В цилиндр наливают 100 см3 тщательно перемешенного раствора, закрывают его стеклянной пластинкой и оставляют в покое на 24 ч. По истечении суток замеряют количество воды, отстоявшейся в верхней части цилиндра. Величина суточного отстоя “Выражается в процентах к общему объему раствора. Для обычных глинистых растворов величина суточного отстоя колеблется в пределах 2—4% и не должна превышать 5%.

Вязкость раствора, под которой понимают внутреннее трениег проявляющееся между слоями жидкости. С повышением температуры жидкости вязкость уменьшается. Условно обозначается буквой Т.

При изучении свойств глинистых растворов было установлено, что вязкость растворов — величина переменная. Она постепенно изменяется в зависимости от скорости течения, степени разрушения структуры, состояния твердой фазы (количества твердой фазы в единице объема) и степени расщепления твердых частиц. Поэтому в бурении пользуются условными величинами вязкости, определяемыми при помощи стандартной полевой воронки типа СПВ-5 (стандартный полевой вискозиметр с трубкой внутренним диаметром 5 мм) по скорости прохождения струи через узкое калиброванное отверстие-

Вязкость раствора играет большую роль в бурении скважины. Глинистый раствор с малой вязкостью размывает стенки скважины и нередко служит причиной обвалов боковых пород. Слишком же вязкие растворы покрывают стенки грубой коркой, загрязняют скважину и затрудняют спуск инструмента и обсадных труб. Бурение с очень вязким раствором часто приводит к образованию плотных сальников, способствующих затяжке инструмента при подъеме.

Прибор СПВ-5 состоит из воронки 2 (рис. 88, а), заканчивающейся в нижней части калиброванной трубкой, сетки, предупреждающей засорение трубки крупными частицами породы, и кружки. Кружка имеет глухую перегородку, разделяющую ее объем на две неравные части 200 и 500 см3.

Перед измерением вязкости раствора воронка должна быть тщательно промыта чистой водой, а в верхнюю часть ее установлена сетка. Контроль за вязкостью раствора производится буровым мастером и выполняется следующим образом. Промытую водой воронку удерживают одной рукой, закрывают пальцем снизу отверстие калиброванной трубки и мерной кружкой наливают в воронку (через сетку) испытуемый раствор: сначала 200 см3, а затем еще 500 см3. Затем споласкивают в чистой воде отделение кружки объемом 500 см3, подставляют ее под воронку и, отнимая палец, наполняют отделение кружки в 500 см3 жидкостью из воронки. Одновременно пускают в ход секундомер. Секундомер останавливают после того, как отделение кружки в 500 см3 наполнится до края, и записывают время (сек), в течение которого жидкость прошла через трубку диаметром 5 мм. Время истечения 500 см3 раствора, отмеченное по секундомеру, характеризует вязкость испытуемого глинистого раствора. Например, 500 см3 жидкости вытекает из воронки за 20 сек, это означает, что вязкость раствора составляет 20 сек по СПВ-5.

По окончании замера выливают из воронки остаток раствора, промывают водой, хорошо прочищают калиброванную трубку деревянной палочкой и просушивают воронку, сетку и кружку.

Точность воронки следует периодически проверять по времени истечения через трубку воронки 500 см3 чистой воды (водное число), которое равно 15 сек. Если это время больше или меньше, вискозиметр неисправен и подлежит замене.

Рис. 1. Приборы для контроля параметров глинистого раствора.

Вязкость нормального глинистого раствора (в нормальных условиях бурения) должна быть в пределах 20 — 25 сек, в условиях обвалов и водо-проявлений — от 35 до 60 сек вплоть до состояния «не течет».

Водоотдачей глинистого раствора называется способность глинистого раствора отфильтровывать воду в поры и трещины пласта в процессе бурения скважины. Вода, проникая в породы, слагающие стенки скважины, может вызвать обвалы этих пород на забой, а такие породы, как глины, содержащие гипс и ангидрит, часто вспучиваются, осложняя нормальную работу в скважине. При ухудшении качества раствора, вызванном коагуляцией глинистых частиц, отфильтро-вывание воды в породы стенок скважины происходит особенно энергично. Водоотдача раствора условно обозначается буквой В.

Водоотдача нормального глинистого раствора должна быть в пределах 25—10 см3 за 30 мин. При бурении в породах пористых и трещиноватых, поглощающих промывочную жидкость, величину водоотдачи следует уменьшить до практически возможных пределов (5—3 см3 за 30 мин).

Определение величины водоотдачи производится в полевой лаборатории при помощи прибора ВМ-6.

После измерения величины водоотдачи в лаборатории определяют толщину сырой корки глинистых и других минеральных частиц, остающейся на фильтре. Корку осторояшо извлекают вместе с фильтром из прибора, отмывают слабой струей воды и кладут на стекло фильтром вверх. Затем погружают в корку до поверхности стекла металлическую линейку, разделенную на миллиметры, и определяют толщину корки. Толщина глинистой корки на стенках скважины зависит от величины водоотдачи раствора и не должна превышать 3 мм.

Корки толщиной от 1 до 3 мм являются эластичными и плотными, поэтому они препятствуют проникновению промывочной жидкости в поры и мелкие трещины породы и значительно повышают устойчивость пород песчано-глинистых толщ. Указанная толщина глинистых корок на стенках скважины не осложняет спуско-подъемные операции и циркуляцию промывочной жидкости в скважине.

Толстые рыхлые глинистые корки, образующиеся в результате высокой фильтрации жидкости, являются крайне непрочными. Они легко разрушаются при трении бурильных труб о стенки скважины в процессе бурения. Диаметр скважины при этом значительно уменьшается, а на бурильных трубах образуются сальники. В нормальных глинистых растворах толщина глинистой корки лежит в пределах 1—3 мм- уПри бурении в зонах обвалов или поглощений яшдкости толщина корки должна быть около 1 мм.

Под статическим напряжением сдвига понимают минимальное напряжение, которое необходимо для разрушения структуры глинистого раствора, когда последний находится в полном покое.

Как было указано выше, глинистый раствор, являясь вязко-пластичной жидкостью, обладает известной прочностью вследствие образования решетчатой структуры. Благодаря такой структуре минеральная частица пробуренной породы может находиться во взвешенном состоянии. Таким образом, статическое напряжение сдвига определяет прочность структуры глинистого раствора, возникающей при состоянии раствора в покое и разрушающейся при его течении. Оно выражается силой в миллиграммах, отнесенной к единице поверхности жидкости (мГ/см2).

Определение статического напряжения сдвига глинистого раствора в лабораториях полевых партий производится при помощи приборов СНС-2 и ГП-4. Замеры величины сдвига производят через 1 и через 10 мин нахол;дения раствора в покое после разрушения структуры (встряхивание и перемешивание). Величина статического напряжения сдвига условно обозначается буквой 6 (тэта).

В нормальных растворах величина статического напряжения сдвига 10—20 мГ/см2 при измерении через 1 мин и 20—50 мГ/см2 при измерении через 10 мин. В зонах обвалов и водопроявлений — 20—50 мГ/см2 через 1 мин и в зонах поглощений — не менее 100 мГ/см2 через 1 мин.

Содержание песка и нераспустившихся частиц шлама, находящихся во взвешенном состоянии в растворе, характеризует степень загрязненности промывочной жидкости и работу очистной системы в буровой (желоба, отстойники). Высокое содержание песка в растворе вызывает износ бурового инструмента и оборудования, а при прекращении работ в скважине приводит к образованию пробок на забое, осложняя процесс бурения. С целью сохранения высокого качества промывочной жидкости в процессе бурения содеримние песка в нормальном глинистом растворе не должно превышать 4%.

Пробы жидкости для определения содержания песка следует брать одновременно в устье скважины (в начале желобной системы) и в приемном чане промывочного насоса. Разность содержания песка в растворе в устье и приемном чане будет характеризовать работу очистной системы.

Контроль за содержанием песка в глинистом растворе выполняется буровым мастером и производится при помощи отстойника ОМ-2, снабженного кружкой объемом 50 см3 (в отстойнике ОМ-2 эту роль выполняет крышка прибора, емкость которой равна 50 см3).

Отстойник ОМ-2 состоит из металлического резервуара, емкостью 500 см3, в оправе нижней части которого имеется стеклянная бюретка с делениями через 0,1 см3.

В прибор наливают 50 см3 испытуемого глинистого раствора, доливают 450 см3 чистой воды (до контрольного отверстия), закрывают прибор крышкой, взбалтывают жидкость в приборе, после чего устанавливают прибор вертикально и оставляют его в состоянии полного покоя на 1 мин. Твердые частицы, осевшие за это время, скапливаются в стеклянной бюретке. По истечении 1 мин берут отсчет по верхней границе осевшего песка. Так как для определения содержания песка берется 50 см3 глинистого раствора, то при расчете содержания песка в процентах объем осевшего за 1 мин осадка следует умножить на 2. Например, количество осевшего песка в бюретке равно 4 см3, следовательно, содержание песка в глинистом растворе составляет 4 X 2 = 8%.

Содержание песка и нераспустившихся частиц породы в глинистом растворе условно обозначается буквой П.

Удельный вес характеризует концентрацию глинистых частиц в растворе и содержание в нем шлама. Удельным весом называется вес 1 см3 вещества, выраженный в граммах. Значениями удельного веса определяется величина гидростатического давления жидкости в скважине. Нормальные глинистые растворы для бурения в неослож-ненных условиях имеют удельный вес в пределах 1,06—1,25 Г/см3; в зонах обвалов и водопроявлений — от 1,20 до 1,90 Г/см3 и в зонах поглощений промывочной жидкости — 1,05—1,15 Г/см3.

Увеличивать удельный вес раствора в нормальных условиях бурения нецелесообразно, так как это приводит к потерям раствора в трещиноватых породах, влечет за собой повышение расхода энергии на прокачивание раствора и снижение механической скорости бурения.

Удельный вес промывочной жидкости условно обозначают буквой у (гамма). Контроль за удельным весом глинистого раствора осуществляется буровым мастером.

Измерение удельного веса на буровых скважинах производится при помощи ареометра АГ-2. Ареометр АГ-2 состоит из трех частей: стакана, съемного груза, шкалы-поплавка и затвора для соединения стакана с поплавком. Прибор имеет две шкалы, рассчитанные на два предела измерения: 1 — от 0,9 до 1,7 Г/см3; 2 — от 1,6 до 2,4 Г/см3. Шкала имеет деления через 0,02 Г/см3. Ареометр работает по первой шкале (0,9—1,7 Г/см3) при навернутом грузе 2 и по второй шкале (1,6—2,4 Г/см3) при снятом грузе. Погрешность измерения удельного веса не должна превышать 0,01 Г/см3.

Определение удельного веса глинистого раствора производится следующим образом. Поворотом поплавка 3 открывают затвор 2 и отделяют стакан 1 от поплавка. Проверяют чистоту стакана и поплавка; в случае надобности обмывают их чистой водой. Наливают в стакан 1 глинистый раствор до уровня отверстий стакана, при этом стакан держат вертикально. Затем соединяют стакан с поплавком, вставив штифты на конусе поплавка в прорези затвора на’конусе стакана,иповоротом соединяют их. При этом из стакана выдавливается избыток раствора. Смывают водой выдавленный раствор, поддерживая собранный ареометр в вертикальном положении, чтобы испытуемая жидкость не вытекла через неплотности затвора. Затем погружают ареометр, заполненный испытуемым глинистым раствором, в сосуд с чистой пресной водой и производят отсчет по шкале ареометра8

Если ареометр при наличии груза 4 погрузился глубже последнего деления шкалы, нужно груз снять (отвернуть) и, погрузив ареометр снова, произвести отсчет по шкале 1,6—2,4 Г/см3. Если при снятом грузе ареометр погрузился до нижней риски шкалы, следует навернуть груз и произвести отсчет по шкале 0,9—1,7 Г/см3. После работы нужно разобрать ареометр, вымыть и высушить его. Оставлять ареометр с раствором запрещается.

Проверяют ареометр следующим образом: заполняют стакан пресной водой и погружают в сосуд с чистой водой, при этом он должен показать удельный вес 1,0—1,01 Г/см3.

Под стабильностью глинистого раствора понимают способность его сохранять равномерное распределение глинистых частиц в растворе. Таким образом, стабильность характеризует степень однородности состояния раствора. Она, измеряется при помощи металлического прибора ЦС-2, объем которого равен двум объемам стакана ареометра АГ-2. В середине цилиндра прибора имеется краник для спуска верхней половины раствора.