Физико-химическое воздействие на разрушаемые горные породы

Промывочная жидкость должна облегчать процесс разруше­ния горных пород на забое скважины. Активное воздействие ее обусловлено главным образом размывающим действием и пони­жением твердости горных пород в присутствии поверхностно-активных веществ, находящихся в растворе. Размыв горных по­род происходит за счет кинетической энергии потока промывочной жидкости на выходе из бурового снаряда. Эффект усиливается путем подбора площади сечения и мест расположения каналов, через которые жидкость выходит на забой скважины. Эта функция промывочной жидкости наиболее эффективна в породах рыхлого комплекса.

Рис. 8. Развитие зон предразрушения при воздействии различных промы­вочных жидкостей: 1 — малоактивная жидкость; 2 — активная жидкость; 3 — зоны предразрушения

Вследствие некоторых осо­бенностей строения горных по­род при использовании промы­вочных жидкостей в процессе бурения уменьшается проч­ность пород на забое скважи­ны. Общеизвестно, что проч­ность породы рыхлого комп­лекса при смачивании умень­шается. При бурении крепких пород с промывкой также сни­жается их прочность, но сущ­ность явления здесь иная.

Все реальные твердые тела, как отдельные кристаллы, так и поликристаллические агрегаты, содержат множество неоднородностей, начиная от дефектов или слабых мест в структуре кри­сталла и кончая микротрещинами различных размеров как в са­мих кристаллах, так и на их контактах. В процессе механиче­ского разрушения горных пород это приводит к образованию так называемой зоны предразрушения — зоны повышенной трещиноватости. Большая часть микротрещин при снятии нагруз­ки смыкается. В наиболее крупные трещины этой зоны прони­кает промывочная жидкость, препятствуя их смыканию. Однако в целом твердость горной породы, ее буримость в зоне предраз­рушения практически изменяются несущественно.

Активность промывочной жидкости может быть повышена путем небольших добавок к ней специальных веществ — пони­зителей твердости. Дисперсионная среда промывочной жидкости с понизителями твердости более интенсивно проникает по заро­дышевым микротрещинам в зоны предразрушеиия, образуя на поверхностях трещин адсорбционные пленки.

Можно выделить три основных действия, лежащие в основе механизма понижения твердости горных пород.

1. Экранирование сил сцепления, действующих между проти­воположными поверхностями зародышевых микрощелей посред­ством прослоек, образованных адсорбционными слоями.

2. Активное раздвигающее действие самих адсорбционных прослоек во всех тех наиболее узких участках клиновидных микрощелей, куда только эти прослойки могут проникать.

3. Затруднение смыкания зародышевых участков микроще­лей под влиянием адсорбционных слоев и сольватных пленок жидкости после снятия внешних усилий.

Зона предразрушения (рис. 8) в результате влияния понизи­телей твердости развивается весьма существенно, трещиноватость в ней возрастает, микротрещины становятся глубже, чис­ло их в единице объема увеличивается. Адсорбция ПАВ на по­верхностях микротрещин приводит к снижению свободной по­верхностной энергии тела и, как следствие, уменьшению необхо­димой для разрушения работы, повышению скорости бурения.

Эффективность действия понизителей твердости зависит от их химической природы и концентрации, от механических усло­вий разрушения и физико-химических свойств горных пород.

Дата добавления: 2015-07-15