Бұрғылау ерітінділері. Балшық ерітінділері

 

 

ІІ. Балшық ерітіндісін дайындау

2.1. Балшық ерітіндісінің құрамы

 

Балшықтың құрамында бірнеше заттар ұшырасады. Көбінесе олар балшық, кремний және алюминий тотықтарынан тұрады. Минералдық құрамдарына қарай,балшық ерітіндісін жасауға мүмкіншілігі бар балшықтар екі топқа бөлінеді.                        

1. Монтмориллонитті балшықтар. Бұған бентониттер жатады. Оның негізгі құрамы монтмориллонит (Al2O34SiO2H2O) минералынан тұрады.
2. Каолинтті балшықтар. Бұл негізінде каолинит (Al2O3SiO2H2O) минералынан тұрады.

Балшық ерітіндісін дайындауға жарайтын балшықтың құрамында ірілігі 0,1 мм-ден жоғарырақ құмды бөліктер 6 проценттен артық болмауы, 0,05 мм-ден ірірек бөліктер 12 проценттен кем түсуі, ал, 0,0001 мм-ден ұсақ негізгі балшық ерітіндісін құрайтын бөліктер 40-50 проценттен аз келмеуі қажет. Балшық құрамында тұзды қосындылар көп болмаса, оны балшық ерітіндісін дайындауға жарайтын және сапалы балшық деп санайды.

Балшық ерітіндісін дайндайтын судың сапасы жоғары болуы керек. Егер әр түрлі суда құрамы бірдей балшықтан ерітінді жасалса, сапалы ерітінді тұзы жоқ тұщы судан шығады.Теңіз суынан жасалған балшық ерітінділерінің сапалары төмен болады. Себебі, теңіз суындағы тұздардың әсерінен балшық бөліктері коагуляцияланады. Басқаша айтқанда, қатайған ірімтіктер пайда болып, ерітінді түбіне тұна бастайды.

Балшық ерітіндісін дайындайтын тұщы судың жалпы қатаңдығы 12—150-тан аспауы керек. Бір градус қатаңдықта кальций тотығы (CaO) 10мг болады. Егер балшық ерітіндісін дайындайтын су қатаң болса, оның сапасын жөндеу үшін алдын ала суды жұмсартады.Щсы мақсатпен суға тринатрийфосфат (Na4P2O7) немесе кальцийлендірілген сода (Na2CO3) қосады. Оның мөлшерін әрбір артық қатаңдық градусына 45-50 г/м3-дей етіп алады.

Ерітіндінің қышқылдық мөлшерін, сутек иондарының концентрациясы арқылы көрсетіп,оны рН пен белгілейді. Ерітінді ішіндегі сутек иондарының концнтрациясына қарап. Оның сапасы бұрғылау және химиялық әдістермен өңдеу кезінде қандай болатынын байқай аламыз. Сілтілі ерітінділерд рН 7-ден көп, ал қышқылда рН 7-ден кем келеді. Таза суда рН 7-ге тең болады. рН пен ерітінді тұрақтылығының арасында толық байланыс бар. рН-ты реттей отырып, ерітінді тұрақтылығын өсіру мүмкіндігін туғызады. Бұл, әсіресе, ауырланған ерітінділер үшін өте қажет жағдай. Кей кезде рН-ты өсіргенде ерітіндінің тұтқырлығы өседі де, ол ығысудың статикалық кернеуіне әсер теді.

      Ерітінді ішіндегі коллоидты бөліктерді сипаттайтын ерекшеліктердің бірі-олар бүрісіп, қатты ірімтіктерге айналып, ерітінді түбіне тұнады. Мұндай қасиетті коагуляция дейді. Бұл құбылыстан бөліктер арасындағы тартылыс күшінің мәні, бірін-бірі тебу күшінің мәнінен кем екенін байқаймыз. Бұл жағдай ерітіндідегі балшық бөліктерін айналдыра қоршап тұрған су қабығының алыстауынан туады. Егер жер асты суы немесе бұрғыланушы жыныс агрессиялы болса, онда олар бұрғылау кезінде балшық ерітіндісіне физика-химиялық әсер берп оны коагуляциялайды. Агрессиялы жыныстарға ізбестастар,гипстер,ангридриттер,әсіресе тұздар кіреді. Минералды су немесе агрессиялы тұзы бар жыныс кездескен жағдайда олардың кесірлі әсерінен балшық ерітіндісін сақтау үшін тұрақтылықты көбейтетін реагенттер қолдану керек. Коллоидтық жүйенің, барлық қатты бөліктерінің тұнбастан қалықтап тұратынын және өзгрмеушілігін көрсететін дәрежені тұрақтылық дейді.

 

    Балшықтың әрбір  ұсақ бөліктері, пластина тәрізді  ұзыншақ келеді. Ерітінді ішіндгі әрбір балшық бөліктерінде электр заряды бар. Ол көбінесе теріс заряд. Осы зарядтардың әсерінен ерітіндідегі молекулалар қозғалады. Қозғалыстың арқасында бөліктер өзара соғылысып, бір-бірімен жабысады. Өзара жабысқан бөліктерден тортәрізді қаңқа құрылады. Коллоидтық ерітіндіде кездесетін мұндай құбылысты құрылым пайда болу дейді. Мұндай құрылымы бар дененің ішінде қозғалыс тудыру үшін әжептәуір күш жұмсалады, Ерітінді өз құрылымын жойып, аға бастағанда оның 1 см2 ауданына берілетін күш мөлшерін ығысудың статикалық кернеуі дейді. Ол мг/см2-мен өлшенеді. Балшық ерітіндісінде құрылымының пайда болуы оған өз сыбағалы салмағынан ауырырақ бөліктерді қалықтатып, тұндырмастан ұстап тұра алатын қасиет береді.

 

2.2. Балшық ерітіндісінің өзгеріске ұшырауы

 

Балшық ерітіндісі қозғалмай тұрса, іркілдек түрге келеді. Оны былғаса қайтадан қозғалмалы сұйық қалпына түседі, ал қозғалысты тоқтатса, ол іркілдекке айналады. Ерітіндінің қозғалыссыз жағдайда іркілдек түрге келіп, оны былғаған кезде қайтадан сұйылып кетуін тиксотропия, ал оның қайтадан құрылым құруын тиксотроптік қасиет дейді. Ерітіндінің шырайналма ағыс тоқтаған кезде іркілдек түрге түсуі, бұрғылаудан пайда болған жыныс ұнтақтарының қалықтап тұруына  септігін тигізеді. Бұл жағдай бұрғылаушы аспаптың забойда ұсталынып қалмауы үшін керек. Дегенмен, тиксотропия үлкейген сайын балшық ерітіндісінің тұтқырлығы көбейіп, осының салдарынан насостың жұмыс істеуі ауырлайтынын, ерітіндінің жыныс бөліктерінен нашар тазаланып, каротаж жұмысының қиындай түсетінін естен шығармаған жөн. Осыған орай балшык ерітіндіінің тиксотропиясын белгілі бір жағдайда ұстау керек. Ол жағдай – насос айдағанда ерітіндінің жылдам сұйық түрге келуі, ал шырайналма ағыс тоқтағанда жылдам бұрынғы құрылымын қайталауы.

   Қоршаушы жыныс  пластарының және скважинаға жіберілген балшық ерітіндісінің қысымдары әр түрлі болады. Сол себепті балшық ерітіндісі скважина қабырғасындағы қуыстар мен жарықшақтарға кіріп кетеді. Балшық ерітіндісі коллоидты- суспензиялы жүйе, сондықтан оның құрамында іріліктері, яғни дисперсиялық дәрежелері әр түрлі балшық бөліктері бар екенін айтып өткенбіз. Балшықтың ұсақ бөліктері, үлкендеріне қарағанда, жарықшақтарға тереңірек кіреді, ал ірілері скважина бетінде іркіліп қалады. Егер ерітінді ішіндегі коллоидты ұсақ бөліктер аз болса, сумен бірге жарықшақтар мен қуыстарға балшықтың ірі бөліктері кіріп кетеді. Барып тоқтағаннан кейін ол өз ірілігіндей бөліктердің өтуіне жол бермейді. Сондықтан жарықшаққа су ғана өте алады. Мұндай жағдайда скважина қабырғасында қалың,іркілдек қабыршақ пайда болады. Бұл берік қабыршақ емес, себебі, ол балшықтың ірі бөліктерінен жасалған және бөліктердің аралығы сумен толтырылғын.

     Егер ерітіндіде коллоидтық бөліктер көп болса, ең алғаш ұсақ бөліктер мен ірі бөліктер жарықшақтарға бірге кіреді, сөйьіп, кейінгі ірі бөліктердің жолын бітеп тастайды. Ал ұсақ бөліктер сумен бірге пласт ішіне кіре береді. Бұл процес бөліктер арасын әбден кішірейтіп,тек қана су өтетін жағдайға жеткізеді. Судың өтуі ерітінді ішіндегі коллоидтық бөліктердің ірілігіне тәуелді. Бұл сәтте скважина қабырғасында жұқа және беріктігі мол балшық қабыршақ пайда болады. Ерітінді ішінде ұсақ коллоидтық бөліктер көбейген сайын, қабыршақ жұқалана береді. Сонда пластқа су аз өтеді және скважина қабырғасы опырылмайды.

     Қорыта келгенде, белгілі бір геологиялық жағдайда қазылатын скважинаны жуу үшін оған қандай параметрлік балшық ерітіндісі керек екенін алдын ала біліп, сондай қасиеті бар ерітінді жасай білу керек.

Қалыпты жағдайда қолданылатын балшық ерітіндісінің параметрлері мынадай мөлшерде болғаны жөн:

а) тұтқырлығы 21сек;

ә) сыбағалы салмағы 1,2 г/см3;

б) құм мөлшері 4%;

в) 30 минут ішінде су беруі 25 см3;

г) коллоидтығы 96%;

ғ) тәуліктік тұнбасы 4%;

д) балшық қабыршағының қалыңдығы 3 мм;

   е) ығысудың статикалық кернеуі 20 мг/см2.

Балшық ерітінділерінің параметрлері және оларды өлшеу әдістері.

  Суға қосылған балшық өз көлемін үлкейтіп тез таралады және жылдам қоюланады. Шыққан ерітіндінің қасиеті әр түрлі келеді.

 

2.3. Балшық ерітіндісінің  параметрлерін анықтау

 

Бұрғылау процесін жақсы жүргізу үшін балшық ерітіндісінің барлық сапа параметрлерін тексеріп тұру қажет. Мұндай тексерулер ерітіндіні скважинаға жіберер алдында балшық ерітінділерінің лабораториясында орындалады. Оны смена жұмысшылары бұрғылауға кірісер алдында далалық лабораторияның аспаптарымен де анықтайды. Осы кезде қолданылып жүрген балшық ерітінділерінің жылжымалы балшық лабораториясында мынадай аспаптар бар: АГ- 1 нмесе АГ- 2 ареометрі, СПВ- 5 вискозиметрі, ОМ-1 немесе ОМ-2 тұндырғышы, ЦС-2 цилиндрі,ВМ-6 приборы, көлемі 100 см3 шыны цилиндр, секунд есептегіш, қосалқы аспаптар және лаборатория материалдары.

   Балшық ерітіндісінің  сапасын тексеру үшін төмендегі  параметрлерді анықтайды.

   Сыбағалы салмақ. Балшық ерітіндісінің сыбағалы  салмағын қалыпты жағадайда үлкейтудің қажеті жоқ. Себебі салмағы ауыр балшық ерітінділері тау жыныстарының жарықшаларына жылдам кіріп, көлемін тез азайтады.

   Колонкалы бұрғылауда  қолданылатын балшық ерітіндісінің  сыбағалы салмағы 1,15- тен 1,25 г/см3- ге дейін барады. Ауырланған балшық ерітіндісінің сыбағалы салмағы 2 г/см3-ге дейін, кейде одан да ауырлау болуы мүмкін.

   Лабораториялық жағдайда  балшық ерітіндісінің сыбағалы  салмағын арнаулы таразылармен  өлшеп, көлемін белгілі сауыттардың  көмегімен анықтайды. Ерітіндінің ыбағалы салмағын табу үшін көлемі 1 л балшық балшық ерітіндінің таза салмағы 1 л таза судың салмағына бөледі. Осыдан шыққан сан балшық ерітіндісінің сыбағалы салмағын көрсетеді.

   Жұмыс басында  балшық ерітіндісінің сыбағалы  салмағын анықтау үшін АГ- 1 немесе АГ- 2 ареометрлерін пайдаланады. АГ- 2 ареометрінің астында бұрандамен жалғасқан салмақ 2, орта шнінде балшық ерітіндісін құюға арналған сауыт 1, ең үстінд көрсеткіш қарайтын екі шкаласы барқалқыма 3 орналасқан. Сол жағындағы бірінші шкала арқылы 0,9- дан 1,8 г/см3- ге, ал екінші шкала арқылы 1,7- ден 2,4 г/см3- ге дейінгі балшық ерітінділерінің сыбағалы салмақтарын айыруға болады. Шкала бөліктерінің аралығы 0,02 г/см3- тең.

   Өлшеу алдында  ареометрдің дұрыстығын тексереді. Ол үшін сауытты қалқымадан ағытып алып, таза сумен толтырады. Содан кейін, қалқыманы сауытқа қайтадан бекітіп, жиналған ареометрді су құйылған шелекке батырады. Шелектегі су деңгейі бірінші шкаладағы 1 цифрын көрсетсе ареометрдің дұрыс болғаны.

   Балшық ерітіндісінің сыбағалы салмағын да осылай өлшейді. Ол үшін сауытқа балшық ерітіндісін құяды. Балшық ерітіндісі құйылған ареометрді суы бар шелекке батырып, балшық ерітіндісінің сыбағалы салмағының көрсеткішін ареометрдің бірінші шкаласының шелектегі су деңгейімен қиылысқан жерінен анықтайды. Ауырланған балшық ерітіндісінің сыбағалы салмағын өлшеу үшін ареометрдің астындағы салмақты бұрып алып тастайды да, көрсеткішті екінші шкаламен су деңгейінің қиылысқан жерінен байқайды.

    Тұтқырлық. Балшық  балшық ерітіндісінің негізгі параметрлерінің бірі – тұтқырлығы. Тұтқыр ерітінділер бұрғылау ұнтақтарын жер бетіне жылдам шығарады. Насос тоқтаған уақытта тұтқыр ерітінді ұнтақтардың тұнуына кедергі жасап, олардың бір қалыпта қалықтап тұруына септігін тигізеді.

   Скважинаны жуып тұрған суйық жер бетіне шықпай, жоғалып кеткен жағдайда, жуу сұйығы ретінде өте тұтқыр балшық ерітіндісін қолданған дұрыс.

   Дегенмен, балшық  ерітіндісінің тұтқырлығын көбейту  насостың жұмыс істеуін нашарлатады. Осыған байланысты колонкалы  бұрғылауда балшық ерітіндісінің тұтқырлығы 20 секундтан 25 секундқа дейінгі мөлшерде болады.Балшық ерітіндісінің тұтқырлығын өлшеу үшін СПВ- 5 вискозиметрі қолданылады. Ол екі бөлімді сапты аяқтан 2, астында түтігі бар воронкадан 1 тұрады. Сапты аяқтың бір бөлігіне көлемі 200 см3, екінші бөлігіне 500 см3 сұйық сыяды. Воронканың астындағы түтіктің ішкі диаметрі 5 мм, ал ұзындығы 100 мм. Воронканың үстін сымнан тоқылған тордан жасалған қақпақ 3 орнатылған. Бұл торлы қақпақ воронканың ішіне ірі ұнтақтарды өткізбеу үшін керек.

    Вискозиметрді  пайдалану үшін алдымен оның  дұрыс жұмыс істейтіндігін тексерген  жөн. Ол үшін воронканың түтігін  саусақпен басып тұрып, екі бөлімді  сапты сапты аяқтың көмегімен  оның ішіне көлемі 700 см3 таза су құяды. Содан кейін воронкадан көлемі 500 см3 су қанша уақытта ағатынын байқайды. Оны орындау үшін сапты аяқтың үлкен бөлмесінің ( көлемі 500 см3 ) үстіне воронканы алып келіп, саусақты түтіктен босатады және онымен бір мезгілде секунд есептегішпен уақыт өлшейді. Неше секундта воронкадан көлемі 500 см3 сұйық ағатын болса, сұйықтың тұтқырлығы соншалықты болғаны. Таза судың тұтқырлығы 15 секунд болуға тиісті. Егер вискозиметр сапты аяғының көлемі ( 500 см3 )воронкадан аққан суға 15 секундта толса, онда вискозиметрдің дұрыс жұмыс жасайтындығы байқалады. Балшық ерітіндісінің тұтқырлығында осылай өлшейді.

   Жуу сұйығы ретінде  бұрғыланып жатқан тау жыныстарының  ерекшеліктеріне қарай, тұтқырлықтары  әр түрлі балшық ерітінділерін  қолданған жөн. Балшық ерітіндісінің  тұтқырлығы ұсақ түйіршікті құмды  бұрғылағанда 18 – 20 сек, орта түйіршікті құмда 20 – 22 сек, ірі құмда 22 – 24 сек, жарықшағы көп тау жыныстарында 24 – 28 сек және сулы горизонттарда 30 – 35 сек болуы қажет.

   Құм мөлшері. Балшық  ерітіндісінің ішінде іріліктері  әр түрлі ұнтақтар кездеседі. Олардың құрамына ұсақ тастар, құм, ерімеген ірімтік балшық тағы басқа қатты заттар кіреді. Аталған заттардың барлығы ерітіндінің « құмы» болып есептелінеді. Бұл «құмның» балшық ерітіндісінің ішінде қанша екнін білуді құм мөлшерін анықтау дейді. Оны процентпен есептейді.

    Балшық ерітіндісіндегі  құм мөлшерін анықтау, оның жұмысқа  жарамдылығын байқау үшін керек. Егер балшық ерітіндісінде құм  мөлшері көп болса, онда ерітіндінің  коллоидтылығы мен тұтқырлығы  азаяды. Ерітінді құмының мөлшерден  артықтығы насос бөлшектері мен бұрғы құбырларының қажауын тездетеді, олардың жұмыс істеу мерзімін қысқартады және бұрғы снарядының сыналанып, жоғары көтерілмей скважинада ұсталынып қалып қою қаупін туғызады. Сондықтан смена сайын балшық ерітіндісінің ішіндегі құм мөлшерін анықтап отыру керек.

    Бұл жұмысты  орындау үшін қаңылтырдан жасалған  ОМ – 2 тұндырғышын пайдаланады. Тұндырғыштың төменгі жағында  шкаласы бар шыныдан жасалған  ауыспалы мензурка 2 орналасқан. Мензурканың  көлемі 10 см3 – ге тең. Шкала бөліктерінің аралығы 0,1 см3 – ге тең. Әрбір он сызықтан кейін көрсеткіш цифрлар жазылған. Мензуркадан жоғарыда балшық ерітіндісін құюға арналған  сауыт 1 бар. Сауыттың беті қақпақпен 3 тығыз етіп жабылған. Тұндырғыштың барлық көлемі 600 см3 – ге тең. Сауыттың жоғарғы жағында диаметрі 3 мм – ге тең тесік бар. Осы тесіктің деңгейіне дейін сиятын сұйықтың көлемі 500 см3.