20. 2. Осложнения при бурении глинистых пород.

При бурении глин основными являются осложнения, связанные с нарушениями устойчивости стенок скважин под воздействием воды. В результате абсорбции воды глиной происходят ее увлажнение, набухание, размягчение, размокание.

За счет набухания глины, а также за счет пластической ее деформации под воздействием горного давления диаметр сква­жины уменьшается. Сужение ствола приводит к серьезным ос­ложнениям: затяжкам и обрывам бурового снаряда, повышенно­му расходу энергии на процесс бурения, дополнительным затра­там труда и денежных средств на перебуривание скважин и при­готовление специальных буровых растворов.

Сильнонасыщенные водой глины переходят в текучее состояние. В процессе бурения таких пород в скважине образуются пробки. После их перебуривания происходит заполнение скважины породой, что требует дополнительных работ, на их разбуривание.

Набуханию подвержены, как известно, легко диспергируе­мые весьма гидрофильные глины монтморилонитового состава. При наличии в глине электролитов (особенно поливалентных: Са²⁺ , Mg²⁺ и др.) набухаемость глин понижается. Так, например, морские глинистые осадки почти не набухают. Мергели - глины, содержащие до 50% (и более) карбонатов, в воде вообще не набухают.

Размягчение глины происходит в результате гидратации глинистых частиц, когда расстояние между ними возрастает, а прочность межмолекулярных связей понижается. Исследования показывают, что прочность уплотненной глины понижается обратно пропорционально ее влажности, а неуплотненной - обрат­но пропорционально влажности в третьей степени.

Для ускорения определения влажности глины в ВНИИКр нефти разработан экспресс-метод с использованием формулы

Размягчение породы приводит к потере устойчивости стенок скважин, их размыванию и обвалам.

Под размоканием понимают [16] предельную степень на­бухания, когда порода при увлажнении полностью распадается на составные элементы. Слабосвязанные породы со слабогидро­фильными частицами (например, лессы) размокают ("тают") в воде очень быстро, гидрофильные глины - медленно, превраща­ясь в бесформенную массу, чаще всего в густую суспензию. Ос­новную роль в размокании играет гидратация частиц, когда при значительной толщине гидратных пленок межмолекулярные си­лы между частицами снижаются до нуля. В некоторых случаях имеет место растворение цемента.

Способностью к размоканию обладают не только глины, но и твердые микротрещиноватые породы и породы с глинистым цементом.

Процесс распада (размокания) агрегатов глины на тонкую фракцию носит название диспергирования или пептизации. Этим свойством обладает большинство глин.

Глины, содержащие поливалентные электролиты (напри­мер, морские глинистые осадки в свежем невыветрелом состоя­нии) в воде не размокают и не диспергируют, а только размягча­ются.

Диспергирование характерно для тонкодисперсных глин. Процесс диспергирования глин аналогичен процессу растворения солей. Под воздействием воды происходит гидратация глинистых частиц и последующее диффундирование гидратов в буровой раствор.

Диспергирование глины при бурении вызывает ряд ослож­нений, таких, как снижение прочности пород, кавернообразование и ухудшение качества промывочной жидкости.