Способ выбора бурового раствора для бурения в неустойчивых глинистых породах Советский патент 1985 года по МПК C09K7/00 

MnofipftTe.Hne относится к системам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам выбора эф- (}к: ;тивного бурового раствора для бурения и неустойчивых гл шистых породах.

Цель изобретения - повышение точности способа.

Испытания проводили на образцах глинистых пород двух видов. Образцы первого вида получали прессованием глинопорошка аскангеля и уемской карьерной глины под давлением 300 МПа, образцы второго вида изготовили из керна, поднятого из СКВ. № 53 Наульской с глубины 1132 м с .сохранением естественной структуры.

Результаты испытания на набухание некоторых глин и результаты деформировании глинистых образцов того же состава, но отличающихся определенным типом структурных связей, даны и табл,1 и 2,

Физические свойства образцов пред ставлены в табл. 3.

Деформирование образцов осущес1вляли по известной методике.согласно которой определяли показатели .деформирования - время, скорость и относительную продольную деформацию Но этим показателям рассчитьгоали коэффициент устойчивости глинистого образца в среде определенного раствора;

.р, tq. УЯ .

.

ть

де t

время деформирования; скорость деформирования,

I определяемая отношением

IL 1 ;

г относительная продольная деформация образца за время 7 .

Значения коэффициента устой-, чивости 36. быпи приняты в качестве эталонных.

Тип структурных связей искусственных и естественных образцов определяли согласно известному способу. Для этого измерили прочность исходных образцов на воздухе и прочность образцов, выдержанных в течение 3 сут, в жидкостях с рязличньтг и диэлектрическиьи про- иицярмогтями. Коэффициет1т К, характерпзуияциГ) степень 1ид И(:тиин жидкости ia ст1)уктурн1,1(; снячи породы, рассчитывали по формуле;

k - °

РЦ

где Р - наименьшая прочность образцов при нагружепии в средах (жидкостях);

Р(з - прочность образцов при нагружении на воздухе;

- диэлектрическая проницаемость среды, в которой образец обладает наименьшей прочностью;

д- диэлектрическая проницаемость воды.

Данные испытаний приведены в табл.4.

Структурные связи прессованных образцов аскангеля и уемской глины относятся к коагуляционному типу (К tj а структурные связи естественных

образцов наульской глины - к ковденсационно-кристалли:эа11 1онному типу (К 1J Ссм,таел,4 ,

Связность прессованных образцов обусловлена молекулярными силами,

а их структурные связи характеризуются как коагуляционные, В отличие от образцов аскангеля и уемской глины образцы наульской-глины имеют конденсационно-кристаллизационную

.структуру, сформировавшуюся в результате процессов конденсации, а также частичной перекристаллизации исходного глинистого материала,

В качестве жидких сред были использованы водные растворы электролитов, которые наиболее часто применяются как добавки к буровым, растворам и весьма эффективно влияют на процессы набухания и деформирования глинистых

пород,

С целью получения корреляционных зависимостей между показателями деформирования глинистых образцов и показателями набухания глин и PW

системы глина-жидкость провели систематизированное сопоставление данных набухания и деформирования (см,табл, 1 и 2), Сравнение полученных результатов осуществляли в рамках опре-

деленного раствора с различной концентрацией вещества, и наоборот, в пределах одной KOHneHTpaiyin разных растворов.

Установлено, что между изменением показателей набухания РГ,, а также изменением показателей деформирования Существует определенная зависимость, согласно которой время устойчивого состояния глинистых образцов с коагуляционным типом структурных связей снижается с уменьшением KI и Z и с увеличением и PHI (табл.1), т.е. обобщенный показатель устойчивости таких пород можно аппроксимировать формулой:

гРZepЦ СР.8

Р

oj

Ki.6 еср q

т«р

или

-(

Рт&

Р

z 6 /

VTtCp

Сопоставление показателей набухания и РПЛ системы глина-жидкость с показателями деформирования наульс кой глины ( табл.2) показало, что время устойчивого состояния образцов возрастает с увеличением Рщ, cJtp и уменьшается с увеличением Kt HZ. . В этом случае обобщенный показатель устойчивости для глинистых пород с конденсационно-кристаллизационными связями соответствует следующей формуле:

КгВZ. вРтЯР

Cj.KI.PZcpРМЙlJcp-6

Однако, увеличение средней скорости набухания наульской глины, происходящее на фоне снижения Кг иг за счет более быстрого темпа снижения 2 по сравнению с К, не соответствует аналогичному изменению скорости деформирования образцов этой глины (табл.2, т.е. VQ с увеличением С (вес.%)снижается. 1 . ) Поэтому соотношение в

Сс)с.р-8

выражении целесообразно опустить в связи с его несостоятельностью в оценке физической сущности показателя устойчивости. А показатель удобнее обозначить зависимостью:

PmP

к.

Z-fe Pvnb

Результаты определения обобщенных показателей устойчивости С, С,

201291

Crj, и коэффициента устойчивости 3t по данным испытания на набухание и деформирование глин и глинистых образцов представлены в табл.5 и 6.

5 Из табл. 5 и 6 следует, что С аскангеля, уемской и наульской глин с увеличением концентрации электролита в растворе снижается. Исключение составляют щелочные растворы

10 Ца РЗ и , в которых до концентрации 1,0 и 0,5 вес.% отмечается рост С аскангеля и наульской глины.

Деформирование глинистых образцов с коагулядионным типом структу р- ных связей (аскангеля и уемской глины ) в основном подтверждает достоверность информации об устойчивости этих пород по результатам набухания -

20 определения С, но имеются и некоторые несоответствия между отдельными значениями С и 3t . Например, сильно завышены С для уемской глины в 0,1%-ном растворе Na ОН и |асканге25 ля в 1,0%-ном растворе NajPjOvjo . А значения С аскангеля в растворе (1,0 и 2,0 вес.%). превосходят аналогичные значения в растворе , в результате чего нарушается общая ,

30 зависимость, согласно которой Л и С убывают в направлении: Na5P30 o, , Na ОН, NaSOi,, Na Cl, Naj ChiO-j .

Данные табл.5,в которой представлены значения С,/ аскангеля и уемской гйиньг свидетельствуют о том, что для С в отличие от С отмечается единичное несоответствие значению ЭС. аскангеля в растворе

40 с концентрацией вещества 0,1 вес.%. Таким образом подтверждается справедливость формулы для С в оценке устойчивости глинистых пород и высо-п кая надежность получаемых результатов.

Если испытание глинистых образцов с коагуляционными связями свицетельствует в основном об изменении значений X и С в-j каком-то

50 определенном взаимно согласованном направлении, то при испытании образцов с конденсационно-кристаллиза- ционными связями такого соответствия йет. Здесь прослеживается об55.ратная зависимость, согласно ко- торой коэффициент устойчивости X с увеличением концентрации электролита в растворе, как правило,возрастает, а обобщенный показатель устойчивости С снижается (табл.6).

Значения С наульской глины, рассчитанные но формуле с достаточной степенью надежности, согласуются со значениями X наульской глины в растворах соответствующей концентрации и состава (табл.6).

2012916

В практической деятельности из-за отсутствия в необходимом количестве керновогф материала и специального оборудования гораздо удобнее исследоJ вать набухание потенциально неустойчивых глинистых отложений, чем изучать их деформационные свойства.

Аскангель и уемская

В такой ситуации наряду о определением показателей набухания и PI системы глина-жидкость требуется установить природу структурных связей глинистой породы.

Сведения о структурном типе породы позволяют облегчить вычисление обобщенного показателя устойчивости С;, и Наиболее благоприятным с точки зр:ёния повьшения устойчивости глинистых пород в стенках скважин считается буровой раствор с максимальным значением С или С..

Таблица 1

Наульская

СПОСОБ ВЫБОРА БУРОВОГО РАСТВОРА ДЛЯ БУРЕНИЯ В НЕУСТОЙЧИВЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОДАХ путем измерения пре- . дельного напряжения сдвига бурового раствора в системе глинистая порода - жидкость и .показателей набухания глинистых пород, определения обобщенного показателя устойчивости глинистых пород с последующим выбором бурового раствора по наибольшему обобщенному показателю устойчивости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, дополнительно устанавливают тип структурных связей глинистых пород, а обобщенный показатель устойчивости определяют из следующих математических выражений: для глинистых пород с коагуляционным типом структурных связей - /Z --Р. m ж г& / для глинистых пород с конденсаций- онно-кристаллизационным типом структурных связей - Кг& Z В m 3Kt С, г PmE. Z ж ,j - обобщенные показатели где устойчивости . , Рт х .предельное напряжение сдвига jсистемы жид. кость-вода для воды и для жидкости соответственно; Л коэффициенты, показыгж вающие сколько жидкости набухания (в см ) связывает 1 г глинистой породы| . время набухания в Zg,2 ж воде и жидкости соответственно ,

Дистиллирован11

глица

12

1201291

Габлица2

поперечного сечения23 X 23

Коэффициент К

ТаблицаЗ

Таблица4

1,427

0,250.0,250

Naj

Na СОз

N ,

Na-j. СигРт

ТаблицаЗ Аскангель и уемская глина

20

Т а б л и ц а 6 глина