3 Дәріс. Су және жылуға сезімтал таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау

Сазды таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау технологиясы.

Саздар және құрамында саз түзуші минералдары бар таужыныстар.

Сазды таужыныстар (саздар, сазды тақтатастар, аргилиттер), саз құрамды таужыныстар (сазды құмтастар, әксаздар және т.б.), техникалық және гидротермалды өзгеру белдемдерінің, милонтизация, лиственитизация, серпентинизация белдемдерінің таужыныстары құрлықтың, шельфті белдемдердің және мұхиттардағы қатты, сұйық және газ тәріздес пайдалы қазбалардың барлық дүниежүзілік кенорындардың геологиялық қималар құрамында кездеседі. Шөгінділер құрамындағы сазды таужыныстардың құрамы 62-ден 82% арасында өзгереді. Олар қимада жеке қабатшалар түрінен ондаған және жүздеген метр қалындығы бар қабаттарға дей ін кездесіп, қуыстарды, карсты қуыстарды толтырып, кері геологиялық құрылымдарды қалыптастыруға қатысып, тауаралық ойпаттарда және артезиан бассейндерде (И.А. Бриллинг, 1984) жиналады, бұроғылануы бойынша І-ден VII дәрежелі таужыныстарға жатады, ал қаттылығы бойынша штампты басу әдісі бойынша 1000-2000 МПа арасында өзгереді.

«Саз» терминің белгілі анықтамасын қарастырмай, осы таужыныстардың негізгі ерекшеліктерін және түрлерін толық қарастыруға болатын оның бір анықтамасында тоқталайық. Л.И. Кульчицкий және О.Г. Усьяров сазға «белгілі коагуляциялық құрылымға ие болатын су және бөлшектер арасындағы барлық байланыстар ерекше реологиялық қасиеттері бар су қабатшалары арқылы жүзеге асатын жоғары дисперсті сазды минералдарды» жатқызады. Саз деп аталатын полимерлі таужыныстарға қатпарлы немесе шынжырлы-қатпарлы құрылымды таужыныстарды түзуші сазды минералдар жатады. Оларда «тетраэдрлік кремний оттегі және октаэдрлік алюмо оттегі – гидроксилды торлар белгілі изоморфизмен сәйкес келеді». Изоморфизм немесе изоморфты алмасу деп иондары бір-бірін алмастыру қабілеті бар кристалды торлардың құрылысы бойынша жақын, радиусы және заряд таңбасы бойынша бірдей иондардың түзілуін айтады. Сазды минералдардың фракциялары 1-5 мкм құрап, жоғары дисперстілік дәрежесімен, шеті, қабырғасы, сыну жеріне қарағанда базалдың ұштарында, кристалдардың құрылымдар арналарындың беттерінде катиондардың және су молекулаларының жоғары адсорбциясымен ерекшеленеді.

Саз – полимерлі таужыныс, оның құрамында коллоидты бөлшектердің белгілі саны бар және ол сумен, жуу сұйықтығының фильтраттарымен өзарабайланысқан кезінде гидратталуға, диспергирленуге, әсіресе ұсақталған күйінде және массивте физикалық-механикалық қасиеттердің өзгеруіне ұшырауы мүмкін. Сумен (фильтраттармен) өзара әрекеттесу кезінде саз құрамды таужыныстардың күйі бірінші кезекте оның құрамында белгілі бір сазды минералдардың таралуымен анықталады.

Сазды таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау кезінде күрделіктердің туындауының негізгі факторлары.

Сазды таужыныстарда ұңғымаларды апатсыз бұрғылау мәселелерін шешуге үлкен назар аударылған. Осы сұрақ бойынша бірінші мәліметтер 1914 жылы А. Хегман және Д. Поллард, А. Льюис және В. Мак-Мюррей баспаға шығарған. Ұңғыма қабырғаларында сазды таужыныстардың тұрақтандыру бойынша үлкен зерттеулер КСРО 1933 жылдан бастап жүргізіле басталды. В.С. Федоров сазды таужыныстардың опырылуын су тиген кезінде көрінетін саздардың табиғатымен байланыстырған. 1934 жылы жұмыстар Водгео, ГрозНИИ, АзНИИ және т.б. жалғастырған.

Жеткен нәтижелерді келесі жағдайлармен байланыстыруға болады: тұрақтылықтың жоғалуының негізгі факторына саздың сумен өзара әрекеттесуі жатады, бұл жағдайда ұңғыманың қабырғаларында саздар ісініп, сулы болады; қосымша факторларға ұңғыма айналасындағы таужыныстар массивінің ширыққан күйі, макро және микрожарықшақтардың таралуы, жоғары арынды сулардың және газға қаныққан саздардың кездесуі. Опырылымдармен күресудің негізгі шараларына ең төменгі сүзілу қасиеттері бар жуу сұйықтықтарын қолдану, саздардың бетінде су өткізбейтін қабыршаларды жасау үшін олардың құрамына арнайы қоспаларды енгізу ұсынылған, яғни сазды таужыныстарда ұңғымлар қабырғаларының тұрақтылығын сақтау үшін физикалық-химиялық әдістерін қолдану негіздері салынған. Осы жұмыстардың негізгі жағдайлары қазіргі уақыттарда да қолданып келеді. Бірақ сол уақытта тұрақтылық сұрақтарын шешуге мүмкіндік болмайтын.

Жуу ерітінділері үшін бентонитті саздарды енгізу тек 1937 жылы ғана басталды. Зерттеу жұмыстары химиялық реагенттерді – сүзілу қасиеттерін төмендетуге бағытталған болатын. 1934-1936 жылдары В.С. Баранов және З.П. Букс УЩР (ТШР) типті аспаптарды қолдану арқылы сазды таужыныстарда бұрғылау технологиясын шығарған. Шетелде бұл бағытта Г. Лаутон (лигносульфатты реагент), Г. Грей (сілтілі-крахмалды реагент) және т.б. жұмыстарын жүргізді. К.Ф. Паус көрсеткендей «тұрақтылықты сақтау» және «су бергіштігін төмендету» терминдері көпуақыт бойы синонимдар болып келген.

50 жылдары А.Н. Динник жұмыстарымен зерттеулердің физикалық-механикалық бағыты ашылған. Негізгі фактор ретінде сазды таужыныстардың оқпан маңы белдемінде пайда болатын күшке жеткіліксіз кедергісі жататын (С.Г. Лехницкий, А.Л. Шамсиев және т.б. жұмыстары, шетелде – Бретсопер, Ханзин және т.б. жұмыстары). Ұзақ уақыт бойы жуу сұйықтығының сүзілу қасиеттерін шектеу арқылы оның жоғары тығыздылықты болуы дұрыс деп санаған. Бірқатар аудандарда жоғары тығыздылықты (р= (1,3-1,5) 10³ кг/м³) сұйықтықтармен жуу кезінде оң нәтиже алынған.

Б.В. Байдюк және Л.А. Шрейнер ылғалдылығы 2-5% болатын сазды таужыныстардағы ұңғыма оқпанының тұтастылығын қамтамасыз ету үшін тығыздығы 1 10³ кг/м³ болатын жуу сұйықтығын қолдануға болатының көрсетті. Бұл сығылған ауамен және мұнайлы негізі бар ерітінділерді қолдану арқылы бұрғылау тәжірибесі растады. М.А. Гейман және В.И. Мусин нөлдік су бергіші бар жеңіл сұйықтықтарды қолдану тиімділігін растады. Сазды таужыныстарда бұрғылау кезінде жуу сұйықтықтардың сүзілу қасиеттерін бағалауда қазіргі уақытта қайшылықтар жоқ.

70 жылдары сазды таужыныстар – сұйық орта байланысында физикалық-химиялық құбылыстар қайтадан өздеріне назар аудартты. Б.В. Байдюк және Л.А. Шрейнер жуу сұйықтықтарының параметрлерін таужыныстардың кеуекті кеңістігіндегі қысыммен сәйкестендіру қажеттілігін көрсетті. Сазды таужыныстардың тұрақтылық мәселелерін шешу кезінде адсорбциялық, осмотикалық және басқа да физикалық-химиялық үрдістерді ескеру қажеттілігі еш күмән тудырмайды.

Жеке зерттеушілер сазды таужыныстарда қуыстардың түзулі себебіне ұңғыма қабырғасына бұрғылау құбырлар бағанасының механикалық (күштік) әсерін жатқызады.

Айналу бұрғылау кезінде сазды таужыныстардың тұрақтылығының жоғалуының негізгі факторларына – таужыныстардың шиілініскен күйі, олардың жуу сұйықтығымен (фильтратпен) физикалық-химиялық өзара әрекеттесуі, ұңғыма қабырғаларына механикалық әрекеті жатады. Қазіргі уақытта ұңғыма оқпаны тұрақтылығының бұзылу механизмі туралы жалпы абылданған түсінік жоқ. Бұл сазды және сазқұрамды таужыныстардың әртүрлі қасиеттерімен, сонымен қатар олардың тұрақтылық күйін бағалаудың әртүрлі әдістерімен түсіндіруге болады.

Ұсынылған әдебиеттер: Нег. 1.б. 40-94

Бақылау сұрақтары:

1. Саздар және саз түзуші материалдардан құралған таужыныстар.

2. Сазды таужыныстарда ұңғыманы бұрғылау кезінде күрделіктердің негізгі факторлары

3. Бентонитті саздар дегеніміз не?

4. УЩР дегеніміз не?