Проникновение в пласт фильтрата бурового раствора

Проникновение в пласт фильтрата бурового раствора является главной причиной потери устойчивости стенок ствола. Проникновение фильтрата ослабляет породу и изменяет распределение напряжений в породе. Глинистые минералы в составе глинистых пород могут вступать в химические реакции с водой, что приводит к дальнейшему ослаблению породы. В этом процессе участвуют несколько различных механизмов.

Снижение радиальных напряжений вследствие проникновения в пласт фильтрата бурового раствора приводит к уменьшению кажущейся прочности породы и к возрастанию кольцевых напряжений. Когда фильтрат проникает в поры, поровое давление возрастает. В результате уменьшается эффективное напряжение (полное напряжение = поровое давление + эффективное напряжение). Жидкость нарушает контакты между зернами, в результате чего разрушается цемент и уменьшается трение между зернами. Фильтрат действует как смазочный материал, который в еще большей степени уменьшает внутреннее трение. И вдобавок ко всему фильтрат вступает в химическое и механическое взаимодействие с глинистыми частицами, что приводит к набуханию и диспергированию глины. Адсорбция воды на поверхности глинистых частиц вызывает появление гидратационных напряжений, в результате чего возрастают кольцевые напряжения и происходит ослабление породы в направлении, параллельном плоскостям напластования.

Когда фильтрат проникает в поры, некоторые глины диспергируются в результате кристаллизационного (адсорбционного) и осмотического набухания (см. Механизмы набухания). Вследствие этого увеличивается проницаемость глинистой породы и возрастает скорость проникновения фильтрата в пласт. Степень набухания и диспергирования зависит от минерального состава глины. Следует заметить, однако, что кристаллизационному набуханию подвержены все глины. Набухание или диспергирование таких " ненабухающих" глин, как иллитовые, не очень заметно, но кристаллизационное набухание влечет за собой проявление гидратационных напряжений и уменьшение прочности породы. Со временем все глинистые породы, находящиеся в контакте с водой, ослабевают вследствие проникновения фильтрата и проявления гидратационных напряжений, обусловленных кристаллизационным набуханием.

Возрастание порового давления вследствие проникновения в пласт фильтрата бурового раствора приводит к уменьшению действующего радиального напряжения. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию кольцевых напряжений (рис. 8-57)