Полимерполисолевые промывочные жидкости, для бурения неуплотненных глин .

Искусственное упрочнение неустойчивых пород в настоящее время проводят путем введения химических реагентов или приложения физических полей. Наиболее распространенные методы упрочнения пород в скважинах - битумизация, смолизация, силикатизация, цементация, термическая обработка (замораживание, обжиг), электрохимическое упрочнение.

Глинистые породы обладают весьма малыми поперечными размерами пор, и проникнуть в эти поры вяжущий материал может чаще всего в виде ионов SiO₃^2-, Ca²⁺, Mg²⁺.

Недостатком таких растворов является слабая подвижность поливалентных ионов, вследствие чего они проникают в горную породу на небольшую глубину. Увеличить подвижность ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ можно путем добавления в раствор электролитов NaCl или КСl. В присутствии анионов S0₄^2-, Сl^- растворимость даже труднорастворимых солей существенно увеличивается. Так по исследованиям Ф.Ф. Лаптева, при увеличении анионов S0₄^2- от 0, 1н до 0, 5н переход в раствор ионов Са²⁺ увеличился в 10 раз с 0, 12 до 1, 18мг-экв/л.

В присутствии NaCI растворимость труднорастворимого гипса возрастает в 2, 8 раза. По исследованиям O.K. Ангелопуло [16], при пропитке глинистого образца раствором КС1 в жидкости, вытекающей из конца трубки, было обнаружено высокое содержание ионов Са²⁺ и Мg²⁺. Так, при высоте образца глины 40 см было обнаружено 83.6 г/л Са²⁺ и 9, 7 г/л Мg²⁺.

Таким образом, для радикального упрочнения неуплотненных глин буровой раствор должен иметь в своем составе: полимеры и электролиты одновалентных и поливалентных металлов. Катионы поливалентных металлов способны «сшивать» глинистые частицы породы и тем самым резко повышать прочность породы. Электролиты одновалентных металлов, содержат слабогидрофильные подвижные катионы К⁺ и Na⁺, которые способны проникать на значительную глубину в неуплотненную глину и гидрофобизировать глинистые частицы. Кроме того, они содержат активные анионы Cl^- , SO₄^-, способствующие более активной диссоциации кальциевых солей и глин, что позволяет проникать катионам двухвалентных металлов на большую глубину.

Такие полисолиевые растворы для бурения неуплотненных глин являются весьма перспективными буровыми растворами.

На возможность крепления стенок скважин в неустойчивых терригенно-солевых отложениях полисолевыми растворами указывает O.K. Ангелопуло.[15]

Главной предпосылкой для постановки наших исследований - отмечает он, - был положительный опыт применения на буровых Уральской области в 1965 г. глинистого раствора, насыщенного галитом с добавкой 10-15% комплексной калийно-магниевой соли - карналита. Иными словами, объектом теоретических и экспериментальных работ стали буровые растворы, насыщенные не только одной, но и несколькими солями щелочных и щелочно-земельных металлов и названные полисолевыми растворами.

В результате было доказано, что буровые растворы, обработанные хлоридами натрия, калия, магния и защитными органическими реагентами, обеспечивают нормальное состояние ствола скважины в соленосных породах. Причем для сохранения устойчивости терригенной части разреза может быть использован этот же полисолевой раствор. Оптимальные добавки хлорида магния и защитных коллоидов в хлоркальциевый раствор способствуют повышению устойчивости перемятых глин за счет замедления их капиллярной пропитки.

Отдавая должное эффективности ингибиторов разупрочнения типа силикатов и алюминатов натрия, вызывающих глубокие и необратимые изменения структуры кальциевых глин и повышающих их водоустойчивость, необходимо учитывать целесообразность применения полисолевых растворов [15].

Следовательно, как в природе, так и на практике литификация глинистых пород производится растворами соединений двухвалентных металлов, чаще всего кальция. Однако транспортирование этих соединений в поры глины вызывает большие сложности. Абсорбировать соединения кальция из даже сильно разбавленных цементных растворов или известкового молока глине довольно сложно вследствие значительных размеров и невысокого заряда частиц. Слабо абсорбируются глиной ионы Са²⁺ из растворов Са²⁺+2НСО₃^- (из-за высокой их гидрофильности и наличия анионов НСОз^-).

Да и перевести нерастворимые соли кальция в растворимые:

CaCO₃+H₂O+CO₂®Ca²⁺+2HCO₃^-

и наоборот:

Ca²⁺+2HCO₃^-® CaCO₃+H₂O+CO₂

весьма трудно.

Вследствие высокой гидрофильности (особенно при наличии в растворе ионов хлора), ионы кальция слабо абсорбируются кальциевой глиной.

В природе в высокоминерализованных водах содержание ионов кальция резко возрастает, так как ионы кальция гидрофильны и уравновешиваются в этих водах большим содержанием хлора [42].

Менее гидрофильными и более глинофильными являются ионы магния. Воды с ионами магния встречаются реже, чем с ионами кальция - это объясняется высокой их глинофильностью.

В поисках эффективных промывочных жидкостей для бурения неуплотненных глинистых пород с высокими крепящими свойствами автором работы были проведены специальные исследования. (см.раздел 3.4) и рекомендован ряд эффективных полимерполисолевых растворов.