9.2.4. Диспергирование и размывание глин.

Наряду с насыщением глинистых пород водой в процессе циркуляции промывочной жидкости наблюдаются процессы, связанные с ее механическим воздействием на горную породу, также вызывающие серьезные осложнения: диспергирование и размывание пород.

Диспергирование характерно для тонкодисперсных глинистых пород. В контакте горной породы с промывочной жидкостью происходит двухсторонний массоперенос. Из промывочной жидкости в горную породу всасываются молекулы воды, а из горной породы в промывочную жидкость - глинистые частицы.

Процесс диспергирования „растворения” глин аналогичен процессу растворения электролитов. Под воздействием поверхностной энергии

глинистых частиц толщина пленки вокруг них постепенно увеличивается, в результате чего глина набухает, размягчается. С увеличением толщины пленки выше критического значения прочность связей частиц становится весьма незначительной, гидратированные частицы отделяются от массива и диффундируют в объем промывочной жидкости подобно гидратированным ионам электролитов при их растворении.

В отличие от ионов электролитов, глинистые частицы обладают одинаковым (отрицательным) зарядом и взаимодействовать друг с другом за счет межмолекулярного взаимодействия могут лишь на близком расстоянии при отсутствии гидратного слоя. Поэтому в воде они друг с другом не взаимодействуют, и, следовательно, растворимость глины неограниченна.

Диспергирование глинистых пород вызывает ряд осложнений таких как кавернообразование и ухудшение качества промывочной жидкости, что требует дополнительных трудовых и денежных затрат на обработку и замену промывочной жидкости, разработку специальной технологии перебуривания таких пород.

Размывание - это разрушение набухших и размокших горных пород потоком промывочной жидкости. Размывание не только способствует механическому разрушению глинистых пород, но и резко повышает скорость их диспергирования.

Размывание приводит к тем же осложнениям, что и вышеперечисленные процессы.

9.2.5. Влияние гидравлического давления на увлажнение глины.

При сквозной пористости неуплотненных глинистых пород и плавном повышении гидравлического давления в порах образца, погруженного в любой раствор, повышается так же, как и извне. При равенстве внутри порового и внешнего давлений влажность глины будет изменяться только от состава раствора, подобного изменению влажности в атмосферных условиях.

При мгновенном повышении гидравлического давления на образец глины возможны два варианта.

1. Глинистый образец полностью насыщен в атмосферных условиях. Жидкость практически несжимаема и при внешнем гидравлическом давлении внутреннее (поровое) давление мгновенно становится равным внешнему. И дальнейшего насыщения образца почти не происходит.

2. Сухой глинистый образец со сквозной пористостью, погруженный в раствор, при внезапном повышении его давления сжимается (уплотняется). С течением времени жидкость проникает в поры, поровое давление постепенно возрастает до величины, равной внешнему давлению, а влажность повышается до значения, равного максимальной влажности образца, наблюдаемой в атмосферных условиях.

Так, по исследованиям В.Д. Городнова [18], максимальная влажность образца бентонита, погруженного в раствор 0,3%-й щелочи NaOH, как при давлении, равном атмосферному, так и при давлении, равном 50 МПа, составила примерно 2,3, а пластическая прочности образца  25 гс/см²

Влажность образцов бентонита в 1%-м растворе КМЦ-600 npи гидравлическом давлении 50 МПа оказалась несколько выше, чем при атмосферном (К⁵⁰⁰=1,06 и К°= 0.83). Это, очевидно, связано с тем, что при давлении 50 МПа вследствие уплотнения образца (возможно, снижения времени выдержки с 1500 до 720 ч) в поры проникло значительно меньше макромолекул КМЦ-600.

По этим же причинам влажность бентонита в 0,5%-м растворе гипана при = 50 МПа оказалась меньше максимальной влажности образца при атмосферных условиях (К⁵⁰⁰₂=2,08 и К⁰=2,3).

Глинистый образец можно уподобить пористой губке. Насыщеная водой губка, как показывают опыты, своего объема (а, следовательно, и влажности) при повышении гидравлического давления почти не изменяет. Сухая губка при повышении давления вначале резко уменьшает свой объем, а при некоторой выдержке в воде объем постепенно восстанавливается.