УДК 622.24

Товасаров И.Д.

 

Казахский национальный исследовательский

технический университет им. К.И. Сатпаева

 

КЛАССИФИКАЦИИ ГЛИН, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

 

Классификация глиносодержащих грунтов/горных пород представляет огромный интерес для специалистов в области бурения и геологии. В работах западных специалистов (Кларк и др.) глины разделяются на ≪глина≫ и ≪сланец≫. Подбор буровых растворов, как правило, осуществляется эмпирически для глин и сланцев.

В отечественной практике бурения глубоких скважин мало используют критериальные оценки состояния глины и выработки способов бурения в ней.

Как правило, все вопросы сводят к какой-то рецептуре бурового раствора. Инженерно-техническая оценка состояния глинистых горных пород, приведенная в проектах на строительство скважин, зачастую носит описательный характер, что обусловлено применяемыми методами, сложностью ряда инженерно - технических методов исследования или их недоступностью. Российские и зарубежные специалисты пользуется различными классификациями глин для целей бурения, из зарубежных источников [12] известна классификация по показателю пластичности глины (показатель Аттенберга) и содержанию монтмориллонита в них В работе [12] глины рассматриваются с геологической точки зрения, их разделения основывается на минералогическом анализе процессов седиментации и химическом осадке, присутствующем в бассейне.

В работах [9, 11, 12] глину разделили на 5 классов, различающихся

по катионной емкости, содержанию основных глинистых минералов, плотности горной породы, а также по содержанию поровой жидкости.

Mochado [9] модифицировал данную классификацию, добавив в каждый класс, потенциал дисперсии бурового шлама в буровом растворе, описал основные проблемы при бурении и предложил буровые растворы, которые наиболее эффективны для обеспечения устойчивости стенок скважины. Для некоторых глин, корреляцию состава можно проводить с помощью инженерных характеристик [8, 10, 11]. В работе [9] использовано соотношение между эффективным углом внутреннего трения и показателю пластичности для нормальных твердых глин. Состав закварцованных глин хорошо коррелирует с эффективным углом трения, процентом глинистых минералов и типом минерала [10]. Однако для структурированных, твердых грунтов фактор окружающей среды (содержание воды, плотность и структура глины) имеет значительное влияние на их инженерные свойства.

Специалистами предлагается классифицировать глинистые горные породы по катионной емкости глинистых минералов, слагающих данные отложения.

Однако в природных условиях глинистые минералы присутствуют в составе с другими породами. Наряду с глинистыми минералами нередко присутствуют силикаты щелочных и щелочноземельных металлов, они при контакте с водой гидролизуются. В процессе гидролиза раствор насыщается ионами щелочных и щелочноземельных металлов. Показатель катионнообменной емкости глинистых минералов может абсолютно не отражать свойств глины. Данный показатель не учитывает и влажности глины, т.е. реальных инженерно-технических свойств глины. Российские специалисты Е.К. Лазаренко, А.И. Августиник разделили глину по минералогическому составу: каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые, хлоритовые. М.Ф. Викулова, Б.Б. Звягин - по строению кристаллической решетки [1]. В работе [4] глины классифицированы по коэффициенту размокаемости, а в [3] по индексу устойчивости.

В работе [2] В.Д. Городнова показано, что в основном возможны три вида глинистых пород: малоувлажненные, среднеувлажненные и сильноувлажненные, этот показатель может изменяться от 0 до 1. Показатель относительной влажности для слабоувлажненных глинистых пород принимается равным 0—,2; для среднеувлажненных равным 0,2-0,5, для сильноувлажненных 0,5-1,0. Показатель устойчивости глин а (по А.Г. Аветисяну) [5]: отношение фактической объемной плотности к теоретической объемной плотности нормально уплотненных глин для одной глубины залегания: 1-0,95-практически устойчивые; 0,949-0,9- подвержены незначительным осыпям; 0,849-0,8- значительные осыпи; <0,799 -сильные осыпи. При таком подходе не учитывается возможная степень разбавления глины другими горными породами. Глины также разделяют по показателю устойчивости горных пород на стенках скважины через отношение сопротивления сдвига породы к максимальным касательным напряжениям (А.Н. Попов).

В приведенных классификациях не учитываются, граничные инженерные характеристики глины в естественных, природных условиях и их прочностное состояние, состав инертных компонентов в глине и мн. др.

Таким образом, необходима классификация, которая описывала бы реальные глинистые горные породы и позволяла бы выбрать состав бурового раствора. Подобная классификация должна быть опираться на теориях о структуре глины, для этого более подробно рассмотрим существующие представления о глине.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1            Галабутская, Е.А. Система глина-вода / Е.А. Галабутская.- Львов, 1962. 211 с.

2            Городнов, В.Д. Исследования глин и новые рецептуры глинистых рас­творов / В.Д. Городнов, В.Н. Тесленко, И.М. Тимохин и др. - М.: Недра, 1975.- 272 с.

3            Краткий курс учебного пособия для инженеров по буровым раство­рам. Волгоград, 2007.- 185 с.

4            Ржевский В.В. Основы физики горных пород / В.В. Ржевский, Г.Я. Новиков.- М.: Недра, 1973.- 211 с.

5            Рябченко В.И.. Управление свойствами буровых растворов / В.И. Рябченко.- М: Недра, 1990.-230 с.

6            Machado J. С V. Optimum Potassium Chlorite Concentration to Reduce Clay Formation Hydration Potential. Internal Report. Petrobras, 1989, p. 34

7            Mitchell J.K. Fundamentals of Soil Behavior//John Wiley & Sons. 1976­422 p.

8            Mondshine T.C. Successful gumbo-shale drilling// Oil & Gas Journal- 1966. pp. 194-205.

9            Morgenshem N.R. and Eigonbrod K.D. Classification of Argillaceous Soils and Rocks// Journal of Geotechnical Engineering Division, Proc. Of American Society of Civil Engineers, vol. 100, No. GT10, Oct., 1974. pp. 1137.

10         Perez R.C. Shale Characterization and Reactivity. M.Sc. Dissertation. PUC-Rio. Civil Engineering Department (in Portuguese). 1997. 174 p.

11         Santos H., Diek. A., Roegiers J-С., Fontoura S.A.B. Can shale swelling be (easily) controlled? Eurock'96, Proc, Balkema.- 1996.

12         Sergio A.B. da Fontoura, Claudio Rabe, Rosana F.T. Lomba. Characteriza­tion of shales for drilling purpose. Paper SPE/ISRM 78218. Rock Mechanics Conference held in Irving, Texas. 2002.