Глава9. Промывочные жидкости для бурения уплотненных глинистых пород.

9.1. Класификация глинистых пород

В инженерной геологии глинистые породы делят на твердые скальные породы (аргиллиты, сланцы ) и глины. Глины В. А. Приклонский [2] разделил на пять групп: 1-я - рыхлые (пылеватые), 2-я – слабоуплотненные (водонасыщенные), 3-я - среднеуплотненные, 4-я - уплотненные и 5-я переуплотненные.

В. Д. Ломтадзе [2] по этому признаку выделяет глинистые породы высокой, средней и малой степени уплотнения.

Глинистые породы высокой степени уплотнения - это полутвердые породы, занимающие промежуточное положение между твердыми (окаменевшими) и пластичными глинистыми породами. Свободная вода полностью отжата, присутствует только связанная вода - вода гидратных оболочек (свободная вода может присутствовать в трещинах, пронизывающих породы). При быстром сдвиге такие породы дают скол. Заметные деформации сжатия пород наблюдаются уже при давлениях, превышающих 0,5 МПа, при взаимодействии с водой породы набухают и размягчаются, по зерновому составу их делят на глины, суглинки, супеси.

Глинистые породы средней уплотненности - пластичные породы. При высыхании переходят в твердое состояние. Твердые, скрытно-пластичные породы при быстром сдвиге дают скол, при медленном - пластически деформируются, сжимаются уже при давлении 0,1 МПа, под действием воды набухают.

Глинистые породы малой степени уплотнения находятся в текучем или в скрытнотекучем состоянии, обладают тиксотропными свойствами. Под нагрузкой они сжимаются и содержат значительное количество свободной воды. Прочность породы предельно мала.

В буровой научной литературе классификации глин по степени уплотнения посвящены работы ВНИИКрНефти, в частности исследования Н.Г. Аветисяна. По степени уплотнения и устойчивости глинистые породы он разделил на пять классов: 1-й класс с относительной плотностью (по Н.Г. Аветисяну - коэффициенту устойчивости) _ф/_т≤0,8 (здесь _ф и _т - фактически и теоретически объемная масса глин); 2-й класс с _ф/_т = 0,8-0,85; 3-й класс с _ф/_т = 0,85-0,9; 4 класс с _ф/_т = 0,9 - 0,95; 5-й класс с _ф/_т = 0,95 -1,0.

Теоретическую объемную массу породы на глубине определяют на основании нормального уплотнения по формуле

_т=_м-(_м-_об)е^-Н,

где _м - плотность нормальной глинистой породы, принимаемая равной 2780 кг/м²; _об - объемная масса породы на глубине Н,  - показатель степени, определяемый по табл. 9.3.

По объемной массе Н. Г. Аветисян разделил глинистые породы на три группы: с _об = (2,1-2,2)•10³ кг/м³, с _об = (2,2-2,5)•10³ кг/м³, и с _об = (2,5-2,55)10³ кг/м³.

Таблица 9.1

Значения коэффициента  для различной плотности глины

об, кг/м3		об, кг/м3	
1600 1700 1800 1900	0,2708 0,2754 0,2809 0,2877	2000 2100 2200 2300	0,2963 0,3075 0,3228 0,3448

В первой группе глина содержит все виды воды, свободную и связанную, во второй - связанную воду и в третьей - только прочносвязанную воду. В этой группе поры не крупнее 10 нм.

В дальнейшем будем придерживаться классификации глин по В.Д. Ломтадзе (ей соответствует и классификация Н.Г. Аветисяна): уплотненная, среднеуплотненная и малоуплотненная глины.

Уплотненные глины достаточно прочны, но в процессе бурения требуют ряд специальных мероприятий по профилактике набухания и диспергирования.

Средне- и малоуплотненные глины непрочны и неустойчивы, требуют при бурении скважин их упрочения. Эти глины будем называть неуплотненными глинами.