20.3. Мероприятия по встрече неустойчивых глинисмтых пород.

Чаще всего пласты имеют небольшую мощность, и глины расположены в зоне выветривания в верхних горизонтах земной коры. Бурение таких глин особых осложнений не вызыва­ет. Осложнения обычно вызывают глины большой мощности, расположенные на значительной глубине: глины, приуроченные к водоносным пластам, глины, образованные в результате вывет­ривания аргиллитов невысокой твердости и т.д.

Для предупреждения осложнений прежде всего важно своевременно установить приближение забоя к осложненной зо­не и определить кровлю пласта, а затем предусмотреть ряд меро­приятий по профилактике осложнений.

Как известно, на каждой буровой вывешивают тщательно разработанный на основе ранее пробуренных скважин геолого-технический наряд (ГТН). В геологической колонке ГТН указы­вают пласты осложненной зоны и маркирующие горизонты (рас­положенные вблизи осложненной зоны и имеющие особые при­знаки, позволяющие выделить этот пласт среди остальных). Ря­дом с проектной геологической колонкой после перебуривания вышележащих пластов наносят фактический разрез, который служит для корректировки проектного разреза. Для составления более точного фактического разреза при бурении скважин регу­лярно ведут контрольные замеры ее глубины, при необходимости замеряют искривление скважин.

Вскрытие кровли осложненной зоны определяют по изме­нению механической скорости бурения, расходу мощности дви­гателя, крутящего момента, изменению давления бурового насо­са и цвета промывочной жидкости. Б.Б.Кудряшов и А.М.Яковлев рекомендуют прогнозировать встречу набухающих глинистых пород по росту содержания в промывочной жидкости монтморилонита [8].

Осложнения: набухание, зашламовывание, обвалы пород, сальникообразование, прихваты бурового снаряда определяют по резкому повышению крутящего момента и расходу мощности двигателя, повышению давления промывочной жидкости и сни­жению ее расхода.

20.4. Технолдогия бурения глинистых пород

Выбор забойного снаряда. При бурении глинистых по­род так же, как и при бурении мягких рыхлых пород применяют снаряды бескернового бурения, одинарные колонковые снаряды и снаряды с гидротранспортом керна.

Снаряды СББ наиболее эффективны, используют их для бурения верхних горизонтов при детальной разведке и хорошо изученном разрезе. В остальных случаях применяют снаряды ОКС и СГК, снаряды бескернового бурения.

В качестве породоразрушающего инструмента при бескер-новом бурении используют лопастные или шарошечные долота в одинарном колонковом снаряде, по набухающим породам для предотвращения "зажима" колонковой трубы - ребристые корон­ки типа М-5, М-6, а для бурения снарядами СГК - коронки КГ-93МС.

Выбор промывочной жидкости. Бурение верхних горизон­тов долотами на форсированных режимах ведут с промывкой чистой водой, бурение коронками - всухую или водой с малым расходом промывочной жидкости и ограниченной длиной рейса 0,5-0,7 м.

При бурении на глубине значительных по длине интерва­лов производят более тщательный выбор промывочной жидкости в зависимости от водно-физических свойств глинистой породы. Предварительно исследуют эти свойства: влажность, набухаемость, размягчаемость, размокаемость, диспергируемость.

Промывку скважин в плотных глинах эффективнее произ­водить полимерными и еще лучше полимеркалиевыми раствора­ми с активными ингибиторами набухания (калий) и диспергиро-вания (полимеры: КМЦ, ПАА и др.). Калий способствует нейтра­лизации заряда глинистых частиц, а полимер образует гидрофоб­ную пленку на стенках скважины и таким образом предотвращает диспергирование глины.

Полимеркалиевые растворы имеют низкие значения СНС. Для их повышения в случае необходимости (например, при нали­чии тяжелого шлама) в раствор добавляют бентонитовую глину.

Достаточно широко используют в практике бурения поли­мер-кальциевые растворы (хлоркальциевые, известковые, гипсо­вые).

Хлоркальциевые растворы менее эффективны, так как хло­ристый кальций хорошо диссоциирует в воде с образованием большого количества двух валентных ионов Са²⁺. Значительное количество в растворе поливалентных катионов вызывает интен­сивное диспергирование глинистой породы. По этой причине промывать скважину хлоркальциевыми растворами не рекомен­дуется. Лучше использовать известковые или гипсовые растворы.

Гашеная известь и гипс трудно растворяются в воде, поэтому в растворе образуют незначительное количество ионов Са²⁺ (0,07-0,08%).

Гипсовые растворы имеют большую термостойкость и ус­тойчивость к сульфатокальциевой агрессии, поэтому они вытес­няют известковые растворы.

Применение кальциевых растворов снижает набухание и размягчение уплотненных глин, однако они значительно повы­шают вязкость раствора, на стенках скважин образуется толстая глинистая корка, способная вызвать прихват бурового снаряда. Для снижения вязкости и повышения термостойкости в раствор добавляют феррохромлигносульфонаты.

Когда калиевые и кальциевые растворы оказываются не­достаточно эффективными, используют калиево-гипсовые и калиево-известковые растворы. Добавлением в известковый или гипсовый растворы хлористого кальция можно увеличить содер­жание ионов Са²⁺ до 0,12%. Такие полимер-полисолевые раство­ры способствуют более эффективному креплению стенок сква­жин во влажных глинах.

Промывку скважин в плотных малонабухающих и слабодиспергирующих глинистых породах можно проводить нормаль­ным глинистым раствором и даже водой.

Более сложно осуществить бурение неуплотненных пород, особенно насыщенных водой (малой уплотненности). Для про­мывки скважин в интервалах неуплотненных глин рекомендуется использовать крепящие полимерполисолевые растворы, имею­щие в своем составе электролиты как гидрофильные, весьма подвижные ионы (К⁺ , Na⁺ , Са²⁺ ), проникающие по порам глины на значительную глубину, так и глинофильные ионы, активно взаимодействующие с глиной и поэтому не способные проникать глубоко в поры породы, но способные нейтрализовать и сшивать глинистые частицы вблизи контакта глины с промывочной жид­костью (Mg 2⁺, SiO₃^2-), образуя слой модифицированной весьма прочной породы.

Большой эффект дают растворы, имеющие несколько ти­пов солей с сшивающими ионами (например бишофит, жидкое стекло, хромпик).

Сильно обводненные глины (в текучем или скрытотекучем состоянии) плотностью 1810-2300 кг/м³ перебуривают утяжеленными (до 1350 кг/м ) растворами того же состава (в натриевых монтморилонитовых глинах иногда используют хлоркальциевые растворы).

Можно применять и охлажденные растворы с целью зам< раживания стенок скважин и керна.