Структурные свойства глинистых растворов

В покоящемся глинистом растворе частицы глины под действием сил межмолекулярного и электростатического притяжения сцепляются друг с другом. Поскольку плоские грани чешуек защищены диффузной оболочкой катионов и гидратной оболочкой сцепление частиц происходит, главным образом, краями. В итоге во всем объеме раствора образуется пространственный каркас из глинистых частиц. Этот каркас принято называть структурой.

В промежутках между частицами заключена жидкая фаза глинистого раствора. В качестве инертных включений в структуре удерживаются частицы утяжелителя, обломки выбуренной породы.

В результате процесса структурообразования глинистый раствор застудневает, подвижность его ухудшается. При механическом перемешивании структура разрушается и раствор опять становится текучим. По окончании перемешивания структура вновь восстанавливается.

Способность глинистых растворов образовывать структуру в состоянии покоя имеет большое практическое значение для бурения и заканчивания скважин.

Структура обеспечивает удержание во взвешенном состоянии частиц утяжелителя и обломков выбуренной породы, когда циркуляция глинистого раствора приостановлена для выполнения наращивания, спуско-подъемных операций, геофизических исследований и других работ в скважине.

По этой причине желательно, чтобы глинистый раствор обладал способностью к структурообразованию. Однако применение глинистых растворов, в которых этот процесс происходит очень интенсивно, а образующаяся структура обладает очень большой прочностью, может привести к возникновению ряда осложнений, из которых наиболее очевидными являются:

• чрезмерно высокие давления при запуске насосов и восстановление циркуляции;
• поглощения, газонефтепроявления и обвалы вследствие высоких гидродинамических давлений, возникающих при спуске и подъеме бурильной колонны;
• трудности при удалении из глинистого раствора обломков выбуренной породы в наземных очистных устройствах;
• трудности при дегазации глинистого раствора;
• некачественное разобщение пластов при цементировании вследствие неполного вытеснения глинистого раствора цементным из заколонного пространства;
• трудности при спуске в скважину геофизических приборов.

Способность буровых растворов к структурообразованию принято оценивать величиной статического напряжения сдвига.

Статическое напряжение сдвига – это максимальное касательное напряжение, при котором происходит разрушение структуры в покоящемся буровом растворе и раствор начинает двигаться. Так как прочность структуры со временем может увеличиваться, то определяют статическое напряжение сдвига после одноминутного и десятиминутного стояния бурового раствора в покое.