РАСТВОРЫ НА НЕВОДНОЙ ОСНОВЕ
Растворы на нефтяной основе
Сюда относятся гидрофобно-эмульсионные и известково-битумные (ИБР) растворы.
Гидрофобно-эмульсионные растворы Представляют собой эмульсии II рода. Они используются при бурении в соленосных и неустойчивых глиносодержащих породах, легко переходящих в промывочную жидкость, в многолетнемерзлых породах, а также при борьбе с поглощениями.
Высокая дисперсность, надежная стабилизация водной фазы в углеводородной среде позволяют им обеспечить все преимущества углеводородных растворов при более низкой стоимости и сравнительной простоте приготовления и обработки. Значительные преимущества гидрофобных эмульсий — это повышенная вязкость, пониженная плотность, нейтральное отношение к солям, возможность регулирования вязкости в широких пределах.
Агрегативная устойчивость гидрофобно-эмульсионных растворов зависит от стабилизирующих свойств ПАВ, поэтому они обязательно должны содержать ПАВ-стабилизатор.
Известна гидрофобная эмульсия с соляровым маслом (керосином) и нетоксичных стабилизаторов-алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции C10—C16. Состав эмульсии: 10% солярового масла, 89% воды, 1% эмульгатора. Плотность такой эмульсии 0,95—0,98 г/см3, вязкость 350 с, статическое напряжение сдвига 7 Па. Структурно-механические параметры ее зависят от соотношения гидрофобной жидкости и воды и возрастают с увеличением количества воды, чем и вызван эффект предотвращения поглощения промывочной жидкости при бурении. При контакте с пластовыми водами в трещинах горных пород вязкость эмульсии резко увеличивается, что предупреждает поглощение.
Диспергирование глинистых пород в эмульсии происходит медленно, вязкость эмульсий при этом уменьшается.
При бурении в отложениях ангидрита и соли, а также в породах с высоким содержанием кальция применяются нефтеэмульсионные растворы, эмульгатором и стабилизатором которых служит крахмал. Один из составов такого раствора следующий: 76% воды, 20% нефти, 4% крахмала, 0,5% каустической соды (от массы крахмала). Вода может быть насыщена NaCl. Эмульсия имеет плотность около 1 г/см3; вязкость 30 с, водоотдачу 2 см3. Готовят нефтеэмульсионный гидрофобный раствор в глиномешалке путем размешивания в воде крахмального реагента с последующим введением нефти. Общее время приготовления эмульсии 20—30 мин.
Известково-битумные растворы Применяются для вскрытия продуктивных горизонтов с сохранением естественной проницаемости, а также для бурения в особо неустойчивых глинистых соленосных отложениях. В таких растворах дисперсионная среда представлена дизельным топливом, а дисперсная фаза — тонкоразмолотым окисленным битумом. Частицы битума обладают слабой способностью образовывать связнодисперсные системы, поэтому в растворы на нефтяной основе добавляют небольшое количество структурообразователей; окиси кальция, мыл жирных кислот, катионоактивных ПАВ.
Растворы на нефтяной основе готовят из порошкообразных концентратов, получаемых на нефтеперерабатывающих заводах или специальных установках. Концентрат содержит окисленный битум и негашеную известь с активностью не менее 60% в соотношении от 1:1 до 1:2. На приготовление 1 м3 известково-битумного раствора требуется 0,65 м3 дизельного топлива и 0,5 т известково-битумного порошка (1:1). Раствор получают перемешиванием в глиномешалке исходных компонентов.
Известь в этой рецептуре выполняет следующие функции: диспергирует битум, усиливая его коллоидную активность, образует соли и мыла, взаимодействуя с жирными нафтеновыми кислотами, является структурообразующим и утяжеляющим материалом.
При отсутствии готовых концентратов используют их компоненты с добавкой до 1 % сульфонола. Последовательность приготовления: дизельное топливо — негашеная известь — вода с сульфонолом, После разогрева смеси до 60—65 °С вводят битум. Время приготовления 3—3,5 ч. Растворы на нефтяной основе можно утяжелять, реологические их свойства регулируются введением нефти или смад-1 (до 2%). Фильтрация таких растворов практически равна 0. Вязкость и статическое напряжение сдвига зависят от концентрации извести и битума.
Растворы на нефтяной основе дороги, пожароопасны, усложняют выполнение спуско-подъемных и вспомогательных операций, разрушают резиновые сальники и шланги. Однако, наряду с обеспечением устойчивости проходимых пород и сохранением проницаемости продуктивных пластов, они уменьшают износ бурильного инструмента, снижают затраты мощности на вращение колонны бурильных труб. Кроме того, при прекращении циркуляции в зимнее время растворы на нефтяной основе не замерзают.
Пены
Простейшая пена представляет собой дисперсию воды в воздухе. Она получается путем нагнетания в скважину смеси воды и сжатого воздуха через специальный смеситель или пеногенератор. Такая пена грубодисперсна, неустойчива.
Большее распространение получили так называемые стабильные пены. Дисперсная фаза такой промывочной системы представляет собой либо смесь воды с ПАВ, либо промывочную жидкость с высокодисперсной твердой фазой (может быть с добавкой ПАВ). Чаще всего используется бентонитовый раствор. Пены с мелкодиспергированной твердой фазой эффективно закрепляют стенки скважины.
Пена обладает более высокой несущей способностью, чем любая другая промывочная среда (считается, что по выносной способности пена превосходит воду в 10 раз), имеет хорошую охлаждающую способность, создает небольшое гидростатическое давление, препятствует образованию сальников, снижает износ породоразрушающего инструмента. Пена временно проникает в трещины и поры горных пород, стабилизируя стенки и препятствуя уходу промывочной среды в поглощающие пласты. Использование ее приводит к росту технико-экономических показателей бурения, и в первую очередь к повышению механической скорости.
При бурении с применением пены на стенках скважины не остается фильтрационной корки, а в интервалах многолетнемерзлых пород и в геотермальных скважинах она служит изолятором. При правильном приготовлении стабильной пены пузырек удерживается в ней во время всего цикла циркуляции, а водоотдача при этом равна нулю.
В качестве ПАВ в пенах используются сульфонол, диталан, ОП-7, ОП-10 и др. Концентрация ПАВ в жидкой среде составляет 1—2%. Для предупреждения замерзания в дисперсную фазу пены вводят хлористый натрий.
Свойства пен в процессе приготовления и использования не контролируются. Считается, что высокая степень аэрации и соответствующий состав дисперсной фазы обеспечат необходимое количество пены и эффективность применения. В разведочном бурении используются пены со степенью аэрации 50—150 и даже более.
Применяются пены при разбуривании наносов, пучащих пород, чувствительных к воде, многолетнемерзлых пород, а также в других сложных условиях. Возможно применение пены в условиях, где использование воды обходится дорого.