|
1 Особенности технологии буровых растворов в потенциально неустойчивых глинистых породах 1. Особенности строения и свойств неустойчивых горных пород Наибольшее число осложнений и аварий в бурении вызвано неустойчивостью стенок скважины, преимущественно в глинистых отложениях. Из общего объема осадочных пород на долю глинистых минералов приходится около 80 %. Поэтому характеристика этой породы представляет наибольший интерес. 1.1.1. Основные глинистые минералы Известно, что глины это тонкодисперсные, или пелитовые, породы состоящие из обломков, поперечный размер которых менее 0,01 мм. Состоят главным образом из продуктов химического выветривания коренных пород и в меньшей мере из частиц, образовавшихся при механическом выветривании других пород [1]. Основные физико-химические свойства глин определяются как минералогическим составом, так и высокодисперсным состоянием. Некоторые глины состоят только из определенного глинистого минерала, большинство же смесь различных глинистых минералов. В состав глин входит так же колеблющееся количество органических веществ и растворимых в воде солей [2]. К основным породообразующим глинистым минералам относятся монтмориллонит, каолинит, атгапульгит, иллит. В минералах группы монтмориллонита связь между кремнекислородными и гиббситовыми пакетами проходит по кислородным поверхностям и поэтому относительно слаба, т.к. определяется ван-дерваальсовыми силами. Такая особенность строения кристаллической решетки позволяет молекулам воды и полярным органическим молекулам легко входить в межпакетное пространство, изменяя его размеры и вызывая набухание 7 |
1. Физико-химические процессы в скважине при вскрытии глин различной степени литификацпи 1.1. Минералогический состав глинистых пород Стратиграфические разрезы месторождений обычно представляют чередование горных пород с различными физико-химическими и механическими свойствами. С увеличением глубины меняются не только физические свойства пород (твердость, пластичность, упругость, плотность и т. п.), но происходят и химические превращения (например, гипс переходит в ангидрит, суглинки, уплотняясь, в аргиллиты). Среди осадочных пород, подлежащих разбуриванию, встречаются породы с различными физикохимическими свойствами от мягких, хорошо смачивающихся, гидрофильных, до твердых, более гидрофобных. Анализ результатов промысловых исследований показал, что образование каверн чаще всего наблюдается в глинистых отложениях, т. е. в наиболее распространенной осадочной породе. Из общего объема осадочных пород на долю глинистых минералов приходится около 80 %. Поэтому характеристика этой породы представляет наибольший интерес. 1.1.1. Основные глинистые минералы Известно, что глины это тонкодисперсные, или пелитовые, породы состоящие из обломков, поперечный размер которых менее 0,01 мм. Состоят главным образом из продуктов химического выветривания коренных пород и в меньшей мере из частиц, образовавшихся при механическом выветривании других пород [1J. Основные физико-химические свойства глин определяются как минералогическим составом, так и высокодисперсным состоянием. Некоторые глины состоят только из определенного глинистого минерала, большинство же смесь различных глинистых минералов. В состав глин входит так же колеблющееся количество органических веществ и 8 растворимых в воде солей [2]. К основным породообразующим глинистым минералам относятся монтмориллонит, каолинит, аттапульгит, иллит. В минералах группы монтмориллонита связь между кремнекислородными и гиббситовыми пакетами проходит по кислородным поверхностям и поэтому относительно слаба, она определяется ваи-дерваальсовыми силами. Такая особенность строения кристаллической решетки позволяет молекулам воды и полярным органическим молекулам легко входить в межпакетное пространство, изменяя его размеры и вызывая набухание породы. Эти минералы характеризуются выраженными катионообменными свойствами, что проявляется в способности глины связывать определенно число катионов, причем одни из них могут быть частично или полностью заменены другими в эквивалентных количествах. Обменная емкость монтмориллонита более 50*] О'5 моль/кг. Минералы группы монтмориллонита встречаются в глинистых породах палеогенового, мелового, юрского, пермского и каменноугольного возраста. В более ранних породах не обнаружены. Несколько меньше их содержание в четвертичных и палеогеновых породах. В группе гидрослюд (иллитов) только часть ионов кремния в тетраэдрических пакетах замещена ионами алюминия. Дефицит положительных зарядов компенсируют ионы калия, препятствуя прониканию в межпакетнос пространство не только молекул воды и органических жидкостей, но и других катионов. Эти минералы имеют малую обменную емкость от 10'5 до 40x10'5 моль/кг. Группа гидрослюд без примеси минералов монтмориллонита при взаимодействии с водой или полярными органическими жидкостями не проявляет признаков набухания. К ней относят также глауконитовые минералы. Гидрослюды участвуют в составе глинистых пород разного возраста: являются основным мономинералом в глинистых породах до девона и преобладают в более молодых полиминеральных глинистых породах, являются основными минералами в литифицированных глинах [3]. 9 |