title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Физико-химическая обработка буровых растворов

Физико-химическая обработка буровых растворов

Получение промывочной жидкости необходимого качества, а также сохранение в процессе бурения ранее заданных ей свойств во многих случаях достигается обработкой химическими реагентами и добавками инертных веществ.
Различают первичную и вторичную обработки буровых растворов.
Первичной обработкой исходному раствору придаются свойства, необходимые для бурения в конкретных условиях, вторичной — восстанавливаются свойства раствора, утраченные при бурении под воздействием растворимых пород, минерализованных вод и других факторов
По характеру действия на буровые растворы химические реагенты разделяют на реагенты: стабилизаторы, структурообразователи, пептизаторы, коагуляторы, пенообразователи, пеногасители и эмульгаторы.
Следует иметь в виду, что многие химические реагенты по действию на буровой раствор — многофункциональны.
Реагенты-стабилизаторы, позволяющие регулировать зарядность частиц и гидратацию, подразделяются на реагенты-понизители водоотдачи и реагенты понизители вязкости раствора.
Из большого числа реагентов-понизителей водоотдачи рассмотрим наиболее распространенные.
Углещелочной реагент (УЩР) изготовляют воздействием водного раствора каустической соды (NaOH) на порошок бурого угля. Каустическая сода переводит в раствор содержащиеся в буром угле гуминовые вещества При обработке реагентом глинистого раствора гуминовые вещества покрывают частицы глины защитными слоями, способствующими увеличению гидратационной пленки, в результате чего уменьшается водоотдача и проницаемость образующейся на стенках скважины глинистой корки, улучшается стабильность раствора.
В настоящее время заводским способом приготовляется порошкообразный углещелочной реагент (ПУЩР), поставляемый по заявкам.
Оптимальная дозировка ПУЩР составляет 0,5—4 % на сухое вещество.
Торфо-щелочной реагент (ТЩР) получают при обработке каустической содой торфа. Его активным компонентом являются также гуминовые вещества. Поэтому по характеру действия на глинистый раствор ТЩР аналогичен углещелочному реагенту. Глинистый раствор, обработанный ТЩР, имеет малую плотность и повышенную вязкость, в связи с чем дает хорошие результаты при борьбе с поглощениями.
Конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) выпускается трех марок: КБЖ — густая темно-коричневая жидкость, КБТ — темно-коричневая масса (твердое вещество), КБП — светло-коричневый порошок КССБ применяется для обработки пресных и слабоминерализованных глинистых растворов. Действие ее на глинистые растворы обусловлено наличием в ней лигносульфонатов.
Рекомендуемая дозировка сухой КССБ по массе 1—5%, в жидком виде 5—25 % к объему раствора.
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) представляет собой белый зернистый порошок, хорошо растворимый в воде. КМЦ предназначена для снижения водоотдачи высокоминерализованных промывочных жидкостей. Реагент добавляют в количестве 0,5/1,5% от объема раствора.
Кальцинированная сода (Na2CO3) — белый мелкокристаллический порошок с небольшой растворимостью в воде. Для уменьшения водоотдачи кальцинированную соду добавляют к глинистому раствору в небольших количествах (по массе 0,25/1,5% от объема раствора). Стабильность раствора при этом улучшается, вязкость несколько возрастает.
Тринатрийфосфат (Na3PO4) — белый порошок, хорошо растворимый в воде. Na3PO4 добавляют 0,5 кг на 1 м3 глинистого раствора для снижения водоотдачи и повышения стабильности.
Гидролизованный полиакрилонитрил (гипан) — вязкая желтоватая жидкость, обеспечивающая устойчивую низкую водоотдачу при большой засоленности (NaCl>20%) глинистого раствора. Оптимальная добавка гипана 0,75—2 % от объема раствора.
Хорошо стабилизируются гипаном пресные и слабоминерализованные буровые растворы, но только при высоких температурах (100—200°). Однако при температуре раствора ниже 80° происходит резкое его загустение.
Буровые растворы, содержащие гидроокись кальция (известковые) хорошо стабилизируются гипаном в широком диапазоне температур.
Разновидность гипана — реагент К-4.
Гидролизованный полиакриламид РС-2 получают гидролизом полиакриламида (ПАА) со щелочью непосредственно на буровой.
Реагент РС-2 применяется для снижения водоотдачи пресных и слабоминерализованных растворов с небольшим (до 24%) содержанием глинистой фазы. Рекомендуемая дозировка PC 2 0,15—0,20 % от объема бурового раствора.
Наиболее распространенные реагенты, используемые в качестве понизителей вязкости бурового раствора,— сульфит-спиртовая барда (ССБ), УЩР и полифенол лесохимический.
Полифенол лесохимический (ПФЛХ) представляет собой твердое вещество темно-коричневого цвета. При хранении на воздухе расплывается. ПФЛХ применяется в виде водных растворов, приготавливаемых непосредственно на буровой.
Для эффективного снижения вязкости и начала статического сдвига рекомендуется следующая дозировка: ССБ—14-3; УЩР — 0,4/1; ПФЛХ — 0,4/0,5 % от объема обрабатываемого глинистого раствора.
Для повышения структурно механических свойств буровых растворов применяются реагенты-структурообразователи.
Жидкое стекло (Na2O*nSiO2) повышает вязкость и прочность структурной решетки буровых растворов путем добавления 2—5 % на единицу объема. Оно представляет собой вязкую жидкость от светло-желтого до желтовато-коричневого и серого цвета.
Следует иметь в виду, что добавление жидкого стекла к раствору вызывает увеличение его плотности.
Кальцинированная сода, добавленная к глинистому раствору в количестве 2—3,5 % от объема, вызывает уменьшение гидратных оболочек, что приводит к образованию гидрофильной коагуляционной структуры. Статическое напряжение сдвига и вязкость раствора увеличиваются.
Поваренная соль (NaCl) добавляется к буровому раствору для усиления его структурно-механических свойств в виде водного раствора 10—15%-ной концентрации в количестве 0,5—1%.
Для улучшения структуры малоглинистых растворов и растворов из неглинистых материалов используется измельченный асбест. Добавки его составляют 1—2%.
В качестве реагентов-пептизаторов, вызывающих распад слипшихся комочков твердой фазы в растворе, применяются каустическая сода (NaOH), кальцинированная сода (Na2CO3), углещелочной реагент и др.
Широко используются для обработки буровых растворов поверхностно-активные вещества (ПАВ). Растворенные в жидкости, они имеют способность концентрироваться на поверхности раздела фаз, образуя на контакте с другой несмешивающейся жидкостью, с твердым телом или газом тонкие адсорбционные слои, повышающие смачивающую способность и активно изменяющие характер взаимодействия между фазами раствора.
Важное свойство ПАВ — способность влиять на качество обрабатываемых глинистых и других растворов при введении в очень малых количествах, составляющих доли процента.
ПАВ делятся на неионогенные и ионогенные, а последние в свою очередь — на анион активные и катионактивн ы е.
Неионогенными ПАВ являются образователи пены ОП-4, ОП-7, ОП-10, оксиэтилированныс фенолы ОФ-20, ОФ-30, УФЭ 8, петролатум и др.
К анионактивным ПАВ относятся сульфонат, азолят А, азолят Б, детергент советский ДС и ДС-РАС, «Прогресс», «Новость», сульфонол, НП-1 и др., с катионактивным ПАВ — катамин А, катапин А, карбозолин О, алкамон ОС-2.
Добавки различных ПАВ к воде, глинистым и специальным буровым растворам позволяют: 1) понизить твердость горных пород при бурении; 2) повысить смазочные свойства промывочной жидкости; 3) эмульгировать буровой раствор; 4) аэрировать раствор; 5) повысить стабильность аэрированного механическим способом бурового раствора; 6) бороться с насыщением промывочной жидкости газом.
В существующем разнообразии ПАВ могут быть подобраны понизители твердости для каждой породы. Пока наибольшее применение получили ОП-10, УФЭ-8, сульфонол, диталан, превацелл.
Добавки ПАВ уменьшают абразивное действие промывочной жидкости и снижают износ бурильных труб и породоразрушающего инструмента. В качестве смазывающих добавок используют азолят А, азолят Б, сульфонол, ДС-РАС, СМАД (смазочная добавка). С этой же целью используются нефть, нефтепродукты, графит как в виде самостоятельных добавок, так и в комбинации с ПАВ.
Для стабилизации искусственно насыщенных воздухом растворов, применяемых в ряде случаев для борьбы с поглощениями промывочной жидкости, используют ОП-7, ОП 10, азолят А, азолят Б, смачиватель НБ и др.
Вместо механического введения воздуха в буровой раствор его можно аэрировать поверхностно-активными веществами ДС, ДС-РАС, сульфонолом, азолятом, «Прогрессом», «Новостью» и др.
Чрезмерное насыщение промывочной жидкости газовой фазой ухудшает работу буровых насосов и может привести к выбросам. Для дегазации растворов используются ПАВ: пеногасители НЧК (нейтрализованный черный контакт), стеарокс-6 и др., а также нефть.
Следует также иметь в виду, что большинство ПАВ действуют на буровой раствор как стабилизаторы или как пептизаторы.
Разработка рецептуры ПАВ и методики их применения — одно из перспективных направлений совершенствования технологии бурения скважин.

title-icon Подобные новости