Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Как уже отмечалось, глинистые растворы очень — чувстви­тельны к коагулирующему действию минерализованных подзем­ных вод. Кроме того, в процессе бурения вследствие увеличе­ния объема твердой фазы за счет поступления частиц разбу­риваемых пород глинистые растворы загустевают, вязкость их резко возрастает, что сопровождается ростом статического на­пряжения сдвига и водоотдачи, утолщением глинистой корки на стенках скважин. Своевременной химической обработкой параметры глинистого раствора могут быть приведены в норму. Однако со временем раствор теряет чувствительность к хими­ческой обработке, а разбавление его водой вызывает ухудше­ние качества.

В практике разведочного бурения, особенно в удаленных районах, не всегда удается своевременно обеспечить буровые необходимым количеством глины. При отсутствии местного сырья растворы, приготовленные целиком из привозных глин, дороги. Поэтому в разведочном бурении используются естест­венные растворы — стабилизированные жидкости, твердая фа­за которых представлена частицами выбуренных неглинистых пород. Особенность таких растворов состоит в том, что они маловязкие, сохраняют подвижность при значительном содер­жании твердой фазы, их статическое напряжение сдвига не до­стигает больших значений.

Следует отметить, что довольно широко известны естествен­ные промывочные жидкости на основе выбуренных глинистых пород. Если имеется возможность получения и использования таких растворов, ее надо всячески использовать. Однако есте­ственным глинистым растворам свойственны все недостатки искусственно приготовленных.

Большие работы по созданию рецептур, исследованию и внедрению в практику промывочных жидкостей на основе выбу­ренных пород проведены С. Н. Ятровым, И. Е. Шевалдиным, Г. И. Летуновским, Н. Ф. Семенко и др. Промывочные жидкос­ти представляют собой полидисперсные многокомпонентные системы, реологические и структурно-механические свойства которых достигаются стабилизацией поверхностно-активными веществами и обработкой реагентами-структурообразователями и понизителями вязкости. Естественные промывочные жидкос­ти получают название в зависимости от минералогического со­става твердой фазы. Последняя многокомпонентна, так как очень редко геологический разрез месторождения представлен однородными по своим физико-химическим свойствам порода­ми. Поэтому название раствора и во многом его качество обус­ловливает основной составляющий компонент.

Естественные промывочные жидкости получаются в процес­се бурения путем насыщения воды, содержащей поверхностно-активные вещества, частицами выбуренной породы. Кинетика перехода выбуренных пород в промывочную жидкость зависит в первую очередь от физико-химических свойств разбуривае­мых пород и степени их диспергирования, физико-химического состава дисперсионной среды, степени взаимодействия твердой и жидкой фаз, активности поверхностно-активных веществ и т. д.

В отличие от глин частицы неглинистых минералов, образу­ющиеся в процессе бурения, имеют изодиаметрическую форму, а обменная емкость неглинистых пород незначительна: 1,78— 10,8 ммоль. Небольшая обменная емкость этих пород опреде­ляет незначительное физико-химическое сродство их с водной средой, что в конечном счете, наряду с формой частиц, опреде­ляет свойства естественных промывочных жидкостей, способ­ность сохранять физико-химические свойства в зонах интенсив­ного солевого воздействия.

Повышение гидрофильности частиц неглинистых пород и, следовательно, увеличение устойчивости дисперсной системы происходит в результате образования на их поверхности адсор­бционных слоев поверхностно-активного вещества. Необходи­мое условие стабилизации концентрированных дисперсных си­стем—образование адсорбционных слоев, обладающих доста­точно высокой структурной вязкостью, упругостью и механи­ческой прочностью па сдвиг. С увеличением концентрации по­верхностно-активных веществ — стабилизаторов — устойчивость системы возрастает.

ПАВ избирательно адсорбируются на породах, поэтому для каждой разновидности пород применяется наиболее эффектив­ное из них. В ряде случаев использование смеси нескольких ПАВ дает больший эффект, чем каждое вещество в отдель­ности.

Для обработки естественных промывочных жидкостей наи­более распространены УЩР, ССБ, КССБ, КМЦ, сульфат цел­люлозы (СЦ), окисленный лигнин (ОЛ) и др.

Придание раствору структурно-механических свойств дости­гается введением реагентов — электролитов и полимеров. При добавке электролитов к синтетическим ПАВ образуются слои с более сильными структурно-механическими свойствами, об­ладающие высокой стабилизационной способностью. Здесь наи­большее распространение получили каустическая сода, кон­центрированные фосфаты, карбонат натрия, жидкое стекло, хлористый кальций, хлористый натрий, крахмал и др. В каче­стве структурирующей добавки используются и небольшие ко­личества бентонитовых глин.

Необходимо иметь в виду, что в ряде случаев воздействие электролитов может привести к снижению агрегативной устой­чивости и гидрофобной коагуляции промывочных жидкостей на основе выбуренных пород.

Введение химических реагентов наряду со стабилизацией системы содействует диспергированию частиц твердой фазы в процессе ее движения по циркуляционной системе скважины. Растет механическая скорость бурения, повышается стойкость породоразрушающего инструмента.

Не вся разбуренная порода переходит в активную твердую фазу естественного раствора. Крупные частицы осаждаются в желобной системе и отстойниках.

Так как при разведочном бурении используется породоразрушающий инструмент небольшого диаметра, причем бурят преимущественно колонковым способом, то относительно не­большой объем материала может служить твердой фазой. Од­нако широкое применение алмазных и твердосплавных коро­нок приводит к тому, что значительная масса этого материала измельчается в процессе бурения до размеров, не требующих дополнительной диспергации.

Для примера приведем некоторые составы промывочных жидкостей на основе выбуренных пород.

Карбонатные промывочные жидкости

1. Для пресных и слабоминерализованных карбонатных суспензий (до 5% NaCl и СаСl2);

А) 15—25% УЩР и 0,5—1% жидкого стекла;

Б) 1,5—2,5% сульфонатриевых солей сланцевых смол (СНС) при отсутствии минерализации;

В) 1,5—2,5% СНС и 0,5—1% крахмала (в случае слабоми­нерализованных суспензий);

Г) 1,5-2% КМЦ.

2. В условиях минерализации (20—10% NaCl и СаС12):

А) 1,5—2% ССБ и 1—1,5% крахмала;

Б) 1—2% КМЦ и 1—2% ССБ.

При обработке карбонатных суспензий указанными выше сочетаниями поверхностно-активных веществ и реагентов обра­зуется карбонатный раствор плотностью 1,2 г/см3, вязкостью 16—23 с, с водоотдачей 3—8 см3.

Мергелисто-меловые и Мергелистые промывочные жидкости

1. 7,5—10% УЩР и 0,25% кальцинированной соды (к объ­ему раствора).

2. 7,5—10% УЩР и 0,25—0,5% СаС12.

Параметры таких растворов при плотности 1,29—1,36 г/см3 колебались в пределах: вязкость 20—36 с, водоотдача от 2— 5 до 18 см3, статическое напряжение сдвига 4—5,3 Па.

Сульфатные и сульфатно-галоидные растворы

1. 1,5—2,5% ССБ и 1—2% крахмала.

2. 1—1,5% ССБ, 1% КМЦ и 1—2% крахмала.

При обработке этими реагентами сульфатных и сульфатно-
галоидных суспензий в процессе бурения в скважине создают­
ся буровые растворы плотностью 1,2—1,3 г/см3 при вязкости
16—25 с и водоотдаче 3—8 см3.

Аргиллитовые растворы

1. Для неминерализованных суспензий:

А) 10—20% УЩР;

Б) 1,5—2% Крахмала;

В) 1,5-2% КМЦ.

2. Для минерализованных суспензий:

А) 1—2% ССБ и 0,5—1,5% крахмала;

Б) 1—2% ССБ и 1—2% КМЦ;

В) 1,5—2% гидролизованного полиакриламида РС-2.

Такие растворы при плотности 1,2—1,25 г/см5 имеют вяз­кость 20—25 с и водоотдачу 6—7 см3.

Вследствие образования высокодисперсного шлама при бурении алмазными коронками имеется возможность получения естественных промывочных жидкостей на основе песчаников, метаморфизованных и изверженных пород.

1. Для осадочных пород — алевролитов, аргиллитов и песчаников: 10—15% РС-2,

1 — 1,5% ПФЛХ.

2. Для метаморфизованных пород— туфов, кварцево-хлоритовых сланцев, кварцитов: 0,1—0,5% КМЦ, 1% ССБ, 10—15% РС-2.

3. Для изверженных пород — габбро и гранитов: 10—15% РС-2.

Следует иметь в виду, что приведенные рецептуры имеют общий характер. В каждом отдельном случае они должны уточняться в лабораториях и в процессе производственного ис­пользования с учетом конкретных геолого-технических условий. Накопление дисперсной фазы при получении раствора проис­ходит постепенно в процессе углубления скважины. Поэтому подготовительные работы по переходу на естественный раствор следует проводить до вскрытия зон возможных осложнений.

Естественные промывочные жидкости легко поддаются утя­желению. Кроме того, повышенная плотность до 1,7 г/см3 таких растворов может быть без существенного изменения реологи­ческих и структурно-механических свойств достигнута увеличе­нием содержания твердой фазы.

Комментарии запрещены.