Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Классификация реагентов для химической обработки промывочных жидкостей

В Настоящее время существует ряд классификаций химиче­ских реагентов. Имеются классификации по назначению, хими­ческому составу, растворимости, солестойкости, термостойко­сти и др. Сложность классификации реагентов заключается в неоднозначности проявления их свойств в различных условиях. Так, характер действия ряда реагентов зависит от типа глины (твердой фазы), степени солености дисперсионной среды и ее состава, температуры и т. д. Реагент, выступающий в пресных растворах как структурообразователь и понизитель водоотда­чи, в минерализованной среде может вести себя как разжижи-тель, повышающий водоотдачу, и наоборот.

Многие реагенты обладают комбинированным действием. Например, вещества, понижающие водоотдачу, могут снижать и вязкость. В то же время среди понизителей водоотдачи встре­чаются реагенты, повышающие вязкость, т. е. обладающие структурообразующими свойствами. Характер наиболее опти­мального действия реагента определяется его концентрацией, которая зависит от условий применения. В то же время сущест­венное отклонение концентрации от оптимальной может изме­нять характер действия реагента на обратный. Все это затруд­няет создание единой классификации реагентов, поэтому их подразделяют по одному-двум признакам.

Наиболее целесообразна классификация реагентов по соста­ву и назначению, в которой все вещества делятся на неоргани­ческие — реагенты-электролиты и органические — реагенты-стабилизаторы (защитные коллоиды). И в ту и в другую груп­пы входят вещества специального назначения (функциональ­ные и многофункциональные добавки). Детальное деление ре­агентов каждой группы приведено на рис. 36.

Реагенты классифицируются по основному эффекту воздей­ствия на промывочную жидкость. Однако в ряде случаев ре­агенты оказывают побочное действие, которое может привести как к положительному, так и отрицательному эффекту. Комби­нируя реагенты различных групп, можно усилить желательное и ослабить нежелательное действие химической обработки.

Использование реагентов сопровождается рядом явлений, из которых наиболее важные — сенсибилизация, аддитивность, си­нергизм, антагонизм, привыкание.

Сенсибилизация проявляется в ухудшающем действии защитных реагентов, если они добавляются в незначительных количествах. Применительно к электролитам сенсибилизация приводит к снижению порога коагуляции.

Аддитивность характеризуется независимым действием реагентов. Эффект аддитивного действия двух или более реаген­тов является арифметической суммой эффектов каждого.

Синергизм — это взаимное усиление действия компонен­тов по сравнению с эффективностью каждого из них порознь. Синергизм —основа комбинированных обработок двумя, тремя и большим числом реагентов, наиболее эффективных в совре­менной практике бурения. Здесь необходимо иметь в виду, что эффективно далеко не каждое сочетание реагентов.

Антагонизм связан с противодействием реагентов друг другу. При антагонизме реагентов для получения требуемого эффекта их нужно добавить больше, чем это необходимо по правилу аддитивности. Крайняя степень проявления антаго­низма — несовместимость реагентов.

Привыкание проявляется в постепенном снижении эф­фективности действия реагентов при повторных добавках.

Полностью механизм всех этих явлений не изучен. В основе их лежат принципы нейтрализации зарядов частицы твердой фазы, сжатие адсорбционных слоев, взаимодействие между функциональными группами реагентов и целый ряд других.

Неорганические реагенты (электролиты)

Неорганические реагенты делятся на реагенты многофунк­ционального действия и ингибиторы. К первым относятся ще­лочные реагенты и неорганические вещества полимерного ха­рактера.

Ингибиторы являются коагуляторами дисперсных си­стем, повышают вязкость, статическое напряжение сдвига рас­твора, при этом увеличивается показатель фильтрации. Они применяются, как правило, в комбинации с другими реагента­ми, в первую очередь с реагентами-стабилизаторами, которые ослабляют отрицательное действие ингибиторов на реологичес­кие и фильтрационные свойства промывочных жидкостей. К ин­гибиторам относятся природные соли, искусственные соли и вя­жущие вещества.

К щелочным реагентам Относятся кальцинированная сода Na2CO3, каустическая сода (едкий натр) NaOH и едкий калий КОН (используется реже). Они применяются как пептизаторы, коагулянты, регуляторы рН, а также в качестве составных час­тей многих комбинированных реагентов.

Кальцинированная сода — один из наиболее упо­требительных реагентов в разведочном бурении. Она представ­ляет собой белый мелкокристаллический порошок, обладающий небольшой растворимостью в воде. Кальцинированная сода Na2CO3 применяется для улучшения качества растворов из кальциевых или кальциево-натриевых глин, восстановления свойств раствора при бурении (в особенности пород, содержа­щих растворимые соли кальция), для повышения рН дисперси­онной среды. Реагент общеулучшающего действия.

Перевод кальциевой глины в натриевую при обработке кальцинированной содой происходит по схеме:

Са-глина + Na2CO3 = Na-глина + CaCO3↓.

При небольших концентрациях (0,75—1%) она вызывает значительное повышение гидрофильности частиц глины, что способствует пептизации, облегчает измельчение первичных час­тиц глины при приготовлении глинистых растворов. Показатель фильтрации и толщина корки снижаются, повышается ста­бильность и несколько возрастает условная вязкость.

С повышением концентрации кальцинированной соды до 2— 3,5% толщина гидратных оболочек начинает уменьшаться, что приводит к образованию гидрофильной коагуляционной струк­туры. Статическое напряжение сдвига и условная вязкость уве­личиваются. Несколько возрастает показатель фильтрации. Улучшаются тиксотропные свойства раствора.

Дальнейшее увеличение концентрации Na2CO3 ведет к ис­чезновению гидратных оболочек, слипанию частиц по плоским поверхностям, глина начинает выпадать из раствора, наступа­ет гидрофобная коагуляция.

Кальцинированная сода применяется и для смягчения во­ды, идущей на приготовление промывочных жидкостей. На каждый моль устраняемой жесткости на 1 м3 воды требуется 120—150 г соды.

Каустическая сода NaOH может быть в твердом и жидком виде, гигроскопична. По действию на растворы она аналогична кальцинированной соде, но действует более актив­но и не образует нерастворимых соединений с кальцием и маг­нием. Вследствие высокой активности каустической соды подо­брать оптимальную ее концентрацию трудно. Непосредствен­ные добавки NaOH в раствор нежелательны. Каустическая со­да дороже кальцинированной, опаснее в обращении. Она вво­дится главным образом совместно с другими реагентами. Чрез­мерные добавки ее опасны с точки зрения не только возможной гидрофобной коагуляции, но и ухудшения устойчивости стенок скважины.

К Реагентам полимерного характера Относятся фосфаты, хроматы, бихроматы и силикат натрия (жидкое стекло). Это неорганические полимеры.

Фосфаты представляют собой фосфорнокислые соли нат­рия в виде стекловидного кристаллического вещества, хорошо растворимого в воде. Тринатрийфосфат (Na3PO4) и пирофосфат (Nа4Р2О7) используются для связывания ионов кальция. При этом образуются нерастворимые в воде фосфорнокислые соли кальция.

Чаще применяют полифосфаты (конденсированные фосфа­ты): триполифосфат, гексаметафосфат и тетраполифосфат нат­рия. Это соли полифосфорных кислот, обладающие высокой от­носительной молекулярной массой и представляющие собой це­почки обычных фосфатов. Полифосфаты связывают ионы каль­ция без образования осадка нерастворимой соли. Образующие­ся при этом комплексные соединения фосфатов с ионами каль­ция не диссоциируют и не ухудшают свойства глинистых рас­творов. Вследствие высокой относительной молекулярной мас­сы полифосфаты образуют вокруг частиц глины защитные обо­лочки, препятствующие коагуляции. Такое воздействие обуслов­ливает разжижение глинистых растворов. С повышением темпе­ратуры раствора разжижающий эффект пропадает. Эти реаген­ты применяются в виде 5—10%-ных водных растворов.

Хроматы и бихроматы — кристаллические порошки соответственно желтого и оранжево-красного цвета, весьма ядо­виты. Они применяются для повышения термостойкости глини­стых растворов в виде водных растворов 5—10%-ной концент­рации. Хроматы (Na2CrO4, К2СrО4) — соли хромовой кислоты, бихроматы (Nа2Сг2О7, К2Сr2О7) — соли бихромовой кислоты.

Сами хроматы не улучшают свойства растворов, но эффек­тивны в промывочных жидкостях, обработанных лигносульфо-натами и нитролигинином. Не рекомендуется использовать их в растворах, обработанных реагентами, подверженными деструк­ции (КМЦ и другие водорастворимые эфиры целлюлозы). Для получения лучших результатов хроматами в количестве 2—3% обрабатывают непосредственно реагенты-стабилизаторы. Ис­пользуют и другие соединения хрома, в частности сернокислый хром.

Жидкое стекло (силикат натрия или калия) — вязкая жидкость от светло-желтого до коричневого и серого цвета. В бурении применяется водный раствор силиката натрия Na2O •NSiO2. Он поставляется в виде водного раствора плотностью 1,3—1,8 г/см3 и характеризуется модулем N = SiO2/Na2O.

Для химической обработки глинистых растворов применяет­ся жидкое стекло с модулем N = 2,4÷3. Оно обладает щелочной реакцией, так как является солью сильного основания и слабой кислоты, и применяется для повышения вязкости и статическо­го напряжения сдвига глинистых растворов при борьбе с погло­щениями, при этом повышается водоотдача. Практическая кон­центрация жидкого стекла зависит от концентрации твердой фазы в глинистом растворе и типа глины и колеблется от 0,25 до 4%. Жидкое стекло обладает способностью создавать струк­туру даже в суспензиях, образующихся при разбуривании раз­личных пород неглинистого комплекса. Чаще жидкое стекло применяется совместно с другими реагентами и добавками, в зависимости от условий выполняет функции стабилизатора, структурообразователя, ингибитора и используется для полу­чения ингибированных силикатных растворов, где концентрация его может доходить до 15%.

Из природных солей Наиболее распространены хлористый натрий, хлористый калий, бишофит, карналлит.

Хлористый натрий (поваренная соль) NaCl хорошо растворим. Насыщенный раствор содержит его около 30%. При небольших концентрациях (0,1—0,3%) он вызывает повышение вязкости и статического напряжения сдвига растворов из нат­риевых глин, содержащих несолестойкие реагенты — стабилиза­торы. В растворах кальциевых глин незначительно увеличивает структурные свойства. При повышении концентрации он может вызвать гидрофобную коагуляцию. Хлористый натрий использу­ется для повышения статического напряжения сдвига глинисто­го раствора, обработанного защитными коллоидами, при этом концентрация его составляет 0,5—1%.

Насыщенные растворы NaCl применяются при разбуривании пластов растворимой каменной соли и набухающих глин, в зо­нах многолетнемерзлых пород, а также при бурении в зимнее время.

Хлористый калий (сильвин) КСl — кристалличе­ское соединение белого, голубого или землисто-красного цвета. Он вводится в количестве до 7%. Эффект калиевой обработки не зависит однозначно от минералогического состава глинистых пород. Возможна комбинация хлористого калия с MgCl2, тогда в качестве реагента используется карналлит.

Бишофит MgCl2•6H2O хорошо растворяется в воде любой минерализации. Он предназначен для получения буровых рас­творов на основе гидрогеля магния, а также применяется в ка­честве составного компонента магниевых ингибированных рас­творов, используется в концентрации до 5—7%. Реагент гигро­скопичен и требует хранения в закрытой таре.

Карналлит КСl, MgCl2• 6Н2О — двойная соль хлористых калия и магния. Цвет его — молочно-белый, часто красноватый. Вводится в количестве до 7%. Карналлит применяется как ин­гибитор, а также при разбуривании пластов солей. Б последнем случае концентрация его повышается до 15—20%.

Реже в качестве ингибирующих добавок используются дру­гие природные соли, являющиеся отходами калийной промыш­ленности: сильвинит NaCl•MgCl2, кизерит MgSO4•H2O, хлори­стый магний MgCl2 и др.

К искусственным солям-ингибиторам Относятся хлористый кальций, соли алюминия и сернокислое железо.

Хлористый кальций СаСl2 — бесцветное или белое кристал­лическое вещество, очень гигроскопичное, может поставляться и в жидком виде. Он легко растворяется в воде, применяется в качестве крепящего компонента в ингибирующих растворах, а также для кальцинирования глинистых растворов. В процессе воздействия хлористого кальция на частицы натриевой глины катионы натрия вытесняются из обменного комплекса катиона­ми кальция и глина превращается в кальциевую.

Хлористый кальций взаимодействует с едким натром с об­разованием извести и хлористого натрия, поэтому при попада­нии СаСl2 в промывочную жидкость, содержащую едкий — натр, щелочность ее снижается. Добавляется СаСl2 в количестве доЗ%.

Соли алюминия — очень сильные ингибиторы, приме­няются алюминиевые квасцы, например калиевые К2SО4•Al2(SO4)3• 24Н2О, алюмоаммонийные (NH)4Al2(SO4)3• 24Н2О, алюминаты — соли гидрата окиси алюминия, например алюми­нат натрия Na2Al2O3, сульфат алюминия Al2(SO4)3. Соли алю­миния добавляются в концентрации до 2—3%.

Сернокислое железо Fe2(SO4)3 и железный купорос Fe2SO4•7H2O — сильные ингибиторы, добавляются в количест­вах до 1 %.

К вяжущим веществам относятся известь, гипс и цемент. Они вводятся главным образом для повышения статического напря­жения сдвига и вязкости растворов при борьбе с поглощениями. Эти ингибиторы являются носителями ингибирующих ионов и используются для приготовления ингибированных растворов.

Гашеная известь (гидроокись кальция) Са(ОН)2 по­лучается из окиси кальция путем обжига известняка с после­дующим гашением водой. Она используется для повышения со­держания ионов кальция и увеличения рН промывочной жид­кости. Гашеная известь очень плохо растворяется в воде. В насыщенном водном растворе находится всего 0,2% извести, поэтому известь используется в промывочных жидкостях в виде так называемого известкового молока — суспензии извести в во­де в соотношении 1:3. При вводе извести глинистый раствор временно загущается. После тщательного перемешивания загустевание исчезает, но показатель фильтрации остается повы­шенным. Значительно увеличивается и толщина глинистой корки.

Известь используется для кальцинирования глинистых рас­творов — снижения чувствительности к загущающему действию выбуриваемой глины, как средство для создания щелочной ре­акции в присутствии солей кальция. Хорошие результаты дает обработка известью глинистых растворов, потерявших воспри­имчивость к химическим реагентам, добавляемым для снижения вязкости и статического напряжения сдвига.

Известь требует осторожного обращения, так как она вызы­вает ожоги при попадании на кожу. Она опасна при попадании в глаза.

Гипс CaSO4•2H2O добывается из естественных залежей. Он трудно растворяется в воде, подобно извести, и применяется для повышения статического напряжения сдвига и вязкости рас­творов при борьбе с поглощениями. В комбинации с реагента­ми-стабилизаторами гипс используется для приготовления гипсовых растворов, которые обладают повышенной термостойко­стью. Он вводится в количестве до 2%.

Цементы вводятся главным образом для повышения ста­тического напряжения сдвига и вязкости растворов. Глинозе­мистый цемент добавляется как носитель солей алюминия при приготовлении алюминатных растворов. Добавка его составля­ет до 3%.

Органические реагенты

Стабилизаторы (защитные коллоиды), Как правило, пред­ставлены высокомолекулярными реагентами, однако составы, применяемые в бурении, являются смесью высокомолекулярных и низкомолекулярных фракций. Высокомолекулярные реагенты эффективно снижают показатель фильтрации, при этом вяз­кость растворов обычно возрастает. Низкомолекулярные ре­агенты разжижают раствор и уменьшают прочность структуры, так как образуемая ими защитная пленка нарушает сцепление между частицами. Таким образом, реагенты-стабилизаторы — одновременно понизители показателя фильтрации. Преоблада­ние тех или иных свойств зависит от соотношения высокомоле­кулярных и низкомолекулярных фракций и конкретных условий

Применения реагента.

Реагенты-стабилизаторы делятся на реагенты общеулучшающего действия, разжижители и структурообразователи.

К реагентам общеулучшающего действия относятся гуматные, УЩР, ТЩР, нитрогуматные и хромгуматные.

Гуматные реагенты — это щелочные вытяжки из бу­рого угля, торфа, сапропеля и продукты их модификации.

Углещелочной реагент УЩР вследствие низкой сто­имости, доступности материалов и высокой эффективности по­лучил наибольшее распространение. Реагент состоит из воды, бурого угля и каустической соды. Основные активные состав­ляющие его — натриевые соли гуминовых кислот и желатинозные вещества, представляющие собой тонкодисперсные углегу-миновые комплексы. УЩР применяется для снижения водоотда­чи и стабилизации раствора. Он — интенсивный пептизатор твердой фазы раствора, эмульгатор и реагент-регулятор рН. Стабилизирующее действие УЩР зависит от соотношений ка­тионов Са и Na в обменном комплексе. При его добавке фильт­рационная корка становится плотной, но и более липкой. Ста­тическое напряжение сдвига резко уменьшается, чаще до нуля, Он уменьшает вязкость растворов.

Оптимальная концентрация УЩР составляет 15—20%. Ка­чество его зависит от содержания гуминовых и желатинозных веществ. С повышением концентрации гуминовых веществ улучшается способность УЩР уменьшать водоотдачу, однако действие его как понизителя вязкости глинистых растворов при этом снижается. Для поддержа­ния низкой фильтрации необхо­димо, чтобы в глинистом раство­ре содержалось не менее 3,5—4% гуминовых веществ. Большие концентрации УЩР не ведут (как при добавке электролитов) к но­вому увеличению водоотдачи, но ‘ вызывают существенный рост вязкости, слипание частиц, ухуд­шение стабильности, а иногда и гидрофобную коагуляцию. Об­щий характер влияния УЩР на основные параметры глинистого раствора приведен на рис. 37.

Рис. 37. Зависимость основных свойств глинистого раствора среднего качества от добавки

Область применения УЩР ограничена минерализацией не выше, чем у морской воды. При большем содержании солей гли­нистые растворы, обработанные УЩР, гидрофобно коагулируют. Реагент чувствителен к хлористому кальцию. Многосторонность УЩР делает его реагентом общего улучшающего действия для растворов различных назначений и типов.

Приготовление УЩР — процесс нейтрализации гуминовых кислот едким натром, в результате которого образуются соли — гуматы натрия. УЩР готовят следующим образом. В глиноме­шалку, наполовину заполненную водой, загружают расчетное количество каустической соды и перемешивают до полного рас­творения. Затем загружают расчетное количество дробленого и просеянного бурого угля и перемешивают в течение 1,5—2 ч. При этом происходит частичное растворение гуминовых кислот. Для полного извлечения гуминовых кислот этого времени недо­статочно, поэтому после добавления в глиномешалку воды до верха и повторного перемешивания в течение 1—2 ч полученный реагент сливают в запасную емкость, где выдерживают его в течение суток. Правильно приготовленный и выдержанный УЩР содержит до 5% гуминовых веществ.

На 1 м3 пресной воды требуется 100—150 кг сухого бурого угля и 10—30 кг каустической соды (в пересчете на сухую мас­су). Плотность УЩР составляет 1,04—1,05 г/см3, водоотдача 2—3 см3.

По данным В. С. Баранова и 3. П. Букс, содержание буро­го угля и каустической соды для малоколлоидных кальциевых глин составляет соответственно 10 и 2,5%, а для высококолло­идных натриевых глин 13—15 и 1,8—2,0%. Для определения максимального количества каустической соды приготовляют в одинаковых условиях три — пять порций УЩР с разным соот­ношением угля и щелочи и обрабатывают этими реагентами глинистый раствор. По образцу, давшему наилучшие результаты в условиях опыта, находят необходимую концентрацию кау­стической соды.

На практике рецептуру УЩР характеризуют обычно отно­шением процентного содержания угля и каустической соды в реагенте. Например, состав 13:2 означает, что на 13 массовых частей угля приходится 2 массовые части каустической соды.

Все большее распространение получают сухие порошкооб­разные УЩР, приготовляемые заводским способом, так назы­ваемые ПУЩР. Рецептура таких ПУЩР различна и колеблется от 15:2 до 10:2. Порошкообразный УЩР поставляется в бу­мажных мешках. Он удобен в работе, так как добавляется в глинистый раствор без какой-либо предварительной подготов­ки. Однако хранить такой реагент трудно, так как возможно самовозгорание. Кроме того, качество сухого УЩР может су­щественно изменяться.

В торфощелочном реагенте (ТЩР) активные ве­щества представлены натриевыми солями гуминовых кислот, поэтому он во многом аналогичен УЩР. Торфощелочной ре­агент менее активен как понизитель водоотдачи, отличается по­вышенной вязкостью, передавая это свойство и обрабатываемо­му им раствору. Добавка ТЩР к промывочной жидкости реко­мендуется для борьбы с небольшими поглощениями, так как полученные растворы имеют повышенную вязкость и содержат волокна торфа, закупоривающие каналы ухода промывочной жидкости.

Состав компонентов для приготовления ТЩР примерно тот же, что и для УЩР. Применение его целесообразно в районах, где добывается торф.

Нитрогуматные реагенты получают путем окисле­ния бурого угля 8%-ной азотной кислотой при температуре 50—60 °С и перемешивании массы с соотношением жидкой и твердой фаз 5:1. Из этой группы реагентов применяется суль­фированный нитрогуматный реагент (СНГР), который получают дополнительной обработкой (сульфированием) угля бисульфи­том натрия в присутствии щелочи. Нитрогуматные реагенты хо­рошо сочетаются с известковой обработкой. Они добавляются

В количестве 3—5%.

Хромгуматные реагенты представляют собой продукты окисления бурого угля хромпиком. Они используются как реагенты общеулучшающего действия при повышенных забой­ных температурах. При отсутствии заводского реагента анало­гичный эффект получается раздельным введением в раствор УЩР и хроматов (бихроматов) в количестве до 0,2%.

К Реагентам-разжижителям Относятся реагенты на основе лигнина, танниды, кремнийорганические жидкости.

Лигнин — вторая после целлюлозы составная часть (до 30—35%) древесины, отход целлюлозно-бумажной и гидролиз­ной промышленности. Компоненты, ухудшающие качество бу­маги при ее производстве из древесины, в том числе лигнин, удаляют, обрабатывая древесину кальциевой, натриевой или аммонийной солью сернистой кислоты. Лигнин превращается в водорастворимое соединение — лигносульфоновые кислоты, ко­торые являются основой производства реагентов-лигносульфонатов. Они не подвержены бактериальному воздействию, устойчи­вы при длительном хранении.

Сульфит-спиртовая барда (ССБ) представляет собой смесь кальциевых, натриевых и аммонийных солей сульфоновых кислот. Густая темно-коричневая жидкость с харак­терным запахом и плотностью 1,2—1,3 г/см3 содержит до 50% сухого вещества. Имеются твердые и сухие порошкообразные разновидности ССБ, которые получаются после выпаривания воды.

Химически ССБ относится к кислым средам (рН = 3,5÷4,5). Приготовление реагента заключается в разбавлении ССБ водой так, чтобы масса сухого вещества составляла 30% на единицу объема реагента. Для улучшения качества реагента в него до­бавляют водный раствор каустической соды с содержанием ее 15—20 кг на 100 кг сухого вещества.

Обработка ССБ концентрированным едким натром недопу­стима: лигносульфонаты коагулируют с образованием густой резиноподобной массы. В концентрированных растворах хлори­стых натрия, кальция и магния ССБ не растворяется. Основное назначение ССБ — разжижение глинистых растворов из каль­циевых глин. При этом несколько снижается показатель фильт­рации и существенно, иногда до нуля, — статическое напряже­ние сдвига. Глинистая корка растворов, обработанных ССБ, от­личается уплотненностью. Концентрация реагента ССБ в гли­нистом растворе может достигать 20—25%.

Поверхностная активность лигносульфонатов приводит к об­разованию устойчивой пены в глинистом растворе. Пенообразование возникает при концентрации ССБ 0,2—0,3% и быстро возрастает по мере увеличения количества реагента. Чрезмер­ное содержание воздуха в глинистом растворе может вызвать остановку насосов, поэтому при больших концентрациях ССБ в растворы одновременно вводят пеногасители.

Конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) представляет собой модифицированный реагент ССБ, конденсированный с формальдегидом в присутствии фе­нола. По внешнему виду этот реагент напоминает ССБ, но име­ет плотность 1,12—1,14 г/см3 и содержит 18—20% сухих ве­ществ.

КССБ — эффективный разжижитель и понизитель водоотда­чи как пресных, так и минерализованных растворов, вызывает уменьшение толщины глинистой корки. Статическое напряжение сдвига растворов, обработанных КССБ, снижается, но в мень­шей степени, чем при обработке ССБ. Весьма эффективна КССБ в условиях сульфатной и хлоркальциевой агрессий. Особенно успешно она применяется при обработке утяжеленных глинистых растворов.

КССБ добавляют в количестве 0,5—4% в пересчете на сухое вещество. В специальные растворы можно добавлять и большее количество. Так как нейтрализация лигносульфоновых кислот после конденсации проводится щелочью, то КССБ используют без добавок каустика. При высоких концентрациях возможно пенообразование в обработанных растворах. КССБ может быть в жидком и порошкообразном видах.

Хромлигносульфонат (окзил) — окисленная ССБ. Получают его при обработке ССБ хроматами с серной кисло­той. Реагент комбинированного действия, активный разжижи­тель, особенно при рН = 9÷10. Стабилизируя дисперсную систе­му, он снижает водоотдачу, увеличивает глиноемкость раство­ров. В отличие от гуматов, окзил находится в жидкой фазе и активно адсорбируется твердой фазой, особенно глиной. Часть его разлагается, и освобождающиеся ионы хрома вытесняют из обменного комплекса другие катионы, необменно фиксируются глиной, ингибируют ее. При большом засолении окзил предот­вращает коагуляционное загущение, но теряет способность сни­жать водоотдачу. Концентрация окзила в растворах может со­ставлять до 10%.

Феррохромлигносульфонат (ФХЛС) — окислен­ная ССБ, продукт модификации ССБ хромом и железом. По сравнению с хромлигносульфонатом ФХЛС обладает более вы­сокой ингибирующей способностью и более активно снижает во­доотдачу, добавляется в количествах до 4—10%.

Действие хромлигносульфонатов усиливается при комбини­ровании их с другими реагентами, в частности с гуматами.

Окисленный лигнин — продукт окисления гидролиз­ного лигнина, который является отходом при производстве спирта и других пищевых, кормовых и технических продуктов. В зависимости от способа обработки получают различные про­изводные лигнина. В результате окисления лигнин приобретает способность растворяться в воде.

Окисленные лигнины поставляются в виде коричневых по­рошков, которые растворяются в воде, содержащей 2—3% ед­кого натра. В водном растворе реагента содержится примерно 10% окисленного лигнина. Реагент устойчив при хранении. Для агрессивных сред он непригоден.

Нитролигнин получают путем окисления лигнина азот­ной кислотой. Од отличается от исходного лигнина меньшей относительной молекулярной массой, вводится в количестве 0,5—3% в пересчете на сухое вещество. Нитролигнин —доволь­но сильный разжижитель пресных и слабоминерализованных хлорнатриевых растворов, но в присутствии солей кальция те­ряет способность растворяться. В таких условиях он применя­ется совместно с реагентами, связывающими ионы кальция.

При добавках в пресные растворы до 2% нитролигнина резко снижается водоотдача.

Сунил (сульфированный нитролигнин) получается путем сульфирования нитролигнина солями сернистой кислоты в нейт­ральной среде. Сунил представляет собой хорошо растворяю­щуюся в воде жидкость черного цвета 14—18%-ной концентра­ции, химически нейтрален. Он разжижает как пресные, так и минерализованные растворы, в том числе растворы, загустев­шие от добавки гипса и цемента. Как разжижитель сунил при­меняется в виде 10%-ного раствора, оптимальная концентрация его до 0,2—0,3% в пересчете на сухое вещество. При добавках более 2% он эффективно снижает водоотдачу пресных и слабо­минерализованных растворов. В минерализованных натриевых и слабоминерализованных кальциевых растворах сунил как по­низитель водоотдачи неэкономичен. Он предупреждает набуха­ние глинистых пород, повышает устойчивость стенок скважин.

Игетан получают обработкой гидролизного лигнина азот­ной кислотой и кальцинированной содой. Это порошок темно-бурого цвета, по своему действию подобен сунилу, но разжи­жающее действие его несколько больше. Игетан добавляется как в виде порошка, так и в виде растворов 10%-ной концент­рации в количестве 0,2—0,3% в пересчете на сухое вещество. Игетан разжижает и сильноминерализованные растворы, обра­ботанные органическими структурообразователями.

Танниды используются как синтетические (фенольного происхождения), так и природные (растительные). В основе химической природы этих реагентов лежат полифенолы — ве­щества, состоящие из конденсированных фенолов и образующие относительно высокомолекулярные продукты.

Полифенол лесохимический (ПФХЛ) — синтети­ческий реагент, сырьем для производства которого служат фе­нолы из экстракта кислой воды — отхода сухой перегонки дре­весины. Фенолы конденсируют с помощью формальдегида и для повышения гидрофильности обрабатывают сульфитом нат­рия. ПФХЛ вводится в количестве 0,4—0,5%. Он представляет собой твердое вещество темно-коричневого цвета, применяется совместно с каустической содой в соотношении от 10:1 До 2:1 в виде 10%-ного водного раствора. Разжижающая способность его высокая, но даже небольшие минерализация и нагревание резко ухудшают ее. При больших концентрациях несколько сни­жает водоотдачу, но при этом может быть вспенивание раст­вора.

Сулькор — природный таннид, получаемый из щелочной вытяжки или одубины — отходов производства дубильного экс­тракта. Он представляет собой твердое вещество темно-корич­невого цвета, хорошо растворимое в воде. Наряду с разжиже­нием сулькор снижает водоотдачу. По действию он аналогичен сунилу, но более эффективен, добавки его составляют 0,1—0,5% в пересчете на сухое вещество. Сулькор вводится в виде водного раствора 10%-ной концентрации.

Кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11— этилсиликонат натрия, полимерный продукт, приме­няемый для разовой обработки высоковязких глинистых раство­ров с целью снижения вязкости и статического напряжения сдвига, особенно при термическом загустевании. Эти жидкости часто применяются в комбинации с другими реагентами-стаби­лизаторами. Рекомендуемые добавки их — до 1%. Они улучша­ют смазочные свойства промывочных жидкостей.

Реагенты-структурообразователи Снижают водоотдачу про­мывочных жидкостей, повышая при этом ее реологические свой­ства. К ним относятся реагенты на основе водорастворимых эфиров целлюлозы, крахмальные реагенты, биополимеры, реа­генты на основе синтетических акриловых полимеров.

Целлюлоза составляет основу растительных клеток. Она обладает высокой механической и химической прочностью, не­растворима в воде и в большинстве растворителей. Целлюло­за — естественный полимер с очень высокой степенью полиме­ризации. Для получения химических реагентов из целлюлозы ее вначале обрабатывают щелочью, что приводит к изменению длины цепи молекулы и уменьшению относительной молекуляр­ной массы целлюлозы. В результате реакции со щелочью обра­зуются простые и сложные эфиры целлюлозы.

Карбоксиметилцеллюлоза КМЦ — продукт вза­имодействия щелочной целлюлозы с натриевой солью монохлор-уксусной кислоты. Молекула КМЦ представляет собой длинную цепочку, которая образуется шестизвенными углеводными цик­лами, соединенными атомами кислорода. В зависимости от сте­пени полимеризации относительная молекулярная масса КМЦ может изменяться. Выпускают КМЦ следующих типов: низко­вязкую КМЦ-350, средневязкую КМЦ-500, высоковязкую КМЦ-600 и КМЦ-700 — здесь числа обозначают количество повторений цикла.

Промышленная КМЦ имеет вид скомковавшейся ваты бело­го или желтоватого цвета. Как реагент КМЦ используется в виде водного раствора обычно 10%-ной концентрации, для чего КМЦ предварительно замачивают. Готовый реагент имеет вид крахмального клейстера.

Эффективность КМЦ зависит от степени минерализации и рН раствора. Наиболее эффективна КМЦ в нейтральных и слабощелочных пресных водах и при небольшой минерализа­ции дисперсионной среды. При рН = 6 КМЦ выпадает в осадок, а при рН-9 свертывается от избытка щелочи. Чем выше степень полимеризации КМЦ, тем более устойчива она к солевой агрес­сии, тем эффективнее снижает водоотдачу. С ростом минерали­зации глинистого раствора КМЦ начинает действовать как разжижитель, при этом снижается способность КМЦ уменьшать водоотдачу, стабилизирующие свойства КМЦ падают.

Низко — и средневязкие КМЦ коагулируют под действием ионов кальция. Высоковязкие КМЦ способны снижать водоот­дачу глинистых растворов, содержащих до 1% хлористого каль­ция. Количество добавки КМЦ зависит от ее марки, степени минерализации раствора, вида минерализации и колеблется от 0,2 до 2%. В растворе с небольшим содержанием твердой фазы добавка КМЦ может вызвать разжижение. Однако при доста­точно высоком содержании твердой фазы КМЦ усиливает структурообразование, объединяя частицы, даже находящиеся за пределами действия молекулярных сил.

Так как раствор КМЦ имеет щелочную реакцию и обладает пептизирующими свойствами, применение его при бурении в легко набухающих глинистых породах ограничено. Водный раствор КМЦ не выдерживает длительного хранения. Он окис­ляется кислородом воздуха, что сопровождается снижением вязкости раствора. При температуре 150 °С и выше КМЦ раз­лагается. КМЦ широко применяются как стабилизаторы в раст­ворах специального назначения, где они используются в ком­бинации с другими реагентами.

Карбофен — это КМЦ, в молекулу которой введен фенол. Карбофен устойчив при повышенных температурах, действует как КМЦ.

Добавляют в КМЦ и другие вещества, основное назначение которых — повышение термостойкости. Эти разновидности КМЦ (карбанил, карбаминол и др.) более устойчивы.

На основе эфиров целлюлозы разработан также ряд реаген­тов более устойчивых к воздействию кальциевых солей. Сюда относятся сульфат целлюлозы и модифицированная метилцеллю-лоза. Последняя устойчива к действию поливалентных катионов яри содержании хлористого кальция до 7%.

Крахмал, являясь естественным растительным продуктом, представляет собой природную смесь полисахаридов. Он со­стоит из линейного полисахарида (амилозы) и разветвленного полисахарида (амилпектина), образованных углеводородными звеньями, из которых состоит целлюлоза, но связанных иначе. Крахмал обладает очень большой относительной молекулярной массой, гидрофилен, применяется как понизитель водоотдачи глинистых растворов и других дисперсных промывочных жид­костей независимо от степени их минерализации и состава. По­этому крахмал добавляют в промывочные жидкости в условиях хлоркальциевой и хлормагниевой агрессий.

Крахмал применяют чаще всего в виде клейстера 5— 10%-ной концентрации. Так как в холодной воде он нераство­рим, клейстеризацию его на буровых осуществляют щелочью. Его замачивают водой, в которую добавляется 1—2% едкого натра. Можно готовить крахмальный реагент и путем нагрева­ния смеси крахмала с водой до температуры 80—90 °С при по­мешивании, но такой способ менее удобен в полевых условиях.

Готовый реагент добавляют в количестве 0,5—3% (в переводе на сухое вещество). Так как крахмал вызывает повышение вязкости, его часто добавляют совместно с реагентами-разжи-жителями.

В последние годы все шире применяется модифицированный крахмал, легко растворимый в холодной воде без введения вспомогательных веществ. Одна из разновидностей такого крах­мала получается при введении в него в заводских условиях со­лей алюминия с последующим нагреванием и сушкой. Он добав­ляется непосредственно в раствор.

Крахмал ферментативно неустойчив (загнивает). Загнивание предупреждают либо повышением рН раствора до 12, либо введением антисептиков типа формалина, крезола и др. Крах­мал обладает низкой термостойкостью. Следует иметь в виду, что это — ценный пищевой продукт, поэтому его следует приме­нять в крайних случаях, когда другие реагенты-стабилизаторы оказываются неэффективными.

Декстрин получается при гидролизе крахмала. Он пред­ставляет собой порошок белого цвета, хорошо растворимый в холодной и горячей воде, вводится в сухом виде в количестве до 2%. Декстрин предназначен для обработки высокоминерали­зованных буровых растворов и по эффективности стабилизации превосходит крахмал. Наилучший эффект стабилизации дости­гается при рН = 8÷9. Кислота оказывает на декстрин разлагаю­щее действие.

Биополимеры — реагенты, получаемые путем микробио­логического синтеза из сахарозы. Они представляют собой по­лисахариды. Из биополимеров известны декстрин, ХС, реагент БП-1 и др. Биополимеры устойчивы к солевой агрессии, обес­печивают термостойкость растворов до 150 °С, хорошо совмес­тимы с другими химическими реагентами, особенно эффективны в растворах с небольшим содержанием твердой фазы, хорошо снижают гидравлические сопротивления. Концентрация биопо­лимера в растворе колеблется от 0,05 до 1,5%.

К недостаткам биополимеров относятся их высокая стои­мость, ферментативная неустойчивость (что требует добавки бактерицидов — антиферментов), недостаточно интенсивное снижение фильтрации (до 10 см3).

Из реагентов на основе синтетических акри­ловых полимеров наиболее распространены в бурении полиакриламид, полиакрилонитрил и продукты их гидролиза. Они представляют собой высокомолекулярные вещества, кото­рые характеризуются молекулярной массой, конфигурацией и конформацией макромолекул, прочностью химических связей. Продукты полимеризации нитрила акриловой кислоты неустой­чивы к агрессии хлоридов поливалентных металлов.

Адсорбируясь на частицах твердой фазы, создавая изоли­рующие слои, эти реагенты предупреждают пептизацию, флокулируют частицы твердой фазы и в целом создают эффект ингибирования. Побочным эффектом является пластификация, что приводит к уменьшению гидравлических сопротивлений при течении жидкостей, обработанных полимерными реагентами.

Полиакриламид (ПАА) — органический карбоцепной гомополимер линейного строения. Его получают путем превра­щений следующих веществ:этилен—>окись этилена—>

Этилен-циангидрин нитриакриловой кислоты—>акриламид—>полиа­криламид. Относительная молекулярная масса полиакриламида колеблется от 150 000 до 15 000 000 при относительной молеку­лярной массе мономера (акриламида) 71. Вязкость водного раствора полиакриламида зависит от рН. При рН-7 макромоле­кула полиакриламида имеет свернутую конформацию, что при­водит к увеличению вязкости раствора. Водные и щелочные растворы его являются полиэлектролитами. Катионоактивная группа макромолекулы полимера — NH3+, анионоактивная — СОО-. Наличие зарядов в молекулах полимера обусловливает их адсорбцию на бурильных трубах, на стенках скважины и частицах горной породы, оказывает ингибирующее действие.

Растворы ПАА устойчивы при общей минерализации вод до 3 г/л и при общей жесткости до 13 ммоль/л. Полиакриламид применяется в порошкообразном, гранулированном и гелеоб-разном видах. Гранулированный ПАА содержит 50—60% 100%-ного ПАА, гелеобразный — б—8%. В холодной воде он растворяется очень медленно, при перемешивании в глиноме­шалках может наматываться на валы и лопасти, хорошо раст­воряется в воде, нагретой до 80—90 °С, вводится в виде вод­ного 1—2%-ного раствора. Концентрация его в промывочной жидкости может доходить до 0,2—0,3% в переводе на сухое вещество.

Гидролизованный полиакриламид РС-2 содер­жит полиакриламид, каустик и полифосфат в соотношении 1:1:1 (в пересчете на сухое вещество), прореагировавшие в результа­те гидролизации. Последняя заключается в расщеплении поли­меров с присоединением к продуктам расщепления водорода и гидроксила и последующим замещением водорода натрием. Гид­ролиз происходит при перемешивании компонентов с водой до получения однородной массы. Готовый реагент содержит 1—2% сухого вещества, имеет плотность около 1 г/см3, вязкость 75— 90 с.

РС-2 применяется для снижения водоотдачи пресных и сла­боминерализованных растворов обычно с небольшим содержа­нием твердой фазы. Добавка его составляет до 2%, при боль­ших добавках значительно увеличивается вязкость раствора.

Гидролизованный полиакрилонитрил (ти­пан) — продукт омыления полиакрилонитрила каустиком. Он представляет собой вязкую, желтоватого цвета жидкость 8— 10%-ной концентрации, морозоустойчив, стойкий к загниванию, обеспечивает устойчивый низкий показатель фильтрации, приво­дит к некоторому росту вязкости, снижает СНС. Гипан активен в минерализованных водах, придает растворам термостойкость, добавляется в количестве до 2%.

При разбуривании глин в растворы, обработанные гипаном, рекомендуется вводить силикат натрия. Гипан может изменять свойства в зависимости от сроков хранения.

Реагенты К — 4, К — 6, К — 9 являются разновидностями гипана, более устойчивыми к минеральной агрессии, добавляются в количестве до 1%.

Метас — сополимер метакриловой кислоты и метакриламида. Это — белый порошок, растворимый в 1—2%-ном раство­ре едкого натра, применяется в виде 5—10%-ного водощелоч-. ного раствора при соотношении метаса и щелочи от 10:3,5 до 10:5. При рН = 9÷10 метас можно вводить в раствор в виде порошка.

Добавки 0,2—1% метаса эффективно снижают водоотдачу пресных растворов, а 2—2,5%—насыщенных хлористым нат­рием. При обработке растворов, содержащих ионы кальция, ме­тас вводится совместно с кальцинированной содой или фосфа­тами, концентрация которых должна составлять 1—2%.

Акриловый сополимер М-14 — карбоцепной разветв­ленный полимер. Он представляет собой белый порошок, хоро­шо растворяется в водощелочных растворах при соотношении М-14 и щелочи, равном 10:3. При рН>10 реагент можно вво­дить в раствор в сухом виде, если рН<10 — в виде водощелоч­ных растворов 5%-ной концентрации. Оптимальная концентра­ция в переводе его на сухое вещество составляет до 1,5%, ис­пользуется для поддержания структурно-механических свойств и снижения водоотдачи.

Вещества специального назначения

К веществам специального назначения относится большая группа поверхностно-активных веществ, а также некоторые ве­щества узкоцелевого назначения.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) Характеризуются, как правило, многофункциональным действием, которое обус­ловлено понижением поверхностного натяжения раствора вслед­ствие адсорбционного эффекта. Однако вследствие специфики их химического состава и строения, особенностей дисперсион­ной среды и геолого-технических условий применения каждое ПАВ действует наиболее активно в каком-то направлении. Это делает предпочтительным применение вещества для определен­ного целевого назначения.

Адсорбционный слой ПАВ имеет предельно малую величину (мономолекулярный слой). Даже очень небольшие добавки ПАВ могут резко изменить условия молекулярного воздействия на поверхности раздела. Для ПАВ характерно наличие в их мо­лекуле двух различных по природе групп: полярной (гидрофиль­ной), растворимой в воде, и углеводородного радикала (гидрофобного), не растворимого в воде, но растворимого в углеводо­родных жидкостях. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое происходит вследствие обращения их полярной части к воде, а углеводородного радикала — к менее полярной фазе, на­пример к твердой, воздуху и т. д. Для проявления поверхност­но-активных свойств ПАВ должны быть растворены в воде.

По составу и химическим свойствам ПАВ делятся на два класса: ионогенные и неионогенные. Первые в свою очередь делятся на анионоактивные и катионоактивные. В бурении при­меняются в основном неионогенные и анионоактивные вещества.

По внешнему виду ПАВ представляют собой жидкие или пастообразные вещества. При растворении в воде они придают ей беловатый цвет, добавка их составляет 0,1—2%, реже 3—5%.

Основное назначение ПАВ сводится к следующему.

1. Поддержание естественной проницаемости продуктивных коллекторов. Вещества, применяемые в качестве добавок к про­мывочным жидкостям при вскрытии продуктивных коллекто­ров, должны эффективно снижать поверхностное натяжение фильтрата, растворяться в пресной и пластовой водах, иметь сравнительно небольшую гидрофильную часть, а также не вы­зывать ухудшения свойств промывочных жидкостей. Больше
всех соответствуют перечисленным выше требованиям неионо­генные ПАВ, наиболее распространенные из них ОП-7 и ОП-10,азоляты, УФЭ.

2. Понижение твердости горных пород при бурении. ПАВ избирательно воздействуют на твердость горных пород, и не­редко наиболее эффективное для конкретной породы вещест­во удается найти только после длительных лабораторных и промышленных экспериментов. Теоретически в существующем комплексе поверхностно-активных веществ могут быть найдены эффективные понизители твердости бурения для каждой породы. Наиболее широко применяются провоцелл, сульфонол, диталан, сульфатное мыло. ПАВ наряду с понижением прочности твердых горных по­род вследствие адсорбционных явлений уменьшают абразивное действие промывочной жидкости и в связи с этим снижают из­нос породоразрушающего инструмента.

3. Эмульгирование промывочной жидкости. Задача эмульга­торов — диспергирование эмульгируемой фазы и создание вокруг глобул механически прочного барьера, препятствующего их слипанию. Это способствует снижению водоотдачи и появлению
других положительных свойств. Эмульгирование повышает смазочные свойства промывочной жидкости, предупреждая тем самым вибрацию бурильного инструмента и его преждевремен­
ный износ.

Эффективность ПАВ-эмульгаторов значительно зависит от степени минерализации пластовых вод и дисперсионной среды, в которую они вводятся. Оптимальные концентрации их определяются конкретными условиями применения, в большинстве случаев добавки составляют 1—2% и могут доходить до 5%.

Наиболее широко применяются композиции из ПАВ и дру­гих продуктов переработки нефти.

Кожевенная паста — товарный продукт, выпускаемый отечественными нефтеперерабатывающими заводами для нужд кожевенной промышленности. Она представляет собой веретен­ное масло, загущенное натровыми мылами синтетических жир­ных кислот из продуктов окисленного петролатума, это одно­родная масса желтого или коричневого цвета. Паста вводится в промывочную жидкость в концентрации 0,5—2%. Получаемая при ее растворении в воде эмульсия имеет светло-кремовый цвет и представляет собой многокомпонентный водный раствор натровых мыл окисленного петролатума и его неомыленного остатка, в котором в виде тонкодисперсной фазы распределено минеральное масло. Паста применяется при жесткости воды до 2,5—3,5 ммоль/л.

Мылонафт — вещество, представляющее собой смесь натровых мыл нафтеновых (нефтяных) кислот, собственно наф­теновых кислот, небольшого количества минерального масла и воды. Мылонафт нерастворим в воде, инертен по отношению к температуре окружающей среды, безопасен в обращении. Оптимальная концентрация его в эмульсии 0,5—1%, он приме­няется при жесткости до 2,5—3,5 ммоль/л.

Эмульсол ЭЛ-4 представляет собой композицию на базе трансмиссионного масла и натрового мыла полимеров канифольно-экстракционного производства с добавкой ОП-7. Это — однородная пастообразная маслянистая масса темно-коричнево­го цвета, эмульгирует при постепенном введении воды и непре­рывном тщательном размешивании. Концентрация эмульсола в промывочной жидкости 0,5—6%, он применяется при повышен­ных жесткости и минерализации.

Эмульсол ЭН — 4 — композиция на базе индустриального масла ИС-20 или ИС-45 и жирных кислот с добавкой ОП-10. Это — однородная жирная масса коричневого цвета, эмульги­рует при введении теплой воды и одновременном перемешива­нии. Концентрация змульсола в промывочной жидкости до 5%. Он применяется в жестких водах и при высокой их минерализа­ции. При добавке эмульсола получают морозоустойчивые эмульсии.

Смесь гудронов масложировой промышленности (СГ)—вещество темного цвета, получаемое расщеплением жи­ров растительного и животного происхождения. Она эмульги­рует при введении горячей воды с одновременным перемеши­ванием. Концентрация ее в промывочной жидкости 2—2,5% применяется в водах с жесткостью до 2 ммоль/л.

Сульфатное мыло (СМ)—побочный продукт производ­ства целлюлозы. Это —мазеобразная темно-коричневого цвета жидкость, хорошо смешивается с водой. Оптимальная концентрация ее в промывочной жидкости до 2%, применяется в водах с жесткостью до 2 ммоль/л.

Талловое масло (ТМ)—продукт обработки сульфат­ного мыла серной кислотой. Это — густая маслянистая жидкость темно-коричневого цвета, эмульгирует при введении горячей во­ды и одновременном перемешивании. Оптимальная концентра­ция ее 0,5—1,5%, применяется в мягких водах.

Эмультал — маслянистая жидкость темно-коричневого цвета, продукт этирификации жирных и смоляных кислот тал-лового масла триэтаноламином, концентрация его в промывоч­ной жидкости 1—2%.

Концентраты типа «Леонол» — продукты переработ­ки нефти. Они представляют собой однородные коричневые мас­сы, хорошо смешиваются с водой, добавляются в количестве 1—5%, применяются в любых гидрохимических условиях.

Концентрат «Морозол-2» предназначен для получения эмульсионных растворов при бурении скважин в многолетне-мерзлых породах при температурах в скважине до —7,4 °С.

При использовании эмульгаторов для получения эмульсион­ных промывочных жидкостей при бурении в сложных геологи­ческих условиях прочие положительные эффекты, обусловлен­ные наличием ПАВ, будут сопутствующими. В устойчивых по­родах эмульгаторы могут добавляться для повышения смазоч­ных свойств промывочной жидкости (гашения вибраций) и сни­жения износа бурового снаряда. Б этом случае эффект эмуль­гирования будет сопутствующим, а эмульгаторы получают наз­вание поверхностно-активных антифрикционных добавок (ПААД).

4. Повышение смазочных и противоизносных свойств про­мывочного раствора. Смазочные добавки к буровым растворам создают на бурильной колонне, стенках скважины и в призабойной зоне прочные и непрерывно возобновляющиеся адсорбционные слои, уменьшающие трение колонны о стенки, улучшающие отделение породы породоразрушающим инструментом и повышающие его стойкость. Сюда относится большинство перечисленных эмульгаторов, а также смазочная добавка СМАД-1.

5. Пластифицирование промывочных жидкостей с целью снижения гидравлических сопротивлений. Применение пластификаторов позволяет уменьшить величину гидравлических сопротивлений на 20—35%. Пластифицирующими свойствами обладают смазочные и противоизносные вещества.

6. Аэрация промывочных жидкостей. Применение ПАВ для этой цели позволяет получить стабильные растворы, насыщен­ные высокодиспергированными пузырьками воздуха. Здесь ис­пользуются ПО-1, ПО-К-18, ОП-7, ОП-10, ДС, азоляты и ряд других веществ. Концентрация ПАВ при аэрации не превышает 1 — 2%.

7. Пеногашение. Добавки ПАВ-пеногасителей позволяют успешно бороться с естественным

Насыщением промывочной жидкостей дисперсной газовой фазой при помощи физико-химиче­ских методов. Чрезмерное содержание газовой фазы ухудшает подачу буровых насосов, а также может привести к выбросам. Для дегазации используются ПАВ более поверхностно-актив­ные, чем вещества, вызвавшие аэрацию. Сюда относятся пено-гасители нефтехимического происхождения: нейтрализованные контакты — черный (НЧК), керосиновый, газойлевый; соли сульфонафтеновых кислот; полиметилсилоксан. Оптимальные концентрации этих веществ составляют от 0,05 до 2—3%.

Прочие вещества специального назначения — вещества, не обладающие поверхностно-активными свойствами.

Смазочные и противоизносные вещества — нефть и графит в порошке. Оптимальные концентрации: неф­ти— до 10%, графита — до 2%.

Пластифицирующие вещества — полимеры-акрилаты и кремнийорганические жидкости ГКП-10, ГКЖ-10. ГКЖ-11, представляющие собой этилсиликонаты натрия. До­бавки их составляют 0,6—0,8%. Они обладают смазочными свойствами.

Пеногасители (суспензионные) — полиэтиленовая и ре­зиновая крошка в смеси с дизельным топливом в соотношении 1:10.

Ингибиторы коррозии — главным образом неоргани­ческие вещества, нейтрализующие окисляющую среду. При ис­пользовании легкосплавных бурильных труб к промывочной жидкости добавляют силикат натрия.

Антиферментаторы предупреждают и подавляют про­цесс разложения (гниения) ферментативно неустойчивых ком­понентов промывочных жидкостей. Наибольшее распростране­ние получили формалин и фенолы.

Вещества, повышающие термостойкость про­мывочных жидкостей, — хроматы и бихроматы.

Основные требования к специальным добавкам (кроме обес­печения эффекта, для которого они предназначены) — сохране­ние и улучшение структурно-механических и фильтрационных характеристик исходных промывочных растворов. Однако вы­держать это требование удается далеко не всегда. Так, сульфонол, уменьшая трение между металлом и глинистой коркой, од­новременно снижает вязкость и статическое напряжение сдвига приводит к вспениванию, а добавка нефти в качестве пеногасителя может вызвать загустевание глинистого раствора. Эти по­бочные эффекты необходимо учитывать.

Комментарии запрещены.