Свойства глинистых растворов зависят от содержания в них глинистых частиц и их размеров.

Глинистые растворы, приготовленные из качественных глин с малым содержанием или полным отсутствием солей, обладают свойствами коллоидных растворов. В коллоидном растворе частицы состоят из многих молекул, и качество его зависит от степени раздробленности растворенных частиц. Чем мельче они раздроблены, тем дольше коллоидный раствор сохраняется, не изменяя своих свойств. Коллоидный глинистый раствор, находясь в состоянии покоя, постепенно превращается в густую массу, которая при перемешивании или движении снова становится жидкостью. Это свойство раствора называют тиксотропией. Тиксотропные свойства глинистого раствора имеют большое практическое значение.

При прекращении циркуляции раствор загустевает и частицы выбуренной породы остаются во взвешенном состоянии, что предохраняет буровой снаряд от прихвата.

Однако при большой тиксотропии увеличивается вязкость глинистого раствора, затрудняется прокачка его буровым насосом и ухудшается очистка раствора от частиц выбуренной породы. Поэтому глинистый раствор должен обладать такой тиксотропией, при которой он легко превращается в подвижную жидкость во время прокачки и быстро восстанавливает первоначальную структуру (студенистую массу) при прекращении циркуляции.

При бурении слабосвязных пористых пород существенное значение имеет способность глинистого раствора глинизировать (кольматировать) стенки скважины.

Процесс глинизации проходит следующим образом. Под гидростатическим давлением столба жидкости в скважине свободная вода из циркулирующего глинистого раствора фильтруется через пористые породы стенок скважины. Мелкие частицы глины вместе с водой проникают в поры и трещины породы, а более крупные остаются на поверхности стенок скважины, образуя глинистую корку.

Растворы, содержащие крупные частицы породы, то есть малоколлоидные, образуют на стенках скважины рыхлую корку, сужая ее ствол. Малоустойчивая глинистая корка часто обрушивается со стенок скважины, нарушая устойчивость слабосвязных пород и образуя сальники. Все это может привести к прихватам бурового снаряда.

Коллоидный глинистый раствор создает на стенках скважины тонкую, но очень плотную и устойчивую корку, через которую вода из раствора почти не фильтруется. Она укрепляет стенки скважины и позволяет бурить большие интервалы неустойчивых, слабосвязных пород без крепления их обсадными трубами.

Плотность, вязкость, содержание песка и водоотдача определяют качество глинистых растворов.

Плотность у — это масса 1 см3 раствора в граммах (г/см3). Плотность глинистого раствора характеризует концентрацию глины в растворе и определяет гидростатическое давление промывочной жидкости на забой и стенки скважины. Глинистый раствор должен иметь плотность 1,05…1,30 г/см3, в зависимости от буримых пород.

В полевых условиях плотность глинистого раствора измеряют ареометром АГ-2. На цилиндрической части поплавка ареометра нанесены две градуированные шкалы, по левой измеряют плотность от 0,9 до 1,7, а по правой — от 1,6 до 2,4 г/см3.

При определении плотности глинистого раствора левой рукой держат стакан, а правой снимают поплавок, закрепленный при помощи двух штифтов. Затем в стакан наливают глинистый раствор до контрольных отверстий, прикрепляют поплавок к стакану и, смыв с поверхности ареометра глинистый раствор, погружают его в ведро с чистой пресной водой. По левой шкале ареометра делают отсчет. Деление, до которого погрузился ареометр, соответствует плотности глинистого раствора.

Если ареометр опустился ниже деления 1,7 на левой шкале, то его вынимают, отвинчивают грузик и вновь опускают в ведро с водой. В этом случае для снятия отсчета показаний плотности пользуются правой шкалой.

После определения плотности раствора ареометр разбирают, промывают водой, протирают или просушивают и вновь собирают, не забыв привинтить грузик.

Правильность показаний ареометра проверяют измерением плотности воды, заливая в стакан вместо глинистого раствора пресную воду. Исправный ареометр, погруженный в ведро -с водой, должен показывать на левой шкале единицу.

Условная вязкость характеризует способность глинистого раствора выносить частицы разбуренной породы (шлам) с забоя и удерживать их во взвешенном состоянии при остановке циркуляции.

Истинную вязкость в полевых условиях замерить трудно, так как необходимы специальные приборы. Поэтому вязкость глинистого раствора при бурении условно измеряют временем (с) истечения определенного объема раствора через калиброванную трубку соответствующего диаметра.

Рис. 1. Приборы для контроля глинистого раствора:
а — ареометр АГ-2: 1 — градуированная шкала; 2 — поплавок; 3 — стакан; 4 — съемный грузик; б — стандартный полевой вискозиметр СПВ-5 с мерной кружкой: 1 — воронка; 2 — насадок; 3 — мерная кружка; 4 — сетка; в —отстойник ОМ-2: 1 — стаканчик вместимостью 50 см; 2 — металлический цилиндр вместимостью 500 см3; 3 — стеклянная мензурка; г — прибор для определения водоотдачи ВМ-6: 1 — кронштейн; 2 — узел напорного цилиндра; 3 — фильтрационный стакан.

Условную вязкость раствора определяют стандартным полевым вискозиметром СГ1В-5, к которому прилагается мерная кружка 3, разделенная перегородкой на две части объемом 200 и 500 см3, сетка 4 и секундомер. Для определения вязкости указательным пальцем закрывают отверстие трубки вискозиметра и наливают через сетку в воронку из кружки сначала 500, потом 200 см3 глинистого раствора. Затем под воронку подставляют кружку с той стороны, где вместимость 500 см3, и отнимают палец от отверстия трубки, одновременно включая секундомер. Когда мерная кружка наполнится, отверстие трубки закрывают пальцем и останавливают секундомер. Время наполнения (с) определяет условную вязкость глинистого раствора.

Обычно используют глинистые растворы с условной вязкостью от 18 до 35 с. При бурении по трещиноватым породам вязкость раствора доводят до 40…50 с и более, вплоть до состояния «не течет».

Вискозиметр периодически проверяют, наливая в него вместо глинистого раствора чистую воду. У исправного вискозиметра время истечения из воронки 500 см3 воды 15 с. После определения вязкости глинистого раствора вискозиметр промывают чистой водой, а трубку продувают.

Содержание песка в глинистом растворе характеризует загрязненность раствора песком и частицами разбуренных пород. Примесь песка и других крупных инертных частиц снижает качество глинистого раствора. Со^ держание песка в глинистом растворе увеличивается во время бурения, особенно при прохождении песков и пес-, чаников, в результате обогащения раствора частицами разбуренной породы.

Большое содержание песка в глинистом растворе увеличивает износ деталей насоса, вертлюга и бурильных труб, а также приводит к прихвату бурового снаряда. Содержание песка () в глинистом растворе определяют с помощью отстойника ОМ-2. Для определения содержания песка в отстойник из стаканчика 1 заливают 50 см3 глинистого раствора, а затем 450 см3 чистой воды до уровня отверстия в верхней части отстойника. Закрыв отстойник крышкой, его энергично встряхивают и ставят вертикально, одновременно включив секундомер. Через 1 мин по делениям мензурки 3 находят объем осадка (см3), удвоенный объем которого дает содержание песка в глинистом растворе, выраженное в процентах к объему пробы промывочной жидкости. Содержание песка в глинистом растворе должно быть не более 4.

После определения содержания песка отстойник промывают чистой водой.

Водоотдача показывает способность глинистого раствора отдавать свободную воду пористым породам, в результате чего на их поверхности образуется глинистая корка и происходит глинизация стенок скважины. При высокой водоотдаче раствора снижается устойчивость стенок скважины. Глинистые растворы с низкой водоотдачей обеспечивают безаварийное бурение и способствуют в дальнейшем успешной разглинизации водоносных горизонтов. Глинистый раствор с низкой водоотдачей получают из качественной, хорошо измельченной глины и мягкой воды.

Водоотдача измеряется объемом воды, отфильтровав-шимся в течение 30 мин из 100 см3 глинистого раствора через бумажный фильтр под избыточным давлением 10 Па. Как правило, для бурения используют глинистый раствор с водоотдачей не более 25 см3 за 30 мин.

Глинистый раствор, применяемый для вскрытия водоносного горизонта, намеченного к последующей эксплуатации, должен иметь водоотдачу не более 10 см3 за 30 мин. В осложненных условиях бурения по рыхлым, неустойчивым, а также набухающим породам для предупреждения обвалов и прихватов снаряда водоотдачу глинистого раствора снижают химической обработкой до 5…6 и даже 2…3 см3 за 30 мин.

Водоотдачу обычно измеряют прибором ВМ-6 в лабораторных условиях при централизованном снабжении буровых установок глинистым раствором. Качество глинистых растворов контролируют также с помощью передвижной лаборатории ЛГР-2, размещенной в специальном автобусе KA3-663, установленном на шасси грузового автомобиля ГАЗ-63Е повышенной проходимости. Лаборатория оборудована водопроводом, электроосвещением, лабораторным и письменным столами, а также различными приборами и приспособлениями.

Рис. 2. Гидравлический смеситель:
1 — наконечник нагнетательного шланга; 2 — шланг нагнетательный; 3 — хомут; 4 — кран перепускной; 5 — решетка; 6 — смеситель; 7 — отводной патрубок; 8 — основание; 9 —- насадок; 10 — труба; 11 — распылитель; 12 — корпус распылителя.

Приготовление глинистого раствора непосредственно на скважине может быть проведено гидравлическим или механическим способом.

При гидравлическом способе приготовления глинистого раствора применяют специальные гидросмесители. Вода к глиносмесителю, подаваемая буровым насосом по нагнетательному шлангу, направляется в смеситель и, вырываясь с большой скоростью из насадка, перемешивается с порошковой глиной, которую засыпают через решетку в смеситель, где она увлажняется воч дой, подаваемой из распылителя.

Механический способ заключается в перемешивании порошковой или комковой глины с водой в глиномешалках. Механические глиномешалки бывают вертикальные и горизонтальные, одно- и двухвальные вместимостью от 0,3 до 4 м3. Привод глиномешалки осуществляется от электродвигателей или от трансмиссии буровой установки с помощью плоскоременных или клиноременных передач.

При бурении скважин на воду чаще пользуются горизонтальными двухвальными глиномешалками ГМЭ-0,75 вместимостью 0,75 м3. Глиномешалка представляет собой овальной формы барабан, внутри которого вращаются в разные стороны два параллельно расположенных вала с закрепленными на них стальными лопатками, перемешивающими глину с водой. В работу глиномешалка приводится от электродвигателя мощностью 2,8 кВт через клиноременную передачу. Корпус глиномешалки и электродвигатель смонтированы на общей раме.

Рис. 3. Глиномешалка ГМЭ-0,75:
1 — барабан; 2 — люк; 3 —лопасти; 4 — электродвигатель; 5 — клиноременная передача; 6 — рама.

вала, в глиномешалку доливают воду до загрузочного люка. Для получения необходимого качества в приготавливаемый раствор периодически добавляют химические реагенты. По окончании замешивания выключают привод глиномешалки, берут пробу раствора и определяют основные его параметры. Приготовленный и опробованный раствор сливают в приемную емкость. Во время работы глиномешалки запрещается проталкивать глину в ее люк, снимать решетку и брать пробу раствора через люк.

Плотность глины в неразрушенном состоянии изменяется от 2,2 до 2,8 т/м3, а в раздробленном — от 1,65 до 1,9 т/м3, плотность пресной воды равна 1 т/м3, морской — 1,03 т/м3.

Разделив массу глины, подсчитанную по формуле, на ее плотность в раздробленном состоянии, можно получить расход комковой глины (м3) на 1 м3 раствора.

Пример. Определить необходимый расход глины в раздробленном состоянии и пресной воды для приготовления 1 м3 глинистого раствора плотностью 1,1 т/м3. Плотность глины для приготовления раствора в неразрушенном состоянии 2,6 т/м3, в раздробленном — 1,9 т/м3.

Масса глины в неразрушенном состоянии равна mr=2,6(1,1— —1,0)/2,6— 10»0,16т.

Расход глины в раздробленном состоянии Qr=0,16 : 1,9 = 0,084 м3.

Расход воды QB= 1—0,084=0,916 м3=916 л.

Очистка глинистого раствора от шлама (частиц разбуренной породы) осуществляется циркуляционной системой, обеспечивающей замкнутое движение промывочной жидкости при бурении скважины.

Длина желобов циркуляционной системы, предназначенных для очистки промывочной жидкости и транспортирования ее от устья скважины к отстойникам и приемной емкости, должна составлять 15…20 м. Для лучшей очистки раствора по дну желоба через 1,5…2 м устанавливают перегородки высотой 15… 18 см. Из желобов раствор поступает в отстойники, где он окончательно очищается от шлама.

Желоб циркуляционной системы и отстойник необходимо регулярно чистить.

В процессе бурения систематически проверяют качество глинистого раствора, отбирая 2…3 раза в смену пробы входящего и выходящего из скважины раствора, и в полевых условиях измеряют плотность, вязкость раствора и содержание песка в нем.

При прохождении мощных пластов глин глинистый раствор обогащается частицами глины, увеличивая свою вязкость и плотность. В этом случае выходящий из скважины раствор разбавляют чистой водой.

Обработка химическими реагентами глинистого раствора проводится для получения необходимого качества его и сохранения свойств при бурении. Химическая обработка глинистых растворов может быть первичной и вторичной.

При первичной обработке раствору придают свойства, необходимые для бурения в конкретных условиях, при вторичной восстанавливают свойства раствора, утраченные при бурении (влияние растворимых пород, минерализованных вод и других факторов).

Глинистый раствор при бурении скважин на воду обрабатывают следующими химическими реагентами и их смесями.

Кальцинированная сода (Na2C03)—порошок белого цвета, применяется для обработки растворов, приготовленных из низкосортных местных глин, для снижения жесткости воды, а также защищает раствор от влияния солей кальция.

В концентрации 1… 1,5 % ее можно использовать для уменьшения водоотдачи и толщины глинистой корки, 3… 3,5% — для повышения вязкости и прочности структуры раствора. Дальнейшее увеличение концентрации кальцинированной соды в растворе приводит к резкому снижению его вязкости и возрастанию водоотдачи. Добавляют кальцинированную соду в циркулирующий раствор в виде водного раствора 10… 15 %-ной концентрации. Допускаемая дозировка —3…10 кг на 1 м3 раствора. Оптимальная концентрация кальцинированной соды в глинистом растворе для конкретных условий определяется опытным путем.

Каустическая сода (NaOH), или едкий натр, представляет собой плотное твердое вещество белого цвета с зеленоватым оттенком. Перевозят ее массой по 200 кг в бочках или в жидком виде в цистернах. Каустическая сода обладает большей щелочностью, чем кальцинированная. Она очень опасна, так как разъедает кожу и одежду, поэтому при работе с ней надевают предохранительные очки и резиновые перчатки.

На глинистый раствор каустическая сода действует аналогично кальцинированной. Добавляют ее в циркулирующий глинистый раствор в жидком виде (плотность 1,4…1,5 г/см3), 2…5 л на 1 м3 раствора.

Жидкое стекло (Na20-nSi02) — коллоидный раствор силиката натрия, вязкая жидкость желто-серого цвета. Применяют для повышения вязкости глинистого раствора. Жидкое стекло вливают в глинистый раствор, тщательно перемешивая, из расчета 20…30 кг на 1 м3 раствора. При добавлении жидкого стекла плотность глинистого раствора значительно увеличивается.

Углещелочной реагент (УЩР) приготовляют из измельченного сухого бурого угля, каустической или кальцинированной соды и воды.

На месте проведения буровых работ УЩР готовят так. В глиномешалку на половину ее объема заливают воду, загружают соду и, включив привод, при перемешивании засыпают уголь. Через 2 ч доливают воду до полного объема и перемешивают еще 20…30 мин. Затем готовый реагент сливают в емкость и выдерживают 24 ч. Обычно на 1 м3 воды засыпают 20 кг соды и 200 кг угля.

Жидкий углещелочной реагент 5…20 %-ной концентрации вливают в циркулирующий глинистый раствор. УЩР в виде пасты вводят в глиномешалку при приготовлении глинистого раствора. Дозировка УЩР при обработке глинистого раствора 20…25 % по массе от объема глинистого раствора.

Торфощелочной реагент (ТЩР) состоит из торфа, каустической соды и воды. Соотношение составных частей, способ приготовления и дозировка аналогичны углеще-лочному реагенту.

Углещелочные и торфощелочные реагенты снижают водоотдачу, вязкость и повышают стабильность глинистых растворов.

Сульфитспиртовая барда (ССБ). В состав реагента входят 20…40 % сульфитспиртовой барды (расчет на сухую массу) и 3…6 % сухого едкого натра (каустической соды) по массе от объема-реагента.

Сульфитспиртовую барду выпускают в виде кусков или раствора 50 %-ной концентрации (плотность 1,2… 1,3 г/см3).

Реагент из ССБ готовят в глиномешалке в течение 1 5…2 ч и вливают в циркулирующий глинистый раствор. Обычно к 1 м3 глинистого раствора добавляют 50…100 л реагента. Реагент, приготовленный из ССБ, применяют для снижения водоотдачи глинистого раствора при загрязнении его минеральными водами или при бурении пород, содержащих растворимые соли.

Глинистые растворы при бурении в осложненных условиях (поглощение промывочной жидкости и обвалы стенок скважины в сыпучих, рыхлых и сильнотрещиноватых породах), затрудняющих бурение скважины и способствующих возникновению аварий, обрабатывают химическими реагентами.

По интенсивности поглощения глинистого раствора во время бурения различают три вида поглощения: слабое, среднее и сильное, или катастрофическое.

При слабых поглощениях расход глинистого раствора, выходящего из скважины, меньше закачиваемого в скважину, при средних раствор вообще не выходит из скважины и уровень его держится ниже устья скважины, а при сильных, или катастрофических, глинистый раствор быстро поглощается из скважины, иногда с шумом.

Основные меры борьбы с осложнениями — промывка скважин специальными глинистыми растворами. Если бурят в водоносном горизонте, намеченном к эксплуатации, то глинистый раствор обрабатывают кальцинированной или каустической содой. Жидкое стекло, известь и цемент для увеличения вязкости раствора применять не рекомендуют, так как это может повысить глинизацию водоносного пласта.

При сильном поглощении в скважину закачивают глиноцементные смеси (гельцементы — смесь тампонаж-ного цемента с глинистым раствором, соотношение между которыми подбирают опытным путем). Ориентировочно к 1 м3 глинистого раствора плотностью 1,1… 1,2 г/см3 добавляют 0,8…1 т портландцемента.

При катастрофическом поглощении промывочной жидкости используют быстросхватывающие .смеси (БСС). Их готовят из тампонажного цемента, глинистого раствора и реагентов (жидкого стекла и каустической соды). При увеличении содержания в БСС жидкого стекла повышается густота смеси и сокращаются сроки ее схватывания. Каустическая сода также способствует сокращению времени схватывания смеси и разжижает ее. Доза компонентов, входящих в БСС, зависит от качества цемента и глины, а также от конкретных условий применения смеси. Например, она может быть следующей: 980…1 100 кг тампонажного цемента; 450…500 л глинистого раствора плотностью 1,2 г/см3; 35…120 л жидкого стекла; 75…120 л каустической соды плотностью 1,3 г/см3; 50… 100 л воды.

Через 20…35 мин после приготовления быстросхваты-вающая смесь теряет подвижность, а через 1… 1,5 ч затвердевает.

Быстросхватывающую смесь закачивают в скважину через бурильную колонну с последующей промывкой ее глинистым раствором. Чтобы до закачки в скважину смесь не схватывалась, необходимо хорошо организовать и быстро провести как ее приготовление, так и закачку.

Гельцементы и быстросхватывающие смеси нельзя применять при бурении водоносных пластов, намечаемых к эксплуатации.

Для борьбы с обвалами скважину промывают глинистыми растворами, обладающими минимальной водоотдачей и повышенной плотностью. Водоотдачу глинистых растворов снижают (до 3…5 и даже 1…2 см3 за 30 мин) обработкой их химическими реагентами. Плотность глинистого раствора до 1,5…1,6 г/см3 повышают путем увеличения количества глины в растворе.

Породы, склонные к обрушению, бурят за минимально возможный срок, закрепляя скважину колонной обсадных труб, что обеспечивает дальнейшую углубку ее без осложнений.

Для предупреждения самоизлива’воды из скважины при вскрытии водоносного горизонта с пластовым давлением, превышающим гидростатическое (давление столба жидкости в скважине), применяют глинистые растворы с большой плотностью (до 2,5 г/см3). Плотность глинистых растворов увеличивают добавлением к ним утяжелителей (тонкоизмельченные порошки тяжелых минералов и других веществ с высокой плотностью) .

При бурении на воду используют следующие утяжелители: барит (BaSCU) — порошок белого или светлосерого цвета плотностью 3,5…3,9 г/см3, магнетит /рСз04) — порошок черного цвета плотностью 4,2… 4 4 г/см3, гематит (Fe203) —порошок красно-бурого цвета плотностью 4,3…4,6 г/см3, колошниковую пыль —отход доменного производства плотностью 4…4,4 г/см3. Добавление порошка-утяжелителя в глинистый раствор повышает его вязкость и водоотдачу. Поэтому при приготовлении утяжеленного глинистого раствора в него одновременно вносят химические реагенты, снижающие вязкость и водоотдачу.

Утяжеленный глинистый раствор обычно готовят в глиномешалке интенсивным перемешиванием в течение 20…30 мин. Перед засыпкой в глиномешалку утяжелитель смачивают водой или реагентом, чтобы пузырьки воздуха не попадали в раствор.

Учитывая высокую стоимость утяжелителей, обработанный утяжеленный глинистый раствор желательно регенерировать, то есть удалить из раствора утяжелитель для последующего употребления. Регенерацию утяжелителя проводят с помощью гидроциклонов.

Промывочную воду используют для бурения скважин в устойчивых твердых породах. Ее применение повышает механическую скорость бурения, уменьшает износ долота, бурильных труб, буровых насосов и другого оборудования и исключает глинизацию водоносных горизонтов, подлежащих эксплуатации.

Главное условие для эффективного бурения скважин с промывкой водой — достаточная скорость циркуляции воды в затрубном пространстве для выноса выбуренной породы на поверхность.

В случае прихватов долота увеличивают подачу воды в скважину или периодически ее промывают при холостом вращении бурового снаряда (без углубки скважины). Если при промывке водой прекращается ее выход на поверхность, то есть нарушается циркуляция, бурение продолжают только в том случае, когда вся или большая часть выбуренной породы (шлама) поглотится вместе с водой трещинами и кавернами. При этом вода в достаточном количестве и беспрерывно должна подаваться на забой.

При образовании на забое осадка шлама буровой снаряд периодически поднимают из скважины, а забой очищают от шлама желонкой или эрлифтной прокачкой.

В ряде случаев для вскрытия водоносных горизонтов, представленных рыхлыми песчаными отложениями, также можно использовать воду в качестве промывочной жидкости. Непременное условие при этом — поддержание уровня воды на устье скважины. Для этого на буровой площадке должен быть достаточный для этих целей объем воды. Скорость восходящего потока воды должна обеспечивать вынос песчаных частиц с забоя, во избежание прихвата бурового снаряда.

Особенность технологического режима при этом—-тщательная промывка скважины перед наращиванием бурового снаряда, бурение с частотой вращения снаряда не более 2 с-1, работа лебедки при спуско-подъемных операциях на 1-й скорости, использование долот лопастного типа.

Распадающаяся промывочная жидкость на основе технического крахмала предназначена для бурения скважин на воду роторным способом в слабонапорных водоносных горизонтах, представленных тонко- и мелкозернистыми песками. Отличительная особенность раствора— способность со временем терять свою первоначальную вязкость и водоотдачу и приобретать свойства воды. Таким образом, применение ее вместо глинистого раствора позволяет отказаться от длительных и дорогостоящих работ по разглинизации скважин, получить после бурения расчетные дебиты, сохранить водопроницаемость пород.

Распадающийся раствор состоит из воды и модифицированного крахмала. Его добавляют к воде в количестве 4…5% по массе, то есть на 1 м3 воды 40…50 кг сухого порошка. В целях экономии крахмала можно использовать водный раствор, содержащий 3% бентонитовой глины.

Крахмал выпускают Кабардинский крахмальный завод и Бесланский маисовый комбинат Министерства пищевой промышленности согласно ТУ-18-РСФСР-91—74 под маркой «Крахмал модифицированный (для бурения)». Его поставляют в матерчатых мешках массой по 20…40 кг. Хранят крахмал в сухом месте. По внешнему виду модифицированный крахмал отличается от пищевого визуально он похож на несколько более крупнозернистое вещество и напоминает скопление кристаллов. Приготовленный раствор распадается через 3…4 сут. Для ускорения распада раствора и перехода его в жидкость со свойствами воды можно применять препарат амилосубтилин. Его добавка по весу к сухому крахмалу составляет 0,02…0,03 %.

Амилосубтилин выпускает пищевая промышленность под маркой ГЗх-1 согласно ОСТ 5929—72. Он представляет собой порошок светло-коричневого цвета. Как и крахмал, амилосубтилин не имеет противопоказаний к применению в скважинах питьевого назначения. Препарат хорошо растворим в воде. Амилосубтилин поставляют в полиэтиленовых или бумажных мешках. Хранят препарат в сухом помещении при температуре не выше 25°С. Гарантийный срок хранения препарата 6 месяцев со дня изготовления. После этого срока наступает постепенное снижение его активности, что необходимо учитывать при использовании.

Введение в раствор амилосубтилина практически устраняет вязкость в течение 6 ч. Его можно вводить в раствор крахмала, исходя из конкретных условий производства работ.

Параметры раствора определяют приборами, которые применяют для анализа глинистого раствора. В полевых условиях непосредственно на буровой наиболее приемлем для этих целей ручной комплект ЛГР-3 (лаборатория глинистых растворов).

У крахмальных растворов определяют плотность, вязкость, водоотдачу, содержание песка.

Раствор с концентрацией крахмала 5 % имеет следующие параметры: плотность «1,00 г/см3, вязкость— 20 с по СПВ-5, водоотдача —12 см3 за 30 мин на ВМ-6. Раствор, содержащий 3% крахмала и 3% глины, обладает плотностью примерно 1,02 г/см3. Плотность можно изменять, вводя в раствор соль, что не влияет на вязкость и водоотдачу.

Раствор готовят непосредственно на буровой перед началом бурения скважины или вскрытия водоносного горизонта с помощью гидросмесителя. Можно его готовить и в глиномешалке; в этом случае для перемешивания раствора необходимо не менее 1 ч. При отрицательных температурах воздуха лучше использовать глиномешалки, так как при этом смерзание раствора будет меньше.

Для устранения утечек раствора из отстойников последние покрывают полиэтиленовой пленкой.

Объем приготовленного раствора подсчитывают, исходя из двойного геометрического объема скважины и потерь раствора в количестве 10% на поглощение W — —2,2V, где V—объем скважины, м3.

Пример. Для бурения скважины глубиной L=70 м, диаметром d=243 мм применяют раствор 5%-ный концентрации крахмала (50 кг/м3). Следовательно, объем раствора №=2,2mi2L/4=7 м3.

Для бурения необходимо израсходовать следующее количество сухого крахмала: Р=50х7 = 350 кг.

Процесс бурения скважин с применением распадающихся крахмальных растворов не отличается от процесса бурения с глинистым раствором. Однако перед остановками подачи раствора в первом случае скважину необходимо промывать более тщательно, так как раствор, содержащий крахмал, не обладая большим статическим напряжением сдвигу, плохо удерживает частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии.

Бурение необходимо производить с таким расчетом, чтобы сооружение скважины было закончено не позднее чем через 3…4 сут с момента приготовления раствора.

Если применяют ускоритель распада, его вводят в отстойник за 4…5 ч до предполагаемого окончания работ.

Раствор модифицированного крахмала наиболее целесообразно использовать для вскрытия водоносного горизонта, так как при бурении вышележащих пород происходит обогащение , промывочной жидкости глинистым коллоидом. Необходимо также иметь в виду, что в отстойнике наблюдается расслоение взвешенных крахмальных частиц. Однако при циркуляции раствора это явление быстро устраняется.

Водогипановая промывочная жидкость предназначена для вскрытия песчаных водоносных горизонтов. Жидкость представляет собой 5…6 %-ный раствор гипана в воде, Гипан поставляется промышленностью в виде 10…

15 %-ного водного раствора. Он хорошо растворим, длительное время сохраняет свои свойства, обладает необходимой вязкостью для образования эластичной корки на стенках скважины, которая легко смывается при промывках после завершения бурения. Водогипановый раствор имеет высокую способность к выносу шлама. Его готовят в глиномешалке ГМЭ-0,75. Время перемешивания 5… 10 мин, условная вязкость 5 %-ного раствора при 10 °С 28…30 с по СПВ-5. Циркуляционную систему следует устраивать с учетом глубины и диаметра бурения. При глубинах скважин свыше 50 м и диаметре более 190 мм на буровых сооружают два отстойника вместимостью 6…8 м3. Отстойники связывают с устьем скважины канавкой.

Частота вращения породоразрушающего инструмента диаметром до 243 мм должна составлять 3 с-1. При большем диаметре частоту вращения следует ограничивать до 1,8 с-1. Во всех случаях применения водогипанового раствора следует избегать обогащения его глинистым коллоидом, образующимся при бурении глин. Нельзя к нему добавлять порошковую или комковую глину. Это приводит к закупорке пор водоносного горизонта и осложнениям освоения пласта.

Меловую промывочную жидкость используют для вскрытия песчаных водоносных горизонтов. Жидкость представляет собой водный раствор мела (до 25%), углещелочного реагента (10%), жидкого стекла (4%) и поверхностно-активного вещества (0,5%). Используют также глиномеловые растворы, состоящие из мела (до 15%), глины (5%) и кальцинированной соды (0,2%). Указанные растворы обладают хорошей транспортирующей способностью, образуют плотную корку на стенках скважины. Для ликвидации корки применяют раствор соляной кислоты. С этой целью по окончании бурения скважины ее обрабатывают 10…15%-ным раствором соляной кислоты, что приводит к растворению меловой составляющей и последующему распаду самой корки.

—

Промывка скважин — важнейший элемент технологического процесса при вращательном бурении. От нее зависит скорость проходки и возможность успешного доведения скважины до проектной глубины.

Промывочной жидкостью, закачиваемой в скважину, осуществляется:
1) очистка забоя от частиц выбуренной породы;
2) охлаждение нагревающегося при работе породоразру-шающего инструмента;
3) обеспечение устойчивости стенок скважины, предупреждение их от обрушения и вспучивания;
4) уравновешивание высокого пластового давления путем обеспечения соответствующего гидростатического давления;
5) облегчение разрушения породы на забое за счет физико-химического воздействия на нее;
6) смазывание трущихся о стенки скважины частей бурового снаряда;
7) привод в действие гидроударников и турбобуров.

При бурении скважины промывочная жидкость должна циркулировать по замкнутому гидравлическому контуру.

Существуют три основные схемы циркуляции промывочной жидкости по скважине: прямая, обратная и комбинированная.

Прямая промывка заключается в том, что промывочная жидкость насосом подается к забою скважины через буровой снаряд и выходит на поверхность по кольцевому зазору между снарядом и стенками скважины.

Циркуляция жидкости по скважине может быть полной и неполной. При неполной циркуляции промывочная жидкость, поднимающаяся по скважине, поглощается одним из пересекаемых пластов и на поверхность не выходит.

При обратной промывке жидкость подается в скважину через кольцевой зазор между буровым снарядом и стенками скважины, а поднимается к поверхности по внутреннему каналу бурильной колонны. Устье скважины при этом необходимо герметизировать.

Обратная промывка применяется также при работе с двойной бурильной колонной. Промывочная жидкость в этом случае закачивается между трубами, а затрубное пространство в скважине перекрывается специальным сальником или заполняется глинистым раствором большой плотности. Дойдя до забоя, промывочная жидкость по внутренней колонне, бурильных труб поднимается к устью скважины.

Рис. 4. Схемы циркуляции промывочной жидкости:
1 — колонковый набор; 2 — бурильная колонна; 3 — емкость с промывочной жидкостью; 4 — буровой насос; 5 — водопоглощающий пласт; 6 — герметизатор; 7 — уплотнитель; 8 — наружная бурильная колонна; 9 — внутренняя бурильная колонна; 10 — куски керна; 11 — отсасывающий насос; 12 — емкость

Обратная промывка обеспечивает лучшую очистку забоя при меньшем расходе промывочной жидкости, способствует повышению выхода керна, а также позволяет осуществлять непрерывную транспортировку керна на поверхность по мере углубки скважины без подъема бурового снаряда.

Описанные схемы обратной промывки неприменимы при бурении трещиноватых пород, в которых теряется промывочная жидкость.

При бурении скважин для водоснабжения успешно применяется разновидность обратной промывки — всасывающая. Сущность ее состоит в том, что промывочная жидкость самотеком поступает в скважину из емкости и отсасывается из бурильных труб вместе с частицами разбуренной породы насосом (поршневым, центробежным, водоструйным) или эрлифтом.

Разновидность обратной промывки — местная (призабойная) циркуляция жидкости без выхода ее на дневную поверхность, используемая при безнасосном бурении, о котором сказано в главе IV.

Комбинированная схема циркуляции промывочной жидкости применяется обычно для повышения выхода керна. Сущность ее в том, что с помощью специальных устройств, эжекторных или эрлифтных снарядов прямая промывка в призабойной части скважины преобразуется в обратную.

В связи с многообразием геолого-технических условий, в которых приходится бурить скважины, различные по смыслу требования к промывке не могут быть удовлетворены какой-либо универсальной промывочной средой. Поэтому выбор промывочной жидкости для конкретных условий — важнейшее мероприятие, определяющее успешное бурение скважины, и осуществляется оно на основе анализа ожидаемых геолого-технических особенностей с учетом опыта, накопленного в аналогичных условиях.

В настоящее время для промывки скважин применяют:
1) техническую воду; 2) глинистые растворы; 3) специальные промывочные жидкости; 4) естественные промывочные жидкости на основе выбуренных пород.

Вода используется при бурении в устойчивых и неразмываю-щихся породах. Если доставка технической воды к скважине не ограничивается, возможно бурение в трещиноватых породах с частичной или даже полной потерей циркуляции. Применение воды в благоприятных условиях позволяет улучшить технико-экономические показатели бурения по сравнению с использованием других видов промывочной жидкости.

Глинистые растворы, закрепляющие стенки скважины одновременно с ее углубкой, применяют при бурении слабосвязных пород осадочного комплекса, а также нарушенных трещинами и перемятых кристаллических пород.

Специальные промывочные жидкости имеют целенаправленное назначение. К ним относятся солевые, меловые, эмульсионные, аэрированные, ингибированные, утяжеленные, полимерные буровые растворы и растворы на нефтяной основе.

При разведке месторождений минеральных солей во избежание растворения керна скважины бурят с промывкой водными растворами соответствующих солей.

В условиях многолетней мерзлоты по рыхлым, сцементированным льдом Породам бурят с промывкой охлажденными растворами поваренной соли.

Меловые растворы, обработанные химическими реагентами, целесообразно применять в процессе бурения водорастворимых неглинистых отложений при вскрытии минерализованных подземных вод.

Эмульсионные растворы широко используются при алмазном бурении с высокой частотой вращения снаряда. Высокие смазывающие свойства эмульсионных промывочных жидкостей позволяют снизить вибрацию, износ бурового снаряда и уменьшить затраты мощности на вращение колонны бурильных труб, повысить производительность бурения.

Аэрированные растворы — это вода или глинистый раствор, насыщенные воздухом. Они имеют пониженную плотность и применяются для борьбы с поглощением промывочной жидкости в скважине.

Ингибированные растворы применяют для предупреждения размокания и набухания пересекаемых скважиной глинистых пород, предотвращения перехода в промывочную жидкость частиц глины из пород, слагающих стенки скважины. В качестве ингибиторов, добавляемых в промывочную жидкость (вода или глинистый раствор), используют жидкое стекло, гипс, гашеную известь и хлористый кальций. Буровые растворы соответственно называют силикатным, сульфатным, известковым и хлоркальциевым.

Утяжеленные глинистые растворы используют при вскрытии пород с высоким пластовым давлением для предупреждения выбросов из скважины воды, нефти или газа.

В последние годы применяются промывочные жидкости на полимерной основе. При бурении по размокающим, набухающим, пучащимся породам и, как следствие, вызывающим обвалы, образование каверн, сужение ствола скважины, применяют малоглинистые растворы (МГР) с добавкой полиакрила-мида (ПАА).

При вскрытии водоносного горизонта, представленного песками, хорошо зарекомендовал себя водногипановый раствор (ги-пан-гидролизованный полиакрилнитрил).

Растворы на нефтяной основе приготовляют из дизельного топлива и известково-битумного порошка. Применяют такие растворы для повышения нефтеотдачи при вскрытии продуктивных горизонтов, а также для бурения в особо неустойчивых глинистых соленосных отложениях. Растворы на нефтяной основе уменьшают износ бурового инструмента, снижают затраты мощности на вращение бурильной колонны. При работе в зимних условиях эти растворы не замерзают.