Плотность аэрированной жидкости определяется по формуле

где ρ₀, ρ – плотность аэрированной и исходной жидкостей, α – количество воздуха в единице объёма аэрированной жидкости, р_0,р – атмосферное и заданное давление.

Гидростатическое давление аэрированной жидкости р на глубине h – ста- тических условий определяют из соотношения

Для придания промывочной жидкости закупоривающей способности в неё вводят наполнители. Для надёжного закупоривания трещин размеры частиц наполнителя должны быть в 2 раза меньше величины раскрытия трещин.

Для аэрации промывочных жидкостей – применяют специальные аэраторы, а для стабилизации аэрированных растворов пенообразователи.

Плотность бурового раствора чаще всего определяют с помощью аэрометра АБР–1, состоящего из поплавка с двумя рабочими одной поправочной шкалами, мерного стакана с балластом и съёмного груза.

Перед измерением плотность раствора проверяют правильность его показаний . Для этого в стакан заливают пресную воду, подсоединяют его к поплавку и опускают вместе с поплавком в ведёрко с водой. Если по шкале 0,8–1,7 уровень воды мерка окажется выше или ниже 1.0, нужно определить причину (наличие засохшей глины в стакане, его деформация, попадание воды в поплавок и устранить её. При невозможности этого сделать по поправочной шкале определить поправку.

После определения поправки стакан заполняют исследуемым раст­вором и отпускают его вместе с поплавком в ведёрко с водой, по шкале 1,6-2,6 определяют плотность раствора; к этому показанию добавляют ве­личину поправки. Если поплавок не погружается в воду, к стакану подсоединяют груз и отсчёт ведется по шкале 0,8-1,7.

Для измерения плотности могут быть использованы также рычажные весы – плотномер ВРП–1. Плотномер состоит из стойки и рычага со ста­каном. На рычаге имеются две призмы с помочью которых рычаг устанавливают на стойке, и две шкалы, соответствующие этим призмам. Для оп­ределения плотности стакан заполняют раствором до отверстия и закрывают крышкой, рычаг устанавливают на правую призму, с помощью подвижного груза стакан с раствором уравновешивают и снимают показания по верхней шкале. Если плотность окажется больше предела измерения, рычаг устанавливают на левую призму и показания снимают по нижней шкале.

Для более точного, измерения плотности раствора используют пикно­метр, представляющий собой стеклянный сосуд с притёртой пробкой и меткой на шейке.

Для определения плотности раствора вначале взвешивают пустой пи­кнометр Р₁,заполняют его до метки исследуемым раствором, закрывают пробкой и вновь взвешивают Р₂.

Плотность бурового раствора рассчитывают по формуле

,

где V- объём пикнометра.

Часть II. Стабилизация неустойчивых стенок скважин. Задачами второй части исследований являются:

1. На основании рассмотренной выше теории научно обосновать причинно-следственные связи протекающих процессов в неустойчивых горных породах при бурении.

2. В соответствии с этим провести анализ эффективности применяющихся промывочных жидкостей.

3.Рекомендовать к применению наиболее эффективные промывочные жидкости.

Разработкой эффективных промывочных жидкостей для бурения осложненных горных пород занимаются многие институты, видные ученые (особенно по бурению скважин на нефть и газ) К.Ф. Паус, Я.А. Рязанов, В. Городнов, В.Л. Михеев, И.Н. Резниченко, А.И.Булатов, М.И. Липкес, Э.Г. Агабальянс, Э.Г. Кистер, Н.Н. Круглицкий, Л.М.Ивачев, Б.Б. Кудряшов и многие другие. Ими написано ряд монографий, пособий и справочников для инженерно-технических работников, занятых при бурении скважин, учебников и учебных пособий для студентов.

В настоящее время накоплен огромный экспериментальный материал. Большинство исследований, посвященных разработке промывочных жидкостей для бурения глинистых пород проводилось без учета особенностей их структуры, учёта геологических условий залегания пород, их свойств. Совершенно различные глинистые породы объединялись в одну группу под названием «породы с псевдоконденсационными связями» (по Ангелопуло). К ним отнесены „глины, аргиллиты, сланцы, мергели, а также песчаники и конгломераты с глинистыми цементами”. Такие породы О.К. Ангелопуло предложил называть глинистыми породами или глинами.

В данной работе в качестве иллюстраций рассматриваемых проблем использованы экспериментальные материалы известных ученых. При исследовании уплотненных глин – экспериментальные данные В.Л. Михеева, М.И. Липкеса, В.И. Козлова, Л.Г, Даниловой [7].

Для оценки устойчивости спрессованных под давлением 370-750 кгс/см² образцов бентонитов и гидрослюдистых глин плотностью 2,12-2,23 г/см³ они провели исследования на стенде УИГС-600М, позволяющем имитировать условия опытов, близких к скважинным. Величина всестороннего нагружения на образец поддерживалась постоянной (200 кгс/см²). В качестве исследуемых растворов использовались растворы электролитов: КCl, CaCl₂, полимеров (метаса, КМЦ, кельцана) и комбинаций: 4% КCl с 0,4% кельцана.

При исследовании неуплотненных глин были использованы экспериментальные материалы В.Д. Городнова [18] который изучал влияние электролитов, полимеров и их комбинаций на влажность и пластическую прочность глинистых паст в приборе Жигача-Ярова. Прибор представляет собой цилиндр с перфорированными днищем и крышкой. В цилиндр помещалась глинистая проба, устанавливался индикатор часового типа с перфорированными поршнем. Затем цилиндр в сборе помещался на специальной скобе в стакан с исследуемым раствором и проба выдерживалась длительное время.

Недостаток исследований: отсутствовала возможность диспергирования пробы под воздействием растворов, что снижает ценность полученных результатов. Однако качественную оценку влияния различных растворов на влажность и пластическую прочность сделать можно.