title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Основные свойства глинистых растворов

Основные свойства глинистых растворов

Глинистые растворы подразделяют на малоглинистые (МГР) с концентрацией глины до 7 % и растворы с нормальной концентрацией глины.
МГР применяют, когда буримые породы относительно устойчивы, но использование воды может привести к осложнениям, а пластовые давления невелики и близки к гидростатическому давлению для чистой воды. Растворы с низким содержанием твердой фазы (глины) в связи с меньшей плотностью, чем обычные глинистые растворы, создают меньшее гидростатическое давление на забой. В результате улучшаются условия работы породоразрушающего инструмента, повышается механическая скорость проходки.
Успешное бурение в осложненных геологических условиях (слабосвязные рыхлые, нарушенные трещинами кристаллические, вспучивающиеся породы и др.) обеспечивается применением для промывки скважин качественного глинистого раствора нормальной концентрации.
Качество глинистых растворов, представляющих собой коллоидно-дисперсные системы, зависит от свойств основных составляющих их компонентов (глины и воды), а также от степени измельчения частиц глины.
Наилучшие для приготовления глинистых растворов — бентонитовые глины, состоящие в основном из монтмориллонитов. Они быстро набухают и легко распускаются в воде. Каолиновые глины плохо распускаются в воде, их растворы неустойчивы и быстро разделяются на твердую фазу и жидкость. Без специальной химической обработки получить высококачественные растворы из таких глин не удается. Глины иллитового (гидрослюдистые) типа дают растворы удовлетворительного качества.
Кроме того, следует иметь в виду, что глины содержат примеси окисей железа, натрия, кальция, магния, калия и др. Натровые глины являются лучшими. Глины с большим содержанием окисей кальция и магния непригодны.
Воду для раствора следует применять мягкую — речную или дождевую, а в случае использования жесткой воды подвергать ее химической обработке.
Тщательное перемешивание качественной глины с мягкой водой дает возможность получить стабильный (устойчивый) раствор, в котором частицы глины продолжительное время удерживаются во взвешенном состоянии.
Стабильность глинистого раствора обусловлена образованием вокруг каждого элементарного кристаллика глины, имеющего форму вытянутого лепестка, гидратационной оболочки из молекул воды и заряженного ионного облака, создающего электростатические силы отталкивания между частицами. Это препятствует коагуляции (слипанию) частиц глины. Различают коагуляцию двух видов — гидрофобную и гидрофильную. Гидрофобная коагуляция происходит, когда частицы глины лишены защитных гидратных и ионных оболочек по всей их поверхности. Тогда они слипаются и выпадают из раствора в плотный осадок. При обработке глинистого раствора веществами, восстанавливающими у глинистых частиц электрические заряды, происходит пептизация — процесс распада слипшихся комочков глины на мелкие частицы, т. е. процесс, обратный коагуляции. В качестве пептизаторов применяют щелочи (каустическая, кальцинированная сода и др.). Гидрофильная коагуляция возникает в связи с тем что в качественных глинистых растворах защитные гидратные оболочки и электростатические силы ослаблены или отсутствуют лишь на торцевых поверхностях глинистых частиц. В состоянии покоя частицы по этим поверхностям слипаются. Образуется пространственная решетка, заполняющая весь объем раствора. Свободная вода при этом находится в ячейках решетки. Раствор теряет подвижность, становится прочным, похожим на студень.
Образование пространственной решетки в глинистом растворе, находящемся в состоянии покоя, и превращение его в студнеобразную массу (гель) называется структурообразованием.
Частицы породного шлама, находящиеся в растворе, при образовании структуры оказываются заключенными в ячейках каркаса пространственной решетки и удерживаются во взвешен ном состоянии Таким образом, наличие структуры препятствует оседанию частиц разбуренной породы и зашламованию бурового снаряда во время прекращения циркуляции промывочной жидкости в скважине. Кроме того, образование структуры в растворе способствует закупориванию трещин в стенках скважины и предупреждает потерю циркуляции промывочной жидкости.
Существенное значение при бурении слабосвязных пористых пород имеет способность глинистого раствора глинизировать стенки скважины, т.е. образовывать на них глинистую корку Под давлением столба промывочной жидкости в скважине свободная вода из глинистого раствора фильтруется через пористые породы ее стенок. Частицы глины при этом задерживаются на поверхности стенок скважины и через некоторое время образуют глинистую корку.
При высокой степени дисперсности (измельчения) частиц глины в растворе на стенках скважины осаждается тонкая, но очень плотная и устойчивая корка, препятствующая поступлению воды в буримые породы и способствующая укреплению стенок скважины. Образование на стенках скважины тонкой, плотной глинистой корки позволяет бурить большие интервалы неустойчивых слабосвязных пород без крепления их обсадными колоннами, что дает возможность уменьшить расход обсадных труб и упростить конструкцию скважины.

title-icon Подобные новости