Материалы и реагенты для приготовления промывочных растворов в нефтехимической отрасли
Основным компонентом для приготовления промывочных жидкостей является глина. Отличительная способность глины состоит в том, что, адсорбируя воду, она превращается в вязкий пластичный материал, который легко распускается в воде и образует стабильные суспензии. Глины — осадочные горные породы, представляющие собой смесь различных глинистых минералов с примесью окислов металлов, зерен кварца, полевых шпатов и др. По химическому составу глины относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее распространенные глинообразующие материалы: монтмориллонит (из этой группы наиболее ценные — бентонитовые глины, получившие название от форта Бентон в штате Вайоминг в США — белого, светло-серого цвета), гидрослюда, каолинит и палыгорскит (на Украине).
Размер глинистых частиц обычно менее 0,1 мкм. Средний размер частиц бентонита составляет 0,02–1 мкм, а каолинита 0,1–1 мкм.
Благодаря изоморфной форме частиц и небольшим их размерам глины имеют большую удельную поверхность, что повышает их адсорбционные свойства.
Природные глины обычно состоят из различных глинистых материалов, таких как монтмориллонит, иллит и каолинит, из которых наибольшей активностью обладает монтмориллонит. В глинах могут присутствовать и другие минералы (кварц, полевой шпат, кальцит и др). Глины, используемые для приготовления промывочных жидкостей, могут быть в виде комков и порошков. Выпускаемые промышленностью глинопорошки характеризуются раличным выходом глинистого раствора, который определяется объемом раствора, приготовленного из 1 т глины при эффективной вязкости 18- 20 МПа-с.
В качестве дисперсионной среды для приготовления очистных агентов используется вода, нефть и сжатый воздух. Следует иметь в виду, что жесткость воды ухудшает свойства глинистых растворов.
Для придания раствору определенных технологических свойств, отвечающих требованиям конкретных геологических условий, промывочные жидкости обрабатывают различными химическими реагентами.
Химические реагенты могут вызвать пептизацию или расщепление глинистых частиц и повысить коллоидальность глинистого раствора. Они влияют на их стабильность, процесс структурообразования, повышают устойчивость растворов к действию минеральных солей и регулируют процесс коагуляции.
Регулирование свойств глинистых растворов основано на двух главных принципах:
изменении физико-химического состояния дисперсной системы, свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз;
изменении состава и концентрации твердой фазы.
Изменение состояния дисперсной системы достигается вводом в глинистый раствор соответствующих химических реагентов, а регулирование состава и концентрации дисперсной фазы — разбавлением волой, механическим удалением части твердой фазы, инодом специальных добавок без изменения физико-химического состояния дисперсной системы.
Для регулирования состояния и свойств глинистых растворов применяют химические реагенты двух групп по химической природе: неорганические реагенты — электролиты и органические реагенты — защитные коллоиды.
Электролиты — водные растворы щелочей, кислот и солей, проводящих электрический ток. Действие электролитов основано на изменении свойств связанной и свободной воды в глинистом растворе, что приводит к изменению структурных свойств растворов.
1. Кальцинированная сода — мелкий белый порошок (карбонат натрия Na2C03) увеличивает стабильность и вязкость раствора, уменьшает водоотдачу, а также толщину глинистой корки.
2. Каустическая сода (едкий натр NaOH). Это твердое вещество белого цвета, легко растворимое в воде. Нейтрализует сероводород, обеспечивает растворение органических реагентов, повышает щелочность раствора, а в остальном по действию аналогичен кальцинированной соде. Применяется реже, чем кальцинированная сода, так как опасен (ядовит) в употреблении.
3. Гидроксид кальция (гашенная известь Са(ОН)т) широко применяется при регулировании свойств глинистых растворов.
4. Жидкое стекло — густая прозрачная жидкость, являющаяся водным раствором растворимого стекла (силиката натрия Na2Si03или силиката калия K2Si03). В бурении применяется только силикат натрия. Прибавляется к раствору в количестве 2–5 весовых процентов от объема раствора для повышения вязкости и статического напряжения сдвига при борьбе с поглощениями.
Защитные коллоиды — это органические реагенты.
Действие органических реагентов — защитных коллоидов — на глинистые суспензии связано с тем, что при вводе их в глинистый раствор молекулы этих реагентов адсорбируются на поверхности глинистых частиц, предотвращая их от взаимного слипания. Это приводит к повышению агрегативной устойчивости глинистой суспензии и подавлению способности глинистого раствора к структурообразованию.
Органические реагенты имеют относительно небольшую молекулярную массу, разжижают глинистые суспензии за счет значительного снижения интенсивности структу- рообразования.
Высокомолекулярные органические реагенты загущают эти суспензии чему способствует участие молекул реагента в образовании структуры при высокой концентрации указанных реагентов в растворе.
Основная особенность органических реагентов — это их способность повышать агрегативную устойчивость глинистых суспензий за счет образования на глинистых частицах защитных оболочек.
Ниже приводится характеристика наиболее часто применяемых в практике буровых работ природных или синтетических органических соединений.
1. Углещелочной реагент (УЩР) применяется для повышения стабильности, снижения водоотдачи и вязкости раствора при температуре до 140°С, что важно для бурения глубоких скважин. Изготавливают его из бурого угля и каустической соды. Недостаток его п том, что при встрече с минерализованными водами или растворимыми солями возможна коагуляция раствора и увеличивается вероятность образования глинистых сальников.
2. Торфощелочной реагент (ТЩР), у которого активным веществом являются натриевые соли гуминовых кислот. Применяется для борьбы с поглощениями, так как имеет достаточно высокую вязкость и малую плотность;
3. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — натриевая соль целлюлозно-гликолевой кислоты. Является высокомолекулярным полимерным соединением, хорошо растворимым в воде. При добавлении к раствору 0,5–4,0 весовых процентов от его объема снижается водоотдача, статическое напряжение сдвига и повышается термостойкость раствора (до 180°С при использовании КМЦ-600). Наиболее эффективен в щелочной среде при pH = 8–10.
4. Концентраты сульфитно-спиртовой барды (КССБ) представляют собой кальциевые соли ионосулкфиновых кислот. КССБ может быть в жидком исполнении (КБЖ), в твердом (КБТ) и порошкообразном (КБП). Они характеризуются высокой термостойкостью (до 200°С), снижают вязкость, водоотдачу раствора, а также уменьшают толщину глинистой корки на стенках скважины.
5. Гипан — вязкая жидкость желтого цвета, термостойкая (до 120°С) и является хорошим защитником раствора от коагуляции глинистых частиц при бурении в солях и при пересечении пород, насыщенных соленой водой. В раствор гипан добавляется в количестве до 4 весовых процентов от его объема. При вскрытии водоносных горизонтов на водоптановом растворе подопритоки увеличиваются в 2–2.5 раза.
6. Нефть — добавляется к глинистому раствору до 10–12 % от его объема для повышения стабильности, снижения водоотдачи и липкости глинистой корки.
Литература:
- А. Г. Калинин, В. И. Власюк, О. В. Ошкордин, Р. М. Скрябин Технология бурения разведочных скважин. М.,2004.
