Способ выбора бурового раствора для бурения в неустойчивых глинистых породах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕспуБлик б 9 4 С 09 К 7/00 НИЕ К АВ анавливаю глинис тыхказатель усиз следующихий: для глиционным типом нсаци" ом стру КЙ 6 2 8 южК)к х эк . Рмб ные показво стиное напряжениесистемы жидода для воды икости соответУРОВОГО РАСТОЙЧИВЫХ ГЛИмерениига булинисттелей пре- во- лоро абу ния ост определе устойчив дующим выбо о наибольше лю устоичивос с я тем,точности споания вости соответенн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(46) 30,12.85. Бюл. У 48 (71) Архангельскийотдел Апрелевс кого отделения Всесоюзного научноисследовательского геологоразведочного нефтяного института (72) А,Ф.Усынин(53) 622,243.144 (088.8) (56) Войтенко В.С. и др, Физико-химическое воздействие буровых растворов на горные породы.-М,: Недра, 1983, с.39-41.Авторское свидетельство СССР В 991236, кл. 6 01 М /00, 1983,Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнеедра, 1977,нии в бурен и. -М.: Н с.г 7.(54)(57) СПОСОБ ВЫБОРА ВОРА ДЛЯ БУРЕНИЯ В НЕУ НИСТЫХ ПОРОДАХ путем и дельного напряжения сд го раствора в системе да - жидкость и,показа хания глинистых пород, обобщенного показателя глинистых пород с после ром бурового раствора п му обобщенному показате ти, о т л и ч а ю щ и й что, с целью повышения,801201291 А соба, дополнительно у тип структурных связе пород, а обобщенный по тойчивости определяют математических выражен нистых пород с коагуля структурных связейРичб 2С: -Ру к для глинистых пород с коонно-кристаллизационнымтурных связей где С С - обобщен устойчи Г, Р-, предел ь сдвига кость-вственно;коэфФициенты, показывающие, сколько жидкоти набухания 1,в см ) сэывает 1 г глинистойпороды;вреюг набухводе и жидк12 1291 Устойчивость уемской глины Электролит 1,36 3,88 5,69 0,1 Ма Р 01 о 0,5 1,39 3,60 3,35 1,0 2,59 2,23,1,37 0,94 1,91 2,0 1,18 1,96 6,63 1,94 0,1 3,59 0,5 1,07 1,0 0,42 2,03 0,39 0,26 2,0 0,20 1,43 0,1 Ма,О 1,51 0,94 0,69 0,55 0,5 1,0 0,69 0,37 0,17 0,03 2,0 0,05 0,02 0,61 1,16 0,81 0,1 Иаецу 0,32 0,5 0,28 0,23 0,19 1,0 0,10 0,10 2,0 0,03 0,06 0,01 0,43 0,1 0,47 0,81 0,21 0,14 0,06 О, 13 1,0 0,05 2,0 0,01 0,03 Концентрация,вес.й 0,0442,92 Продолжение табл. 5 0,008 0,004:)О ТабссицабНаульская глина Электролит Устойчивость 0,72 0,83 0,30 О,1 0,5 0,23 1,21 0,54 12,48 0,15 1,0 2,69 0,67 Ма СО 0,1 0,76 045 1,52 1,44 0,36 0,5 0,61 1,20 0,24 1,39 1 ь 0 2 ь 0/2 ь 5 0,16 1,83 1,88 0,48 0,1 й аОН 0,56 0,5 0,90 1,0 0,34 3,56 2,03 0,17 6,29 2,14 0,1 Ма 0 с,0,25 2,12 0,53 0,14 2,30 0,5 0,60 Оь 08 2 ь 67 1,84 2,0/2,5 с 0,04 3,17 1,98 М аС 1 0,1 0,05 1,78 0,92 2,01 0,5 0,05 2,10 1,0 8,35 2 ь 0/2 ь 5+ 0,02 10,36 0,1 0,07 а. С 10 2,26 0,91 0,5 0,07 2,45 151 4,52 3,15 190 0,02 2,0/2,5 " 0,02 4,52 5,20 1 С и С определяли для концентрации 2,0 вес.7.ь 3, - для концентрации 2,5 вес.й. ВНИИПИ Заказ 7924 22 Филиал ППП "Патент",Ма РОо Концентра ция,вес,Е 2 ь 0/2 ь 51 С 2 ьО/2 ь 5+ 0,02 4,92 0,77 ФИ.обрГ.тецие отоситсл к сис ) емамцлл бурения нефтяных и газовых скважин) а именно к способам выбора эффективного бурового раствора длябурения н неустойчивых глинистыхпородах,Цель изобретения - повышение точности способа,Испытания проводили на образцахглинистых пород двух видов. Образцы первого вида получали прессованием глинопорошка аскангеля и уемской карьерной глины под давлением300 МПа) образцы второго вида изготовили иэ керна, поднятого иэскв. М 53 Наульской с глубины 1132 мс .сохранением естественной структуры.Результаты испытания на набуха ние некоторых глин и результаты деформирования глинистых образцов того же состава, но отличающихся определенным типом структурных связей, данытабл. 1 и 2.Физические свойства образцов представлены в табл. 3.Деформирование образцов осущес)в- ляли по известной методике согласно которой определяли показатели , деформирования - время, скорость и относительную продольную деформацию, 11 о этим показателям рассчитывали коэффициент устойчивости глинистого образца в среде определенногоство а;ра р7, ччгде ), - время деформироваиия;- скорость деформирования,определяемая отношением6 еФ- относительная продольнаядеформация образца залвремяЗначения коэффициента устойчивости Х были приняты в качестве эталонных.Тип структурных связей искусственных и естественных образцов определяли согласно известному способу. Для этого измерили .прочность исходных образцов на воздухе и прочность образцов, выдержанных в течение 3 сут. н жидкостях с различными диэлектрическими нроницдемостлми. Ко )ффцциецт К, харак ТЕРЦЗУЮЩий СТЕЦЕЦЬ НОЗДЕЦСТНЦЛ КЦЦ- кости ця ст 4 ктурные с вяли породы ) рассчитывали по формуле: КРГ)Р Р - наименьшая прочность образцов при нагружении в сред ах ( жидко стях );Ро - прочность образцов при нагружении на воздухе;Е - диэлектрическая проницаемость среды, в которой образец обладает наименьшей прочгде 0 15 но стью- диэлектрическая проницаемость воды. 20 Данные испытаний приведены в табл. 4.Структурные связи прессованных образцов аскангеля и уемской глины относятся к коагуляционному типу (К1)а структурные связи естественных5 образцов наульской глины - к конденсационно-кристаллизационному типу(К1) (см.табл,4),Связность прессованных образцовобусловлена молекулярными силами,30 а их структурные связи характеризуются как коагуляционные, В отличиеот образцов аскангеля и уемской глины образцы наульской .глины имеютконденсационно-кристаллизационнуюЗ 5 .структуру, сформировавшуюся в результате процессов конденсации, а такжечастичной перекристаллизации исходного глинистого материала.В качестве жидких сред были исполь 40 зованы водные растворы электролитов,которые наиболее часто применяютсякак добавки к буровым растворам ивесьма эффективно влияют на процессынабухания и деформирования глинистых45 пород.С целью получения корреляционныхзависимостей между показателями деформирования глинистых образцов ипоказателями набухания глин и Р50 системы глина-жидкость провели систематизированное сопоставление данныхнабухания и деформирования (см.табл.1 и 2). Сравнение полученных результатов осуществляли в рамках определенного раствора с различной концентрацией вещества, и наоборот, впределах одной концентрации разныхрастворов.1201291 Ре Ь г.,р 2 У 30 э т р срЧ Кхб еВС=К,р 2 35 Рп В оЭср В 40 4 у татов. УО уу ратная зависимость, согласно ко торой коэффициент устойчивости Ж. Установлено, что между изменением показателей набухания Рщ, а также изменением показателей деформирования существует определенная зависимость, согласно которой время устойчивого состояния глинистых образцов с коагуляционным типом структурных связей снижается с уменьшением К 1 и 2. и с увеличением 43 р и Рп, (табл,1), т.е. обобщенный показатель устойчивости таких пород можно аппроксимировать формулой: Р 3 р чС = Рср К 6 2и) ср.ср Сопоставление показателей набухания и Ру, системы глина-жидкость. с показателями деформирования наульс кой глины ( табл.2) показало, что время устойчивого состояния образцов возрастает с увеличением Р асср и уменьшается с увеличением Ку и 7 . В этом случае обобщенный показатель устойчивости для глинистых пород с конденсационно-кристаллизационными связями соответствует следующей формуле: Однако, увеличение средней скорости набухания наульской глины, происходящее на фоне снижения К, и Х за счет более быстрого темпа снижения;7 .по сравнению с К не соответствует аналогичному изменению скорости деформирования образцов этой глины (табл.2), т.е. М с увеличением С (вес.Е) снижается, 1Эс чуПоэтому еоотношенне в Ш - вСсср 8выражении целесообразно опустить в связи с его несостоятельностью в оценке физической сущности показателя устойчивости. А показатель С удобнее обозначить зависимостью: Результаты определения обобщенных показателей устойчивости С, С,у 1 О 1 У 20 С у и коэффициента устойчивости у,по данным испытания на набуханиеи деформирование глин и глинистыхобразцов представлены в табл.5 и 6.Из табл. 5 и 6 следует, что Саскангеля, уемской и наульской глинс увеличением концентрации электролита в растворе снижается, Исключение составляют щелочные растворыЯа Р Оо и Мам СОэ, в которых доконцентрации 1,0 и 0,5 вес.7 отмечается рост С аскангеля и наульскойглины,Деформирование глинистых образцов с коагуляционным типом структурных связей (аскангеля и уемской глины ) в основном подтверждает достоверность информации об устойчивости этихпород по результатам набухания -определения С, но имеются и некоторые несоответствия между отдельнымизначениями С и ЖНапример, сильнозавышены С для уемской глины в0,17.-ном растворе йа ОН и аскангеля в 1,07-ном растворе йауРу 01 о, Азначения С аскангеля в растворе ИаС(1,0 и 2,0 вес.7)превосходят аналогичные значения в растворе Йа 10,в результате чего нарушается общаязависимость, согласно которой Х и С убывают в направлении: ЙауРу 01,МаСО, ма ОН, Ма 0, йа С 1,йамСиО .Данные табл.5 в которой представлены значения С, аскангеля иуемской глинй свидетельствуют о том,что для Св отличие от С отмечается единичное несоответствие значению Я, аскангеля в растворе Ма 1 СОу с концентрацией вещества 0,1 вес.7 ое Таким образом подтверждается справедливость формулы для С в оценкеустойчивости глинистых пород и высо-кая надежность получаемых резульЕсли испытание глинистых образцов с коагуляционными связями свицетельствует в основном об изменении значений Х и С в 4 каком-та определенном взаимно согласованном направлении, то при испытании образцов с конденсационно-кристаллизационными связями такого соответствия йет, Здесь прослеживается обс увеличением концентрации электролита в растворе, как правило,возрас,90 11,50 24 1,5 2,92 5 1 тает, а обобщенный показатель устойчивости С снижается 1.табл,б).Значения С 2 наульской глины, рассчитанные по формуле с достаточной степенью надежности, согласуются со значениями Ж наульской глины в растворах соответствующей концентрации и состава (табл,61,бВ практической деятельности из-заотсутствия в необходимом количестве керновогэ материала и специального оборудования гораздо удобнее исследовать набухание потенциально неустойчивых глинистых отложений, чем изучать их деформационные свойства,Таалица глина Уемская глина0,60 1,7 1 0,922 20,5 0,4 15 13 1,076 9 07 0 25 20 3,94 295 7В такой ситуации наряду с определением показателей набухания и Р системы глина-жидкость трейбуется установить природу структурных связей глинистой породы. Сведения о структурном типе породы позволяют облегчить вычисле 0,19 312 0,22 733 0,21 612 0,20 500 0,16 ЗЗЗ Оэза 750 0,34 566 1201291 8ние обобщенного показателя устойчивости С 1 и .С 1. Наиболее благоприят" ным с точки зрения повышения устойчивости глинистых пород в стенках скважин считается буровой раствор с максимальным значением С.или Сг.,14 94 72 15 50 1,0 0 18 Электролит Дистиллированная вода а 9 РЪ 010. ь Концентрация,вес.7 Наульская ь 3, 10ч м/кг, ч 3,33 5 О.О.глина Показатели деформирования х 10 13,0 060 50 1,350 3 0,5 Ьь 49 2,1,25 8,0 1,570 24 12,10 1,970 10,64 26,6 33 9,70 1,230 12,9 300 2,0 8,11,8 2,2 1 ь 2,50 0,1 1,50 9,47Физические свойства образцов Глина Диаметр, Высомм та,мм ПлотДавление Й 11 а ностьх10 , кг/м О 19 10 9 2 9 О 23 14 8 2 6 0,19 15,17 6,8 2,22 37,6 33,6 34,0 2,38 37,6 2,24 наульская Таблица 4 Среда енная прочность на сжа- МПа ц Образец изан уемскойглины 10,9 14,8 1,0 Воздух 9,14 8,62 2,0 Керосин 4,7 3,04 2,10 9,35 ХлороформЛце тон 6,54 20,9 0 0,9 0 0 81,0 Вода 109,5 0,6 Формамид 0,250 0,250 1,427 Коэффициент К аскангель 300 уемская 300 Площадь 21, 0поперечного сечения23 х 23 1 иэлектрическая про- ницаемость Порис Проч тость иостМ 1 а Образец изнаульскойглины 15,17 14,01 Ко эффициент вариации прочности,7.15 1201291 4 Аскангель и уемская глина Концентстойчивость аскангеля Электролит рация,вес.7 0,1 0,42 6,1,0