Состав глинистых растворов

Простейший глинистый раствор представляет собой взвесь диспергированной глины в воде. Состав и качество его опреде­ляются составом и качеством дисперсной фазы и дисперсион­ной среды. В качестве основной дисперсионной среды использу­ется вода.

В дисперсной фазе глинистого раствора по степени дисперс­ности различают следующие частицы:

элементарные глинистые пластинки — «большие молекулы»;

первичные глинистые частицы, представляющие собой пачки элементарных пластинок;

агрегаты из первичных глинистых частиц;

высокодисперсные частицы минералов, находящиеся в гли­не в качестве механических примесей;

песок, состоящий из частиц кварца и других инертных по­род, а также из крупных нераспустившихся комочков глины.

Первые три группы составляют коллоидную, наиболее актив­ную фракцию в глинистом растворе. Частицы четвертой группы можно считать активными наполнителями глинистого раствора, так как они способствуют увеличению его структурно-механиче­ских свойств и могут быть центрами структурообразоваиия для коллоидных фракций. Частицы пятой группы относятся к кате­гории механических нежелательных примесей.

В процессе бурения в дис­персную фазу поступают час­тицы разбуриваемых пород. Характер их воздействия на состав и качество глинистого раствора будет определяться дисперсностью и химическим составом и может быть по­ложительным и отрицатель­ным.

Рис. 39. Зависимость добавок воды, необходимых для поддержания ра­бочей консистенции буровых раство­ров, от их глиноемкости.

Состав дисперсионной сре­ды глинистого раствора опре­деляется:

электролитами, содержащи­мися в воде, на которой приготовляется раствор;

ионами, переходящими в жидкую фазу из глины при приго­товлении раствора;

веществами, добавленными при приготовлении глинистых растворов.

В процессе бурения состав дисперсионной среды во многом обусловливается:

солями минерализованных пластовых вод, попадающих в раствор при бурении скважины;

ионами из обломков разбуриваемых пород, растворяющихся в жидкой фазе раствора;

интенсивностью взаимодействия химических веществ, нахо­дящихся в дисперсионной среде, с веществами, поступающими в раствор при бурении.

Глинистый раствор характеризуется глиноемкостью. Глиноемкость представляет собой максимальное содержание глинистой фазы (в % или кг/м³), при котором буровой раствор сохраняет заданную консистенцию. Этот показатель характери­зует коллоидальность глины и эффективность химической обра­ботки, является одним из важнейших критериев разжижения глинистого раствора.

Глиноемкость — функция нескольких факторов: гидрофильности твердой фазы; содержания электролитов, реагентов-по­низителей вязкости и защитных коллоидов; температуры и до. Высокая глиноемкость характеризует низкую коллоидальность твердой фазы. Определяющий фактор течения растворов с низ­кой коллоидальностью твердой фазы — вязкое сопротивление при сравнительно невысоких значениях прочности структур. Здесь уже небольшие добавки воды резко снижают эффектив­ную вязкость.

Малая глиноемкость свойственна растворам с коллоидно-активной фазой. Главный фактор, определяющий их консистен­цию, — прочность возникающих структур. В этом случае разжижение достигается путем уменьшения числа коагуляционных контактов в единице объема в результате разбавления водой или ослабления их прочности обработкой реагентами-стабили­заторами. Это иллюстрируется кривой на рис. 39, где на оси абсцисс приведены значения глиноемкости, а на оси ординат — добавка воды, необходимая для возвращения заданной вязко­сти растворам, загустевшим от введения 1% глины сверх тога количества, которое допускает их глиноемкость.

Для разжижения раствора из низкоколлоидальной глины с глиноемкостью 40% необходимо 1,5% воды, а для раствора из высокосортного бентонита с глиноемкостью всего 5% необхо­димо 20% воды. Наиболее эффективно регулирование глиноем­кости химической обработкой.

Дата добавления: 2015-07-15