3. Глинистые растворы

Глинистые растворы приготавливаются из глины и воды. Однако не всякая глина пригодна для глинистого раствора. Для того чтобы правильно ориентироваться в выборе глины, познакомимся кратко с их свойствами.

Глина представляет собой смесь глинистых минералов, придающих ей свойства пластичности, и твердых минералов (песка, карбонатов), осложняющих процесс качественного приготовления глинистого раствора. Наиболее распространенные глинистые минералы, входящие в состав глин – каолинит А1₂0₃•2SiO₂•2Н₂0, галлуизит А1₂0₃•2Si0₂•ЗН₂0 и монтмориллонит А1₂0₃•4Si0₂•2Н₂0. При большом содержании твердых минералов (примесей) глины превращаются в мергели, глинистые пески и другие осадочные горные породы, обладающие очень малой пластичностью.

Глины содержат также окислы железа Fe₂0₃, щелочных (калия К₂0, натрия Na₂0) и щелочно-земельных (кальция СаО, магния MgO) металлов. Образуются глины при выветривании горных пород, главным образом полевого шпата, под действием воды и углекислого газа, содержащегося в воздухе:

К₂0•Аl₂0₃•6Si0₂ + С0₂ + 2Н₂0 = К₃С0₃ + 4Si0₂ + Аl₂0₃•2Si0₂•2Н₂0.

(полевой шпат) (каолинит)

В результате этого процесса происходит накопление в земле глины, кремнезема и солей калия.

Во всех глинах имеется химически связанная вода, образующая на поверхности глинистых частиц слой гидроксильных групп ОН, которые обладают большой полярностью. Поэтому они создают вокруг частиц сильное поле притяжения. Водород этих гидроксильных групп может быть замещен как металлом (Na, К, Са и др.), так и кислотными радикалами (S0₄, C1, С0₃ и др.).

Химически связанная вода входит внутрь кристаллической решетки глинистых минералов и удаляется только при прокаливании глины до температуры 500–700 °С. После этого вернуть глине первоначальные свойства уже нельзя.

Гидроксильные группы ОН, создающие вокруг глинистых частиц сильное поле притяжения, притягивают к поверхностям глинистых частиц молекулы воды. Эта вода в отличие от химически связанной воды называется физически связанной водой.

Физически связанная вода, окружающая глинистые частицы слоями, почти полностью удаляется при нагревании глины до 100–150 °С. Однако при этом первоначальные пластические свойства глины почти не теряются.

Глинистые частицы имеют вид плоских чешуйчатых пластинок. Следовательно, площадь контакта при их соприкосновении гораздо больше, чем при сближении зерен песка, имеющих округлую форму.

При смачивании глины водой молекулы воды проникают между пластинками глины и раздвигают их. Вследствие этого объем глины увеличивается за счет ее набухания, глинистые частицы удаляются друг от друга, силы притяжения между ними ослабевают, и глинистый комочек распадается на мельчайшие частицы, покрытые водной оболочкой. Так происходит раздробление (диспергирование) глины в воде и образование глинистого раствора.

Таким образом, для получения глинистого раствора хорошего качества необходимо применять высокосортную глину и совершенные методы приготовления глинистого раствора.

От качества глинистого раствора зависит успешное бурение скважины, и невнимательное отношение к качеству может привести к осложнениям:

• обвалам стенок скважин,

• прихватам бурильной колонны,

• закупорке фильтрационных каналов продуктивных пластов,

• выбросам раствора,

• газовым или нефтяным фонтанам и т. д.

Если глина недостаточно диспергируется в воде и частицы ее плохо гидратируются, необходимо в приготавливаемый глинистый раствор добавлять специальные химические реагенты.