RU2073227C1 - Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks - Google Patents
Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2073227C1 RU2073227C1 RU93028581A RU93028581A RU2073227C1 RU 2073227 C1 RU2073227 C1 RU 2073227C1 RU 93028581 A RU93028581 A RU 93028581A RU 93028581 A RU93028581 A RU 93028581A RU 2073227 C1 RU2073227 C1 RU 2073227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clay
- fluid
- drilling
- effect
- sample
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытанию влияния различных жидкостей на разупрочнение горных пород, и может быть использовано для выбора составов буровых растворов, обеспечивающих предупреждение или максимальное снижение деформационных процессов в околоствольном пространстве скважин, представленном глинистыми и глиносодержащими породами. The invention relates to testing equipment, namely, to test the effect of various fluids on softening rocks, and can be used to select compositions of drilling fluids that provide prevention or maximum reduction of deformation processes in the borehole space, represented by clay and clay-containing rocks.
Оценку влияния бурового раствора на глинистые породы производят известными способами при исследовании набухания проб пород в жидкости (1). Assessment of the effect of drilling fluid on clay rocks is carried out by known methods in the study of swelling of rock samples in a liquid (1).
Известен способ оценки влияния буровых растворов на глинистые породы, включающий получение модельных образцов пород с заданной исходной влажностью путем прессования, взвешивание полученных образцов, помещение их на определенное время в исследуемый буровой раствор, повторное взвешивание образцов и оценку влияния бурового раствора на образцы по показателю увлажняющей способности, зависящему от величины приращения массы образцов за время нахождения их в буровом растворе и от коэффициента коллоидности глины, используемой в качестве модельного материала (2). A known method for assessing the effect of drilling fluids on clay rocks, including obtaining model rock samples with a given initial moisture content by pressing, weighing the obtained samples, placing them for a certain time in the studied drilling fluid, re-weighing the samples and assessing the effect of drilling fluid on the samples in terms of moisturizing ability depending on the magnitude of the increment in the mass of the samples during their stay in the drilling fluid and on the colloid coefficient of clay used as Yelnia material (2).
Указанный способ имеет ряд недостатков, главным из которых является ограниченная область применения, поскольку данный способ приемлем только для оценки влияния буровых растворов на глинистые породы с высокой исходной влажностью и большой удельной поверхностью, деформация которых при взаимодействии с буровым раствором проявляется в их пластическом течении (без разрушения модельных образцов). Оценить влияние буровых растворов на глинистые и глиносодержащие породы с низкой исходной влажностью и малой удельной поверхностью, например, аргиллиты и глинистые сланцы, деформация которых, вызванная дополнительным увлажнением, проявляется в хрупком разрушении, данным способом невозможно, т. к. в результате размокания и разрушения модельных образцов их масса в процессе испытаний не увеличивается, а уменьшается. This method has several disadvantages, the main of which is the limited scope, since this method is acceptable only for assessing the effect of drilling fluids on clay rocks with high initial moisture content and a large specific surface, the deformation of which when interacting with the drilling fluid manifests itself in their plastic flow (without destruction of model specimens). It is impossible to evaluate the effect of drilling fluids on clay and clay-bearing rocks with low initial moisture content and low specific surface area, for example, mudstones and clay shales, the deformation of which is caused by additional moisture, in brittle fracture, because it is soaked and fractured model samples, their mass during the test does not increase, but decreases.
Для данного способа характерна и высокая погрешность оценки увлажняющей способности буровых растворов, содержащих твердую фазу, оседание которой на поверхностях модельных образцов вызывает увеличение их массы, долю которой в общем приращении массы образцов за время нахождения их в буровом растворе учесть невозможно. This method is also characterized by a high error in assessing the moisturizing ability of drilling fluids containing a solid phase, the sedimentation of which on the surfaces of model samples causes an increase in their mass, the proportion of which in the total increase in the mass of the samples during their stay in the drilling fluid cannot be taken into account.
Кроме того, данный способ отличается и крайне низкой экспрессностью, т. к. продолжительность испытаний составляет до 4 ч. In addition, this method is characterized by extremely low expressivity, since the test duration is up to 4 hours
Указанных недостатков лишен способ определения влияния буровых растворов на горные породы (3), который является наиболее близким техническим решением. The indicated drawbacks lack a method for determining the effect of drilling fluids on rocks (3), which is the closest technical solution.
Данный способ заключается в нагружении образцов горных пород одноосным сжатием с постоянной нагрузкой, меньшей разрушающей нагрузки образца в сухом виде, подача к боковой поверхности образцов бурового раствора и определении влияния бурового раствора на породные образцы по коэффициенту их устойчивости Х*, равному отношению времени воздействия на образцы до их разрушения бурового раствора (τр) и дистиллированной воды (τв).This method consists in loading rock samples with uniaxial compression with a constant load that is less than the breaking load of the sample in dry form, supplying drilling fluid to the side surface of the samples and determining the effect of the drilling fluid on the rock samples by their stability coefficient X * equal to the ratio of the time of exposure to the samples before their destruction of the drilling fluid (τ p ) and distilled water (τ in ).
Недостатком этого способа является низкая надежность и достоверность оценки влияния бурового раствора на горные породы применительно к реальным скважинным условиям. The disadvantage of this method is the low reliability and reliability of assessing the effect of drilling fluid on rocks in relation to real well conditions.
Так, анализ результатов экспериментальных исследований, приведенных в описании данного изобретения показывает, что коэффициент устойчивости (Х*), предложенный в качестве показателя оценки влияния буровых растворов на горные породы, и, соответственно, время воздействия бурового раствора на образцы породы до их разрушения (τр, c) имеет тесную связь с водоотдачей (В, см3).Thus, an analysis of the results of experimental studies described in the description of this invention shows that the stability coefficient (X * ), proposed as an indicator of assessing the influence of drilling fluids on rocks, and, accordingly, the time of exposure of a drilling fluid to rock samples before their destruction (τ p , c) has a close relationship with water loss (B, cm 3 ).
По результатам этих исследований, приведенных в табл. 2 связь между временем разрушения образцов в буровом растворе τр и водоотдачей В с достаточной для практических целей точностью (средняя относительная ошибка равна 5,57%) описывается следующим уравнением:
Установленная взаимосвязь между временем разрушения образцов в буровом растворе и водоотдачей дает основание считать введение нового оценочного показателя Х* некорректным, поскольку о влиянии буровых растворов на горные породы можно судить по величине водоотдачи.According to the results of these studies, are given in table. 2, the relationship between the fracture time of the samples in the drilling fluid τ r and the B yield with sufficient accuracy for practical purposes (the average relative error is 5.57%) is described by the following equation:
The established relationship between the time of fracture of the samples in the drilling fluid and the loss of water gives grounds to consider the introduction of a new estimated indicator X * as incorrect, since the effect of drilling fluids on rocks can be judged by the amount of loss.
Между тем известно, что связь между величиной водоотдачи, измеренной в статических условиях, и скоростью динамической фильтрации, преобладающей в процессе бурения скважин, практически отсутствует. При этом буровой раствор с малой водоотдачей может иметь скорость фильтрации в скважине существенно выше, чем раствор с большой водоотдачей (Дж. Грей, Г.С.Г. Дарли. Состав и свойства буровых агентов (промывочных возможностей) пер. с англ. М. Недра, 1985, с. 269). Meanwhile, it is known that there is practically no relationship between the amount of water loss measured under static conditions and the dynamic filtration rate that prevails during the drilling process. At the same time, a drilling fluid with low water loss can have a filtration rate in the well much higher than a solution with high water loss (J. Gray, GSG Darley. Composition and properties of drilling agents (flushing capabilities) translated from English M. Nedra, 1985, p. 269).
Отсюда следует, что величина водоотдачи, измеренная в статических условиях, а исходя из установленной зависимости, и коэффициент устойчивости X*, не могут служить надежным и достоверным критерием влияния буровых растворов на горные породы в реальных условиях бурения.It follows that the amount of water loss measured under static conditions, and based on the established dependence, and the stability coefficient X * , cannot serve as a reliable and reliable criterion for the influence of drilling fluids on rocks in real drilling conditions.
Задача изобретения состоит в повышении достоверности оценки влияния буровых растворов на разупрочнение глинистых и глиносодержащих пород. The objective of the invention is to increase the reliability of assessing the impact of drilling fluids on softening clay and clay-bearing rocks.
Поставленная цель достигается тем, что к образцу породы, помещенному в испытательную камеру, прилагают постоянную осевую нагрузку, не вызывающую его разрушения в воздушной среде; подают к боковой поверхности образца испытуемую или эталонную жидкость и фиксируют время от момента подачи к образцу породы жидкости до момента разрушения в ней образца. При этом, в качестве испытуемой жидкости используют фильтрат бурового раствора, а разупрочняющее действие раствора определяют из соотношения:
Kр=τэ/τф,
где Kp коэффициент разупрочнения;
τэ, τф время воздействия на образцы до их разрушения эталонной жидкости и фильтрата бурового раствора, соответственно.This goal is achieved by the fact that a constant axial load is applied to the rock sample placed in the test chamber, which does not cause its destruction in the air; submit a test or reference liquid to the side surface of the sample and record the time from the moment the liquid is supplied to the rock sample until the sample is destroyed in it. At the same time, the mud filtrate is used as the test fluid, and the softening effect of the solution is determined from the ratio:
K p = τ e / τ f
where K p softening coefficient;
τ e , τ f the time of exposure of the samples to their destruction of the reference fluid and mud filtrate, respectively.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что для определения влияния бурового раствора на разупрочнение глинистых и глиносодержащих пород в качестве испытуемой жидкости используют фильтрат бурового раствора, а разупрочняющее действие бурового раствора определяют из соотношения времен воздействия на образцы до их разрушения эталонной жидкости и фильтрата бурового раствора. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that, to test the clay and clay-containing softening softening, the drilling fluid is used as the test fluid, and the softening effect of the drilling fluid is determined from the ratio of exposure times to the samples their destruction of the reference fluid and mud filtrate. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."
Известно техническое решение (1), в котором пробы глинопорошка помещают в фильтрат бурового раствора или воду и определяют показатель устойчивости пород по соотношению величин набухания и пластической прочности образцов глинопорошка в фильтрате и воде. Однако, этот способ не обеспечивает оценку разупрочнения глинистой или глиносодержащей породы, которая достигается в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия". A technical solution is known (1), in which clay powder samples are placed in a mud filtrate or water and the rock stability index is determined by the ratio of swelling and plastic strength of clay powder samples in the filtrate and water. However, this method does not provide an assessment of the softening of clay or clay-containing rocks, which is achieved in the claimed technical solution. This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На чертеже схематически изображено устройство для определения влияния бурового раствора на разупрочнение глинистых и глиносодержащих пород. The drawing schematically shows a device for determining the effect of drilling fluid on the softening of clay and clay-bearing rocks.
Устройство включает камеру 1, установленную на основании 2, к которому закреплена стойка 3 с направляющей обоймой 4. Внутри обоймы 4 размещен шток 5, снабженный в верхней части подставкой 6 для грузов 7. В нижней части штока 5 закреплена опора 8 для передачи осевой нагрузки на образец 9. Шток зафиксирован стопором 10. На верхней части направляющей обоймы 4 размещен концевой выключатель 11, который включен в электрическую цепь 12 электронно-механических часов 13 с секундной стрелкой. Камера 1 заполняется эталонной или исследуемой жидкостью 14. The device includes a
Пример осуществления способа. An example implementation of the method.
В камеру 1 помещают образец 9 при верхнем положении штока 5; после чего шток перемещают вниз до контакта опоры 8 с верхним торцом образца 9 и фиксируют шток 5 стопором 10. На подставку 6 устанавливают заданный груз 7 и отпускают стопор 10, нагружая образец. Вливают в камеру 1 известный объем испытуемой жидкости 14 (фильтрата бурового раствора), одновременно включая электронно-механические часы 13. В момент разрушения образца 9 шток 5 интенсивно перемещается вниз, отключая цепь питания часов 13 путем воздействия площадки 6 на концевой выключатель 11 и фиксируя тем самым время разрушения образца в фильтрате (τф). Затем устанавливают во вновь подготовленную камеру 1 новый образец 9 и проводят аналогичные испытания по разрушению образца в эталонной жидкости, фиксируя время. После этого оценивают коэффициент разупрочнения Кр по выражению:
Kр=τэ/τф.
Оценка влияния буровых растворов на разупрочнение глинистых и глиносодержащих пород производится на модельных образцах, изготовленных из частиц одинакового фракционного состава одной и той же породы, при одинаковой нагрузке на образцы.A
K p = τ e / τ f
Assessment of the effect of drilling fluids on softening clay and clay-bearing rocks is performed on model samples made from particles of the same fractional composition of the same rock, with the same load on the samples.
Предлагаемый способ реализован следующим образом. The proposed method is implemented as follows.
Образец аргиллита тюмеской свиты (Томская обл.) измельчают, выделяют фракции размером 0,15 мм и прессуют цилиндрический образец (усилие прессования 40 кН (объемом 5 см3) высота 2,5 см). Объемная плотность образца при влажности 2% составляла 2100 кг/м3.A sample of mudstone of the Tyume Formation (Tomsk Region) is crushed, fractions of 0.15 mm in size are extracted and a cylindrical sample is pressed (pressing force 40 kN (
Изготовленный образец помещают в камеру, прикладывают к нему нагрузку 20 Н и заполняют камеру эталонной жидкостью, в качестве которой использована дистиллированная вода, фильтратом бурового раствора, либо в сравнительных испытаниях буровым раствором. Объем заливаемой жидкости составил 50 см3. Фиксируют время от момента подачи жидкости в камеру до момента разрушения образца.The manufactured sample is placed in a chamber, a load of 20 N is applied to it, and the chamber is filled with a standard fluid, which is used as distilled water, with a mud filtrate, or in comparative tests with a drilling fluid. The volume of liquid poured was 50 cm 3 . The time is fixed from the moment the liquid is introduced into the chamber until the sample is destroyed.
Время разрушения образца в эталонной жидкости составило τэ=100, другие результаты испытаний и их оценка приведены в табл. 2.The destruction time of the sample in the reference liquid was τ e = 100, other test results and their evaluation are given in table. 2.
Анализ результатов сравнительных испытаний по предлагаемому и известному способам показывает, что время разрушения образцов пород в буровых растворах закономерно взаимосвязано с водоотдачей, а в фильтрате такой закономерности не обнаружено. Так, раствор 1 с весьма низкой водоотдачей (5 см3) и раствор 5 со сравнительно высокой водоотдачей (16 см3) обладают наибольшей разупрочняющей cпособностью (1,613), а раствор 3 (величина водоотдачи средняя между растворами 1 и 5 (с водоотдачей наименьшее разупрочняющее действие (0,32).An analysis of the results of comparative tests on the proposed and known methods shows that the time of destruction of rock samples in drilling fluids is naturally interconnected with water loss, and such a regularity was not found in the filtrate. So,
Приведенный пример убедительно свидетельствует о том, что выбор буровых растворов с позиции их разупрочняющего действия необходимо проводить по анализу воздействия на глинистые и глиносодержащие породы не самого бурового раствора, а его фильтрата. The given example convincingly indicates that the choice of drilling fluids from the standpoint of their softening action should be carried out by analyzing the effect on clay and clay-containing rocks not of the drilling fluid itself, but of its filtrate.
Таким образом, предлагаемый способ в отличие от известного позволяет более достоверно оценивать буровые растворы с позиции их разупрочняющего действия на горные породы, тем самым обеспечивая более высокую устойчивость стенок скважины при бурении глинистых и глиносодержащих пород. Это позволит повысить производительность буровых работ при снижении их стоимости. Thus, the proposed method, unlike the known one, allows more reliable assessment of drilling fluids from the position of their softening effect on rocks, thereby providing higher stability of the walls of the well when drilling clay and clay-containing rocks. This will increase the productivity of drilling operations while reducing their cost.
Claims (1)
Kр= τэ/τср,
где Кр коэффициент разупрочнения;
τэ, τср время воздействия на образцы до их разрушения эталонной жидкостью и фильтратом бурового раствора соответственно.The method for determining the influence of drilling fluid on softening clay clay-containing rocks, which consists in applying to the rock sample placed in the test chamber a constant axial load that does not cause its destruction in air, feeding the test or reference fluid to the side surface of the sample and fixing the time from the moment of feeding to a sample of rock fluid until the destruction of the sample in it, characterized in that as the test fluid is used mud filtrate, and softening de the effect of the solution is determined from the ratio
K p = τ e / τ cf ,
where K p the coefficient of softening;
τ e , τ cf the time of exposure of the samples to their destruction by the reference fluid and mud filtrate, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93028581A RU2073227C1 (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93028581A RU2073227C1 (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93028581A RU93028581A (en) | 1995-11-27 |
| RU2073227C1 true RU2073227C1 (en) | 1997-02-10 |
Family
ID=20142321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93028581A RU2073227C1 (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2073227C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620822C1 (en) * | 2016-02-17 | 2017-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Method of mud flush selecting for construction of inclined and horizontal wells troubled in unstable argillaceous deposits |
-
1993
- 1993-05-26 RU RU93028581A patent/RU2073227C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении, 2-е изд.перераб. и доп. -М.: Недра, 1984, с.7-9, 48-51. 2. Авторское свидетельство СССР N 1222670, кл. C 09 K 7/00, 1986. 3. Авторское свидетельство СССР N 1619106, кл. G 01 N 3/00, 1991. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2620822C1 (en) * | 2016-02-17 | 2017-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Method of mud flush selecting for construction of inclined and horizontal wells troubled in unstable argillaceous deposits |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ponce et al. | Shear strength of sand at extremely low pressures | |
| Cheng et al. | Moisture damage evaluation of asphalt mixtures by considering both moisture diffusion and repeated-load conditions | |
| Feng et al. | Dynamic properties of granulated rubber/sand mixtures | |
| Chehab et al. | Specimen geometry study for direct tension test based on mechanical tests and air void variation in asphalt concrete specimens compacted by superpave gyratory compactor | |
| Pezo et al. | Prediction models of resilient modulus for nongranular materials | |
| Mizani et al. | Method-dependent variation of yield stress in a thickened gold tailings explained using a structure based viscosity model | |
| Meeten | A dissection method for analysing filter cakes | |
| Liang et al. | The influence of water on the shear behaviors of intact sandstone | |
| Cao et al. | Experimental study on the effect of key factors on the soil–water characteristic curves of fine-grained tailings | |
| RU2073227C1 (en) | Method of determination of drilling mud effect of weakening of clay and clay-containing rocks | |
| Gnirk | Indentation experiments on dry rocks under pressure | |
| Lins et al. | Determination of hydro-mechanical properties of sand | |
| Goulding | Tensile strength, shear strength, and effective stress for unsaturated sand | |
| Cawsey et al. | A simple sliding apparatus for the measurement of rock joint friction | |
| Miura et al. | Particle-crushing properties of sands under high stresses | |
| Mustafa et al. | Determination of an appropriate method for dispersion of soil samples in laser diffraction particle size analyses | |
| Bardou et al. | Impact of small amounts of swelling clays on the physical properties of debris‐flow‐like granular materials. Implications for the study of alpine debris flow | |
| Casini et al. | Grain size distribution and particle shape effects on shear strength of sand–gravel mixtures | |
| Brandes et al. | Consolidation and permeability characteristics of high-porosity surficial sediments in Eckernförde Bay | |
| Lee Jr | Method to rapidly assess the index properties of fine-grained dredged materials | |
| Peters et al. | Relationship between tensile and compressive strengths of compacted soils | |
| RU2073841C1 (en) | Method of determining influence of drilling mud on consolidation of rock | |
| Baltodano-Goulding | Tensile strength, shear strength, and effective stress for unsaturated sand | |
| Kierzkowski | Oedometer creep tests of a partially saturated kaolinite clay | |
| Vallejo et al. | Fractal pores and the degradation of shales |