Промывка скважин при колонковом бурении. Основные свойства глинистых растворов

Для бурения в породах, недающих осложнений, применяются нормальные глинистые растворы.

Для измерения удельного веса глинистых растворов применяют ареометр АГ-2. Он состоит из поплавка, стакана и груза.

Стакан наполняют глинистым раствором, после чего в стакан вставляют поплавок. Затем смывают снаружи следы раствора и погружают прибор в сосуд с водой. Отметка на шкале против уровня воды будет показывать удельный вес раствора. Имеются две шкалы, из которых одна служит для измерения удельных весов от 1 до 1,8, а вторая - от 1,7 до 2,5. В последнем случае груз 3 отвинчивают и отсчет производят по второй шкале.

Вязкость глинистых растворов

Под вязкостью понимается внутреннее трение, существующее между слоями жидкости, движущимися друг относительно друга с различной скоростью.

Глинистые растворы являются вязкопластичными телами.

На буровых скважинах условная вязкость определяется при помощи стандартного полевого вискозиметра (СПВ-5). Прибор состоит из воронки, заканчивающейся трубкой диаметром 5 мм, кружки с глухой перегородкой, разделяющей ее на две части по 200 и 500 см, и сетки. Перед определением вязкости раствор взбалтывают и пропускают через сетку. Воронку промывают водой и затем в нее наливают 700 см³ глинистого раствора, закрыв при этом снизу трубку пальцем. После этого в отделение кружки объемом 500 см³ выцеживают через трубку раствор. Время истечения 500 см³ замеряют секундомером.

Время истечения 500 см³ воды равно 15 сек (так называемое водное число).

Для обычных условий бурения применяются растворы, 500 см³ которых вытекает за 18 - 25 сек (вязкость 18 - 25 сек). Для борьбы с поглощением применяются растворы повышенной вязкости (40 сек и более).

Содержание песка в глинистом растворе

При значительном содержании песка в растворе происходит быстрый износ деталей насоса, сальника (вертлюга) и другого оборудования. Во время остановки циркуляции песок оседает на забой скважины и может являться причиной прихвата бурового инструмента.

Для определения содержания песка применяется прибор, состоящий из отстойника и мерного сосуда. В отстойник наливают 50 см³ раствора и добавляют 450 см³ чистой воды. Смесь взбалтывают. После взбалтывания мензурку на 3 мин оставляют в покое в вертикальном положении. За это время в суженном конце отстойника осядут все частицы размером более 0,02 мм. Количество осадка, выпавшего на дно, умноженное на два, принимается за процентное содержание песка. В нормальном глинистом растворе содержание песка составляет меньше 4 %.

Суточный отстой характеризует стабильность глинистого раствора, т. е. способность в течение длительного времени не расслаиваться.

Хорошие глинистые растворы должны за сутки давать отстой не более 3 - 4 %.

Стабильность глинистого раствора определяется с помощью прибора ЦС-2. Раствор заливают в цилиндр и оставляют на сутки в покое. Затем берут пробы раствора через краны и измеряют удельный вес каждой порции. Чем меньше разница, тем стабильнее раствор. У нормальных растворов эта разница не должна превышать 0,02 г/см³.

Водоотдача характеризует способность глинистого раствора отфильтровывать воду в пористые породы. Величина водоотдачи характеризуется объемом воды, отфильтровывающейся в течение 30 мин из 100 см³ глинистого раствора через бумажный фильтр с поверхностью 100 см² под избыточным давлением, равным 1 атм.

Водоотдача имеет большое значение при бурении в пористых, рыхлых породах. Глинистые растворы с большой водоотдачей образуют рыхлую корку, сужающую ствол скважины и вызывающую затяжки бурильного инструмента при подъеме. Проникновение воды в глинистые породы может вызвать их набухание.

Снижение водоотдачи глинистого раствора способствует устранению этих осложнений.

Величина водоотдачи зависит:

• от качества глины;
• от качества воды;
• от способа приготовления раствора.

Химическая обработка раствора приводит к снижению водоотдачи.

Водоотдачу глинистого раствора определяют на приборе ВМ-о. Между фильтрационным стаканом и поддоном закладывают решетку, накрытую кружком смоченной фильтровальной бумаги и закрывают клапан. В стакан заливают 120 см³ глинистого раствора. Поверх раствора в цилиндр заливают машинное масло и опускают в него плунжер. Приоткрывая вентиль, спускают избыток масла с тем, чтобы нулевое деление на шкале совпало с меткой на цилиндре.

При помощи винта открывают клапан и одновременно фиксируют время.

Давление на глинистый раствор, находящийся в стакане, передается через масло весом груза, состоящего из массивного кольца, цилиндрического корпуса и плунжера. Величина давления равна 1 кг/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 груза. Закончив испытание, открывают спускную иглу, удаляют масло из цилиндра 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.

В связи с тем, что стандартной площадью фильтрации принята площадь 100 см², а у прибора ВМ-6 она составляет 44,1 см², полученный результат умножают на 2,27.

Нормальной для глинистых растворов считается водоотдача не более 25 см³ за 30 мин. Для борьбы с прихватами и обвалами иногда снижают водоотдачу посредством химической обработки до 5 - 6 и даже 2 - 3 см³ за 30 мин. Глинистые растворы, имеющие водоотдачу свыше 25 см³ за 30 мин, могут создавать осложнения при бурении в пористых породах.

Растворы с большой водоотдачей откладывают на фильтре толстую рыхлую корку. Наоборот, растворы с малой водоотдачей образуют на фильтре тонкую плотную корку.

Водородный показатель. Для суждения о физико-химических процессах, происходящих в глинистом растворе, также является хорошим критерием водородный показатель (рН).

Для каждой глины существует определенная область значений рН, в которой суспензии этой глины устойчивы. За пределами этой области наблюдается коагуляция и разделение суспензии на глину и воду. Эта область наивыгоднейших значений рН зависит также от характера химической обработки глинистого раствора.

Статическое сопротивление сдвига характеризует способность глинистых растворов удерживать во взвешенном состоянии частицы породы.

Статическим сопротивлением сдвига называется минимальное напряжение, необходимое для разрушения структуры в растворе. Оно обозначается буквой 0 и измеряется в мг/см².

Так как связи между частицами глины в тиксотропном растворе устанавливаются постепенно, то величина 0 зависит от времени стояния раствора в покое. Вначале она растет быстро, а затем медленно повышается до определенного предела.

Измерение 0 осуществляется в приборах, называемых пластометрами. Применяются пластометры трех типов: ротационные, капиллярные и с поступательным движением пластинки или цилиндра.

Наибольшее применение получили ротационные пластометры. На разведочных работах применяются пластометр СНС-2. Основными частями этого прибора являются цилиндр и стакан. Обе цилиндрических детали должны быть соосны. В кольцевой зазор между ними заливают глинистый раствор. Вращение стакана производится от электромотора с редуктором, помещенным в кожухе, скорость вращения стакана составляет всего 0,2 об/мин. Для измерения напряжения служат упругая нить диаметром 0,3 - 0,5 мм, на которой подвешен цилиндр и градуированный лимб. К штативу прибора прикреплен указатель.