием гидросиликата кальция на глине, в результате чего поверхность глинистых частиц модифицируется, находясь некоторое время в устойчивом состоянии. Однако трудность регулирования показателей таких систем растворов и особенно водоотдачи часто приводила к увлажнению глинистых сланцев и дальнейшему их разупрочнению. Механизм понижения гидратации глин при взаимодействии с малосиликатными растворами объясняется образованием новых форм глинистых минералов, обладающих меньшей гидрофильностью и активностью к взаимодействию с дисперсионной средой бурового раствора. Опыт бурения скважин с промывкой силикатными и малосиликатными буровыми растворами показал, что они способны ингибировать поверхность глин, замедлять во времени гидратацию, однако не позволяют полностью предупреждать осыпи и обвалы.
С целью повышения устойчивости глинистых пород буровые растворы обрабатывают известью, хлористым кальцием (кальциевые и высококальциевые растворы) которые вследствие наличия в растворе ионов Са2+ способствуют кальцинированию глин. Кальцинирование глинами разреза скважины снижает чувствительность к гидратации и увлажнению фильтратом бурового раствора. Опыт бурения скважин с промывкой на известковых и высококальциевых растворах показал, что при этом уменьшались осложнения в скважинах, снижались затраты времени на промывку и проработки ствола скважины, повышалась глиноем- кость системы таких растворов. Однако ингибированные системы буровых растворов на основе извести и хлористого кальция не позволили полностью предупредить обвалы и осыпи стенок скважин, сложенных глинистыми сланцами. Подавления гидратации глин в этих системах растворов недостаточно, чтобы сохранить ствол скважины устойчивым длительное время. Увлажнение глинистых сланцев фильтратами буровых растворов, содержащими ионы Са2+, по истечении определенного времени разупрочняло глинистую породу, и в скважине происходили обвалы и осыпи стенок, однако при этом характер обвалов и осыпей значительно отличался от осложнений, которые возникали при бурении глин с промывкой растворами на водной основе, обработанными УЩР, лигносульфонатами, КМЦ, гипаном, метасом и другими полимерными защитными реагентами. При промывке ингибированными растворами ствол скважины находился в устойчивом состоянии в течение 3—4 мес, затем возникали его обвалы и осыпи. При этом из ствола скважины выносился крупноблочный шлам, часто пластинчатой формы, что свидетельствовало о том, что нарушение стенок скважин происходило по плоскостям наслоения породы, где связи в породе наиболее слабы и содержат, как правило, коллоидные фракции бентонитового типа. Глинистые сланцы, залегающие на глубинах 2500—3500 м и более, часто представляют собой трещиноватые разновидности глин, перемятые тектоническими подвижками. Перемятость глин и их макро- и микротрещиноватость служат каналами проникновения фильтрата бурового раствора в массив породы. Это вызывает увлажнение глинистой породы по плоскостям наслоения, нарушение ее связанности и естественной прочности, что приводит к обвалам и осыпям ствола скважины. Практика бурения скважин
в глинистых отложениях в различных районах страны показала, что
использование буровых растворов на водной основе не предупреждает
осложнений, вызванных гидратацией и увлажнением глин. Многократные
попытки снижения водоотдачи буровых растворов до 5—2
мл путем обработки растворов высокомолекулярными защитными реагентами (КМЦ,
гипаном, метасом, крахмалом и др.) не обеспечили длительной
устойчивости стенок скважин, сложенных глинистыми сланцами. Хотя
снижение фильтрации (водоотдачи) бурового раствора улучшало состояние
ствола и период гидратации глин до их критического разупрочнения
несколько увеличивался, однако при длительной промывке открытого ствола
скважины происходили обвалы и осыпи. При этом период возникновения
обвалов и осыпей не зависел от величины водоотдачи буровых растворов.
Это свидетельствует о том, что показатель водоотдачи, измеряемый на
стандартном прогибе ВМ-6, не является критерием оценки качества бурового
раствора, обусловливающий совместимость промывочной среды с
разбуриваемой глинистой породой.
|
|
|