Cтраница 4
Но при решении о необходимых интервалах крепления следует учитывать дополнительные факторы. К таким факторам следует отнести необходимый спуск кондуктора на глубину 250 м для защиты пресных грунтовых вод от загрязнения. Поскольку бурение остальной части первой зоны ( 4200 м) сопряжено с расходом большого числа долот и занимает много времени, что ведет к развитию опасных желобных выработок и к нарушению устойчивости глин майкопской серии, целесообразно крепление ее выполнять днупя обсадными колоннами. [46]
У каолинита поверхности с такими свойствами отсутствуют. Поверхность каолинита не принимает участия в различных физико-химических процессах. Установлено, что проницаемость в сильной степени зависит от минерализации воды: по мере увеличения содержания солей в растворе проницаемость пористой среды увеличивается. Зависимость проницаемости пористых сред от минерализации воды и ее химического состава объясняется неодинаковой устойчивостью глинистых минералов по отношению к этим водам. Устойчивость глин по отношению к минерализованной воде обусловливается тем, что глинистые частицы, находящиеся в среде электролита, всегда содержат гидратные оболочки, препятствующие соединению частиц одна с другой. С увеличением концентрации электролита влияние гидратирующей силы ионов еще более увеличивается. [47]
Для всех рассмотренных методов оценки устойчивости глинистых пород при взаимодействии с буровыми растворами основным критерием является скорость увлажнения, с уменьшением которой связывается повышение показателя устойчивости. Для расчета этого критерия используются усредненные показатели набухания и структурно-механической прочности всего процесса увлажнения. Процесс же увлажнения глинистого образца происходит неравномерно в течение всего времени контакта с жидкостью. При этом на каждой стадии набухание протекает с различной скоростью, сопровождается качественно и количественно различными физико-химическими процессами и по-разному влияет на структурно-механическую прочность глин. Поэтому оценка устойчивости глин при взаимодействии с буровыми растворами по определенным соотношениям всех показателей набухания и прочности мало обоснована, поскольку произвольно суммируются показатели, характеризующие разные процессы. [48]
Установленная взаимосвязь скорости набухания с изменением структурно-механической прочности увлажненной глины позволяет однозначно количественно оценить ингиби-рующую способность раствора, которая тем больше и эффективнее, чем выше скорость набухания и прочность рт. Эта оценка отражает конечную стадию набухания, когда все физико-химические процессы завершены. В то же время исследование ингибирующей способности среды Си показало, что этот процесс на разных стадиях неодинаковый. Наличие на одной кривой кинетики набухания двух значений Си ( положительного и отрицательного) свидетельствует о переходной границе из одного состояния в другое, которое должно отражаться и на характере изменения структурно-механической прочности глины. Кроме того, абсолютные значения рт не характеризуют устойчивость глин, так как неясно, какая величина рт достаточна для этого. Очевидно, что устойчивость глин должна определяться также в зависимости от ее состояния на каждой стадии набухания. [49]
В табл. 4.4. приведены параметры набухания бентонита в разных средах. Из этих данных видно, что определение устойчивости глины или ингибирующей способности среды по известным коэффициентам набухания не представляется возможным. Так, степень набухания для раствора СаС12 и КМЦ составляет соответственно 2 08 и 2 27 и предпочтение следует отдать первому составу среды. Ранее было показано, что оценка устойчивости глины по определенному соотношению коэффициентов набухания, предложенному В.Д. Городновым и другими авторами, также не позволяет однозначно судить о преимуществе той или иной среды. И, самое главное, невозможно установить, на каком этапе произойдет потеря устойчивости. [50]
Структурно-механическая прочность глин через 72 ч взаимодействия, несмотря на высокое значение коэффициента ингибирующей способности раствора, содержащего 2000 мг / л Са2 ( Си 3 65), мало отличается от прочности необработанной глины, и по количественному выражению его действие одинаково с действием реагентов. Соответственно и коэффициент устойчивости очень мал и не обеспечивает необходимой устойчивости стенки скважины. В то же время через 16ч взаимодействия рт 2 25 МПа, а коэффициент устойчивости Кзу приближается к критическому. При увеличении концентрации ионов кальция вдвое коэффициент устойчивости превышает критическое значение, но затем, также во времени, резко уменьшается, и глинистая порода теряет всякую устойчивость к сопротивлению внешним нагрузкам. Такой фактор исключительности, когда при достаточно высоком значении коэффициента ингибирующей способности коэффициент устойчивости очень низок, обратимость процессов структурообразования при определенном составе раствора, высокая прочность и устойчивость глин в присутствии гидроксидов кальция и бария свидетельствуют о сложных физико-химических и химических процессах, происходящих в глинистой породе в этом случае. [51]
На характер и интенсивность процессов структурообразования существенное влияние оказывают гидроксиды бария и кальция, причем имеется определенная взаимосвязь и с количеством катионов. При совместном действии катионов кальция и извести достигается необходимый эффект, но процесс растянут во времени. Сказываются опять-таки слабая растворимость и недостаток уже гидроксильных групп. Поэтому в условиях достаточного количества катионов и гидроксильных групп следует ожидать интенсивного процесса структурообразования. Действительно, для высококонцентрированных растворов гидроксида бария ( 10 - 15 %) интенсивные химические реакции формируют высокопрочностные конденсационно-кристаллизационные структуры ( рт 22 54 - 66 65 МПа), что приводит к увеличению устойчивости глины в 2 85 - 8 5 раза. [52]
Роль полупроницаемой мембраны выполняет глинистая корка и приствольный слой пород, где под действием осмотического давления фильтрат ( вода) может проникать в породу, если минерализация поровой воды выше, чем в буровом растворе. При этом происходит увлажнение породы, возникают внутренние напряжения за счет небольшого перепада осмотического давления в скважине и пласте, связи между частицами ослабляются, объем увеличивается и происходит обвал. Причем, полупроницаемость глины обусловлена ее заряженностью, т.е. наличием двойного электрического слоя ( ДЭС) на поверхности контактных участков. При этом сначала диффундируют в глины анионы ОН, имеющие отрицательный заряд, затем катионы, которые совершают перенос жидкости. Например, в обычной воде глина разрушается через 12 часов, вода NaOH - через 2 часа, вода 10 % NaCl - через 6 часов, вода 10 % КС1 100 часов. Устойчивость глин при вводе КС1 объясняется высокой подвижностью иона калия, который нейтрализует отрицательный заряд анионов и самой породы, предотвращая работу осмотического насоса. [53]