Технология и техника бурения в 2 частях Часть Горные породы

Направление влагопереноса в скважине в зависимости от значения К
в
 
Значение К
в
Направление
влагопереноса
Коэффициент
устойчивости К
ст 
= у
c/уcc
1,0
< 1,0
>1,0
Равновесное состояние
Увлажнение породы
Обезвоживание породы
1,0
< 1,0
t 1,0
Примечание. К
ст
— коэффициент устойчивости ствола в интервале ис-
пытуемой породы; у
c, уcc– устойчивость ствола соответственно без и с учетом 
физико-химического воздействия раствора на породу.
Осмотическая составляющая (i
п 
и i
р
) в уравнениях (1.28) и 
(1.29) может иметь существенное значение только при наличии в 
породе слабосвязанной и свободной воды.
Первый член в правой части уравнения (1.29) определяется пе-
репадом давления между породой и скважиной, а также проницае-
мостью глинистой корки. Очевидно, что с уменьшением проницае-
мости глинистой корки для удаления воды их бурового раствора 
нужно все большее давление.
Отсюда следует актуальность разработки и применения буро-
вых растворов с малой проницаемостью корки, формирующейся на 
стенках скважины.
Количественная оценка энергии связи молекул воды с частица-
ми породы и давления, возникающего при формировании адсорб-
ционных слоев, может быть произведена исходя из следующих рас-
суждений.
В соответствии с теорией полимолекулярной адсорбции По-
ляни силы, обусловливающие проникновение воды в породу, 
зависят от уровня энергетических связей молекул воды с мине-
ралами. Энергия этих связей определяется адсорбционным по-
тенциалом, который является функцией расстояния от поверх-
ности адсорбента. Максимальное значение потенциал имеет на 
границе адсорбент — адсорбционный объем, поэтому наибольшей 
энергией будут обладать молекулы воды, формирующие первый 

---

1. Общие сведения о горных породах 
69
молекулярный слой на поверхности частиц породы. Энергия свя-
зей последующих молекулярных слоев, образующихся в пределах 
действия адсорбционных сил, будет уменьшаться по мере удале-
ния от поверхности раздела фаз вплоть до нулевых значений в 
свободной воде.
Допустим, что энергия связи молекул воды с частицей изменя-
ется при переходе от одного молекулярного слоя к другому на одну 
и ту же долю энергии предшествующего слоя. Энергию связи в лю-
бом адсорбционном слое 
 
E
n
= E
max
g
E
n –1
,
(1.30)
где E
n
— энергия связи молекул воды с породой в n-м молекулярном 
слое; E
max
— энергия связи молекул воды с породой в 1-м молеку-
лярном слое (ее значение является максимальным и соответствует 
термодинамическому потенциалу); g
E 
— градиент изменения энер-
гии связей молекул воды при переходе от одного молекулярного 
слоя к другому.
Полагая, что давление, развивающееся в породе при адсорбци-
онном всасывании воды, пропорционально энергии образующихся 
связей, по аналогии с выражением (1.30) запишем
 
P
an
= P
amax
g
г
n – 1
,
(1.31)
где P
an
, P
amax
— адсорбционное давление соответственно в n-м и 1-м 
от поверхности частицы молекулярных слоях; g
г
— градиент изме-
нения гидратационных напряжений при переходе от одного моле-
кулярного слоя к другому.
Значение P