При бурении. Понизители твердости (ПАВ)

Как мы уже говорили, разрушение горных пород при бурении скважин происходит, главным образом, в присутствии жидкой среды, которая часто имеет очень сложный физико-химический состав с содержанием неорганических и органических поверхностно-активных веществ ПАВ.

В процессе разрушения горных пород образуется большое количество трещин разных размеров и направлений, особенно при усталостном разрушении породы.

Адсорбционные слои по образовавшимся поверхностям трещин проникают вглубь породы забоя до тех пор, пока размер адсорбирующихся атомов или молекул будет меньше трещины.

Исследователями установлено, что внешняя среда, в частности, вода, принимает активное участие в процессах разрушения горных пород, а величина активности воды резко (сильно) повышается за счет добавок к ней адсорбирующих веществ. Эти вещества были названы понизителями твердости, а метод - адсорбционным понижением твердости (эффект Ребиндера).

Различают внешний и внутренний адсорбционный эффекты: наружный - на поверхности породы; внутренний - в микротрещинах.

Главную роль в адсорбционном понижении твердости играет микротрещиноватость, а грубая трещиноватость служит только каналами, по которым адсорбционные слои проникают к устьям самых тонких трещин.

Схема проникновения адсорбционных слоев по микротрещине представлена на рис.23. Понизители твердости способствуют повышению скорости бурения на 20 - 50 % по сравнению со скоростью , полученной при бурении скважин с промывкой забоя водой. Кроме того, адсорбционный эффект вызывает повышение износостойкости породоразрушающего инструмента.

Рис.23 Схема проникновения адсорбционных слоев по микротрещине

По своим физико-химическим свойствам и составу понизители твердости делятся на два класса: электролиты и органические соединения.

Из электролитов в качестве понизителей твердости можно применять едкий натр - каустик NаОН; жидкое стекло - Nа₂SiO₃.

Из органических соединений можно отметить различные технические мыла; синтетические смачиватели.

Эффективность действия понизителей твердости зависит от их концентрации в промывочной жидкости.

Максимальная эффективность электролитов будет при концентрации в пределах от 0,1 до 0,4 %.

Рациональное количество органических веществ, применяемых в качестве ПАВ, находится в пределах до 1 %.

Наилучший эффект получается при применении технических мыл, т. к. Эффективность их применения не зависит от минералогического состава пород, разрушаемых в процессе бурения. Электролиты же действуют избирательно (щелочные - карбонатные породы, хлориды - изверженные породы).

В мягких породах применение понизителей твердости эффекта не дает.

Из сказанного можно сделать вывод:

Большинство буровых растворов, применяемых при бурении скважин, кроме выполнения своих основных функций (очистка забоя от выбуренных частиц, охлаждение долота, создание противодействия и т. д.), активно способствует процессу разрушения горных пород.