Из диаграмм напряжений сдвига глинистых фильтрационных корок видно, что
деформации корок носят отчетливо упругий характер и сопровождаются
хрупким разрушением структуры. Несмотря на проявление упругих
несовершенств структуры корок, вызывающих искривление прямолинейных
участков диаграмм, упругая деформация продолжает нарастать до момента
разрушения (см. рис. 24). Таким образом, предел упругости близко
совпадает с пределом прочности структур. В соответствии с теорией Губера—Мизеса—Генки,
прочность определяется потенциальной энергией, накапливающейся при
деформации в 1 см3 материала, и численно равна удельной работе
деформации. Поэтому, хотя абсолютная величина упругих деформаций корок
невелика, площадь участка их на диаграмме напряжений характеризует
работу, необходимую для разрушения структур корки. В связи с этим
значение упругих деформаций при оценке механических свойств
фильтрационных корок особенно велико.
Исследования упругих свойств фильтрационных корок буровых растворов
проводились с помощью ранее описанного прибора (см. рис. 12) методом
простого сдвига в пределах гуковской области. Таким путем снимались
диаграммы развития и спада упругих деформаций при мгновенном наложении и
снятии напряжений в условиях действующего на корку перепада давления. На
рис. 27 приведена типичная диаграмма кинетики упругой деформации,
полученная для корки 20%-ной суспензии дружковского глинопорошка при
перепаде давления 1 кгс/см2.
Реологические параметры корки рассчитывали по восходящему участку кривой
(ab), поскольку экспериментально легче мгновенно снять напряжения на
стадии разгрузки [30, 46].
Из диаграмм видно, что уже при весьма незначительной деформации
проявляются упругие несовершенства структур корки и развиваются
релаксационные процессы, направленные к установлению нового равновесия
между элементами структуры. Наши опыты показали, что по мере упрочнения
структур, например при переходе к глубинным слоям корки, наряду с
увеличением упругости возрастают и упругие несовершенства. Аналогичный
эффект наблюдается и при повышении перепада давления, однако и в этом
случае максимальная упругость достигается при перепадах давления, 30—40
кгс/см3, т. е. сохраняется та же закономерность, которая отмечалась
ранее при оценке прочности структур корки. Этот факт подтверждает наше
предположение о том, что в этой области перепадов давления достигается
уплотнение корок, близкое к предельному.
В табл. 8 приведены данные о прочностных и упругих свойствах
фильтрационной корки 20%-ной суспензии дружковской глины при разной
глубине погружения в нее и разных перепадах давления. В данном случае
отчетливый рост модулей упругости (условно-мгновенного Glt эластического
Ga и равновесного G), рассчитанных по уравнениям (57)—(59), вязкостей
неразрушенной и разрушенной структуры, рассчитанных по формулам (60) и
(61), а также периода релаксации, рассчитанного по уравнению (62),
отмечается при Ар = 30 кгс/см2 и на глубине 3/4 толщины корки.
Специально поставленные опыты показали, что длительность контактирования
измерительного элемента с коркой практически не сказывается на
измеряемых упругих показателях. Значения модулей упругости после 10-мин
и 5-ч контактирования почти не отличаются. Значительно сильнее влияют
добавки к раствору нефти, утяжелителя и химических реагентов. Наряду с
разупрочнением корок, отмеченным при введении нефти, снижается и их
упругость, усиливается пластифицирование. Добавка 5— 6% нефти снижает
равновесный модуль упругости в 3—4 раза в 3—7 раз снижаются вязкостные
свойства корки. Как видно из рис. 28, пластифицирующее действие нефти
проявляется при сравнительно небольших ее добавках (порядка 5%).
Дальнейшее увеличение содержания нефти мало влияет на реологические
показатели корки.