Влияние кальциево-силикатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность глины.

	Состав,	Время выдержки образцов до разрушения, сут	Максимальная пластическая прочность глины, МПа
Полимер	KCl	NaCl	бишофит	жидкое стекло
	КМЦ 700-1,5	-			1^*	не разрушился	на 30^есутки 34,0
	КМЦ 700-2						на 4^е сутки 12
	КМЦ 700-2						на 10^е сутки 9
	КМЦ 700-2	-					на 5^е сутки 5
	КРЭМ – 3	-			1^*		на 15^е сутки 12
	КРЭМ – 3		-	MgO-0,25		не разрушился	на 22^е сутки 48

 

 

Рис10.15 Влияние кальциевосиликатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность неуплотненной глины; 1-в растворе 1; 2-в растворе 2; 3-в растворе 3; 4-в растворе 4; 5-в растворе 5;

На основании полученных результатов исследований VII группы можно сделать следующие выводы:

1. Добавление 1% жидкого стекла и 0,5 % бихромата аммония в

магниевый полимерполисолиевый раствор (см. табл. 10.7 и табл.10.9) повышает пластическую прочность неуплотненной глины с 27 до 34 МПа, без разрушения образца. (раствор 1)

2. Введение в насыщенный солями КС1 и NaCl с 10% бишофита раствор (табл. 10.6) 3% жидкого стекла выводят раствор из равновесного состояния

(раствор 2).

3.Увеличение в магниево-силикатных полимерполисолиевых растворах концентрации Mg²⁺ выше равновесной делает процесс нестабильным, обрати­мым, время выдержки образцов в растворе и пластическая прочность понижаются. (раствор 3)

4. Введение в раствор 5% жидкого стекла резко снижает время выдержки и пластическую прочность глины, значительно повышает вязкость раствора, по­этому для сохранения высоких крепящих свойств раствора, вводить жидкого стекла выше 1 % не рекомендуется (раствор 4;5)

5. Введение в раствор вместо бишофита окиси магния (0,25%) резко повы­шает эффективность бурового раствора, приводит процесс твердения в равновесие, повышает пластическую прочность глины (раствор 6).

В конце исследований полимерполисолевых растворов были проведены эксперименты по выявлению влияния трехвалентных катионов на крепящие свойства раствора.

Результаты экспериментов приведены в табл. 10.10 и на

рис. 10.16.

Таблица 10.10

Влияние кальциевоалюмосиликатных полимерполисолевых растворов на пластическую прочность глины.

 

 

 

	Состав %	Время выде- ржки образ- цов до разру- шения, сут	Максимальная пластическая прочность гли­ны, МПа
Полимер	NaCl	СаС12	Na2Si03 9Н2О	A12(SO4)3 18Н2О
	КРЭМ - 3	-/5					на 12^е сутки 27
	КРЭМ-3	11-				не разрушился	на 35^е сутки и далее 35
	КРЭМ – 3	11-		0,5		не разрушился	на 23 е сутки и далее «21
	КРЭМ-2	10/-				не разрушился	на 6-е сутки и далее 48

Рис10.16 Влияние кальциевосиликатных полимерполисолевых растворов на пластиче­скую прочность неуплотненной глины; 1-в растворе 1; 2-в растворе 2; 3-в растворе 3; 4-в растворе 4;

 

Проведенные исследования подтверждают теоретические выводы: наиболее эффективны полимерполисолевые растворы, содержащие равновесные концентрации солей трехвалентных металлов и жидкого стекла (по 1%) при повышенной концентрации ингибиторов гидратации (KCl, CaCl₂).

Как и следовало ожидать наиболее эффективной равновесной концентрацией Al₂(SO₄)₃*18H₂O для исследуемой глины является концентрация равная 1%.

Если предположить, что при введении одновалентного сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃*18H₂O, жидкого стекла Na₂SiO_3*9H₂O и 7% KCl происходит их взаимодействие с образованием алюмосиликата типа иллита (при наличии достаточного количества калия наиболее вероятно образование минералов группы иллита) KАl₂(AlSiO₃)O₁₀((OH)₂H₂O), в котором содержится алюминия 24,2%, кремния 26,4%. В соли алюминия Al₂(SO₄)₃*18H₂O содержится 11,8%, Al³⁺ в жидком стекле 10,6% кремния, то есть для получения иллита на 1% Al₂(SO₄)₃*18H₂O необходимо примерно 1,2% жидкого стекла.

Проведенные исследования показывают близкие к расчетным значения равновесных концентраций вводимых солей.

При введении солей кальция до 3% устойчивая прочность глины еще больше возрастает.

При больших значениях сульфата алюминия и жидкого стекла (по 2%) процесс становится обратимым. При меньших значениях жидкого стекла пластическая устойчивая прочность глин снижается.

 

Глава11

ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ БУРЕНИЯ МИКРОТРЕЩИНОВАТЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД.

Микротрещиноватые глинистые породы.

Осложнения при бурении

К твердым глинистым породам относят сцементированные (аргиллит) или метаморфизированные (глинистый сланец) глинистые породы.

Прочность глинистых пород зависит от толщины пленки воды между глинистыми частицами. При уплотнении глины с уменьшением толщины пленки прочность быстро возрастает, порода становится твердой. При дальнейшем уплотнении глины на поздних стадиях диагенеза осадка появляются цементационные связи и соответствующее им сцепление упрочнения. Рост сцепления происходит по мере отложения цементирующего вещества на контактах минеральных зерен. Еще на ранних стадиях диагенеза проявляется клеящая способность коллоидальных пленок кремнекислоты. В результате обезвоживания эти пленки становятся все более и более жесткими и, в конечном счете, приобретают цементационный характер (Н.Я. Денисов, П.А. Ребиндер).

С усилением цементационных связей глинистая порода теряет свойства высокодисперсных систем и постепенно превращается в твердую (скальную) горную породу (аргиллит).

При погружении глинистых пород на глубину в результате высокого давления и температуры глины обезвоживаются, уплотняются, изменяют минеральный состав, возрастает прочность породы. Такие метаморфизованные глинистые породы носят название глинистых сланцев.

Как сцементированные, так и метаморфизованные глинистые породы теряют свойства высокодисперсных систем, слабо адсорбируют воду, не набухают, не размягчаются, ведут себя, как и все скальные породы.

В результате тектонических подвижек в земной коре, вследствие относительно невысокой прочности и жестких связей между минеральными зернами, многие аргиллиты (особенно на больших глубинах) пронизываются системой микротрещин. Образец (керн) такой породы, извлеченный из скважины и погруженный в воду, разваливается на отдельные куски и кусочки.

Разложение горной породы в воде на отдельные кусочки различных размеров (от пылевидных до крупных кусков) в инженерной геологии носит название размокания. Оно характерно для грубообломочных глинистых пород с малым числом пластичности, а также перемятых и дробленых скальных глинистых пород с наличием микротрещиноватости и зеркалами скольжения.

Процесс размокания аналогичен процессу диспергирования. Молекулы воды всасываются трещинами породы, толщина пленок воды между отдельными кусочками возрастает, а прочность связей между ними понижается. В процессе бурения в результате обнажения породы, насыщения трещин водой, ослабления связей между частицами, под воздействием горного давления происходит выдавливание и обрушение их в скважину;

При высоком горном давлении и большом диаметре скважины часто наблюдаются "выстрелы" кусков в скважину. Такие аргиллиты называют "стреляющими".

Обрушения и осыпания стенок скважин также приводят к тяжелым последствиям: заклиниванию, прихвату и обрыву бурового снаряда, завалу скважины, кавернообразованию. Каверны в свою очередь приводят к ряду нежелательных явлений: изгибу бурильной колонны, знакопеременным нагрузкам бурильных труб, их поломкам.

Шлам, который накапливается в кавернах, является потенциальным источником прихвата бурового снаряда.