Полимерные буровые смеси
Полимерные смеси для бурения — это смеси высокомолекулярных веществ (ВМВ) на базе воды. Молекулы таких веществ построены методом неоднократного повторения мономера — 1-го и такого же звена. Пример на базе мономера поверхностно активного вещества:
В случае чередования различных мономеров в молекуле, такое высокомолекулярное вещество именуется сополимером. Молекулярный вес высокомолекулярных веществ может достигать нескольких миллионов (до 10-14).
Высокомолекулярные вещества разделяются на полиэлектролиты и неэлектролиты.
Полиэлектролиты — это реагенты на базе акриловых полимеров и на базе водорастворимых эфиров целлюлозы. Такие реагенты при диссоциации в воде образуют обычный катион и непростой анион.
Неэлектролиты — это крахмальные реагенты, которые содержат полярные группы, не имеющие заряда.
Последняя группа реагентов из-за отсутствия полиэлектролитных параметров и проблем в хранении для получения полимерных смесей употребляется очень изредка.
Полимерные смеси, в первый раз отыскали свое применение в США в 60-х годах, а в нашей стране в 70-х годах.
Основными особенностями полимерных смесей, определяющими их успешное применение для целей бурения, являются:
1. Псевдопластичные характеристики, благодаря которым полимерные смеси владеют неплохой очистной, несущей (транспортирующей) и удерживающей способностью.
Это обеспечивается тем, что при малых скоростях сдвига, имеющих место в затрубном пространстве скважин, вязкость полимерных смесей во много раз превосходит вязкость воды, а при больших скоростях сдвига, соответствующих для промывочных каналов долот, их вязкость близка к вязкости воды.
2. Способность создавать на стенах скважин полимерную пленку, препятствующую проникновению фильтрата в поры горных пород. Это обосновано проявлением полимерными смесями полиэлектролитных параметров, обеспечивающих, благодаря наличию зарядов, адсорбцию молекул полимера на стенах скважин, также на частичках выбуренных пород. Последнее, т.е. адсорбция молекул полимера на частичках выбуренных пород, обеспечивает улучшение чистки бурового раствора от шлама вследствие процесса флокуляции.
3. Длинноцепочечные полимеры владеют уникальной способностью снижать гидравлические сопротивления при турбулентном режиме течения (эффект Томса, 1949 г.). Экспериментально установлено, что добавки неких высокомолекулярных веществ, позволяют понизить гидравлические сопротивления по сопоставлению с растворителем (водой) на 80 %.
Вывод:
Полимерные смеси по своим многофункциональным свойствам значительно превосходят техно воду, а в ряде всевозможных случаев, и высококачественные глинистые смеси, т.е. являются очень многообещающими очистными агентами при бурении в критериях отсутствия флюидопроявлений (бурении при равновесии давления в системе «ствол скважины – пласт»).
Недочеты полимерных смесей:
— дефицитность российских высокомолекулярных веществ (потребность в полимерных реагентах удовлетворяется на 35-40 %).
— высочайшая цена привезенных из других стран высокомолекулярных веществ (3-16 тыс. долл./тонна);
— низкая стойкость к действию ионов кальция и других поливалентных металлов;