Фильтрационная корка Толщина фильтрационной корки

Толщина глинистой корки является определяющим фак­тором при возникновении осложнений, связанных с уменьше­нием диаметра ствола, чрезмерным вращающим моментом, за­тяжками и прихватом из-за перепада давлений. Считается, что толщина глинистой корки пропорциональна фильтрационным потерям, поэтому необходимо лишь определять эти потери. В действительности, хотя толщина глинистой корки и связана с фильтрационными потерями, реальная зависимость специ­фична для каждого раствора, так как величина Q_w/Q_c в уравне­нии (6) зависит от содержания твердой фазы в растворе и количества воды, удерживающейся в глинистой корке. Фильтра­ционные потери снижаются с повышением содержания твердой фазы, а объем глинистой корки возрастает (рис. 4).

Рис.4 Изменение объема фильтрата, объема глинистой корки и ее проницаемости в зависимости от объемной доли твердой фазы в суспензии глины альтвармбюхен.

Объем воды в глинистых корках, которые образуют различ­ные буровые растворы, зависит от набухаемости глинистых ми­нералов, входящих в состав глин. Бентонит, например, характе­ризуется сильной набухаемостью, благодаря чему образую­щаяся корка обладает сравнительно высоким соотношением воды и твердой фазы, поэтому отношение Q_w/Q_с невелико. Следует отметить, что содержание воды в глинистых корках лишь немного меньше, чем в набухших глинах, и практически не зависит от объемной доли твердой фазы в суспензии. Понятно, что объемная доля воды в глинистой корке вполне может служить мерой набухае­мости глины, из которой готовится раствор.

В меньшей степени толщина глинистой корки зависит от раз­мера и гранулометрического состава частиц. От этих парамет­ров зависят пористость корки и отношение ее суммарного объ­ема к объему зерен. Важность этих эффектов была подтверж­дена Бо, который измерял пористость фильтрационных корок, образованных смешиванием стеклянных шариков девяти разме­ров. В результате этих исследований было установлено сле­дующее.

1.Минимальную пористость получали при равномерной гра­дации частиц по размерам так как самые мелкие частицы плотно закупоривали поры между более крупными частицами.

Рис.5 Проницаемость и пористость фильтрационных корок из стеклянных шариков при их распределении по различным кривым (k-проницаемость нм²; Ф-пористость,%:

А-диапазон размеров шариков 140-550мкм;Б- диапазон размеров шариков 70-950мкм.

2.Смеси с расширенным диапазоном линейного распределения частиц по размерам обеспечивали наименьшую пористость.

3.Избыток мелких частиц приводил к меньшей пористости, чем избыток крупных частиц.

Можно ожидать, что инертные твердые частицы, которые по форме приближаются к сферическим, в буровых растворах ве­дут себя примерно так же. Поведение коллоидной фракции больше зависит от формы частиц и электростатических сил.

Толщину фильтрационной корки точно измерить очень трудно, поскольку четко разграничить буровой раствор и на­ружную поверхность глинистой корки невозможно. Эта про­блема возникает в связи с тем, что корка уплотняется под дей­ствием гидравлического сопротивления движению фильтрата через ее поры. Гидравлическое сопротивление возрастает с уве­личением расстояния от поверхности корки, а локальное поровое давление снижается от максимального значения, соответ­ствующего давлению бурового раствора у поверхности корки, до нуля у ее основания. Давление уплотнения (и результирую­щее межзерновое напряжение) в любой точке равно давлению бурового раствора минус поровое давление; таким образом, оно равно нулю в поверхностном слое и давлению бурового рас­твора у основания глинистой корки. Распределения межзерно­вого напряжения и пористости как функции расстояния от по­верхности фильтра показаны на рис.6 для теоретических и экспериментально определенных значений при фильтрации сус­пензии измельченного карбоната кальция. Следует отметить, что эти распределения не меняются с увеличением толщины корки, а это говорит о том, что средняя пористость корки ос­тается постоянной во времени. Когда требуется точно определить толщину глинистой корки, образуемой в статических условиях, рекомендуется использо­вать метод, разработанный Энгельгартом и Шиндевольфом. Этот метод заключается в следующем: в фильтрационную ка­меру заливается небольшой объем бурового раствора; фильтрация прекращается в тот момент ,когда отфильтруется весь раствор ,так что в камере остается только фильтрационная корка. Критический момент прекращения фильтрации определяют путем наблюдения за объемом фильтрата через короткие промежутки времени и построения графической зависимости этого объема от корня квадратного продолжительности таких промежутков времени. Фильтрацию прекращают сразу же после того, как график становится нелинейным. Общий объем отфильтрованного бурового раствора рассчитывается по суммарной массе фильтрата и корки , деленной на плотность исходного бурового раствора. Затем по разности объемов отфильтрованного раствора и фильтрата определяют объем корки.