§ 5. ПРОЧНОСТЬ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОРОК ПРИ
ВДАВЛИВАНИИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА
Контактирование бурильного инструмента со стенкой скважины, покрытой
фильтрационной глинистой коркой, обусловлено как действием нормальной
составляющей веса бурильного инструмента при проводке
наклонно-направленных или искривленных скважин, так и потерей продольной
устойчивости бурильного инструмента при высоких осевых нагрузках в
случае прижимающего действия перепада давления против проницаемых
пластов и т. д.
В отличие от действия перепада давления, распространяющегося на всю
поверхность фильтрационной корки и уплотняющего ее, нормальное давление
действует только в местах контакта и приводит к вдавливанию бурильного
инструмента в корку, что сопровождается смятием и деформированием ее и
вытеснением выдавленного материала корки в затрубное пространство.
Площадь контактирования при этом существенно возрастает. При погружении
инструмента в корку происходит ее дополнительное уплотнение, существенно
влияющее на механические свойства.
На приборе, представленном на рис. 12, можно измерить прочность корок
при действии нормального давления. Корка, полученная фильтрацией из
бурового раствора при перепаде давления 30 кгс/см2, контактировала с
измерительным элементом прибора; при этом замерялась ее толщина. Затем
гидравлическим штоком прибора создавали различные нормальные нагрузки на
поверхность контакта и измеряли давление, приводящее к выдавливанию
корки, а также глубину погружения в нее измерительного элемента из
стали.
Из рис. 25 видно, насколько значительно уплотнение глубинных слоев
корки. Сопротивление вдавливанию зависит от типа химической обработки,
концентрации твердой фазы, содержания утяжелителя, в частности барита.
Корки химически необработанных суспензий полностью выдавливаются при
нормальных нагрузках 7—8 кгс/см2, обработанные УЩР — при 16—17 [кгс/см2,
утяжеленные баритом — при 25—30 кгс/см2. Корки утяжеленных глинистых
суспензий при нормальных давлениях свыше 30 кгс/см2 вследствие
значительного уплотнения нормальным давлением и упрочнения не
выдавливаются полностью с фильтрующей поверхности, сохраняя слой
0,15—0,25 мм высокой плотности с влажностью 10— 12%, по свойствам
напоминающий глинистые грунты.
В соответствии с ранее проведенными опытами было установлено, что при
контактировании корок со сплавом Д16Т — материалом легкосплавных труб (ЛБТ)
— сопротивление действию нормального давления существенно возрастает в
результате коагулирующего действия ионов алюминия [57 ]. Как видно из
рис. 26, у необработанных глинистых суспензий сопротивление вдавливанию
алюминиевого образца в корку в 3 раза больше, чем стального. Кривые
вдавливания алюминиевого материала в корку имеют характерный S-образный
вид; на кривых отчетливо различимы участки упрочнения, более близкие к
поверхностным слоям корки и к нижним слоям с замедленным темпом
упрочнения. Причины послойного упрочняющего эффекта при контакте
глинистой корки с алюминиевым материалом (сплав Д16Т) требуют
дальнейшего специального изучения. Проведенными исследованиями
установлено, что при контакте легкосплавных труб с глинистой коркой
могут возникнуть силы противодействующие движению инструмента, которые в
2—3 раза превышают усилия, возникающие при контакте со стальными
трубами.