Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Для приготовления промывочных жидкостей применяются разные по составу глины и вода, в связи с чем свойства растворов могут быть весьма разнообразными.

Кроме того, в процессе бурения под действием солей, при­сутствующих в подземных водах, и частиц выбуренной поро­ды параметры промывочных жидкостей существенно меняют­ся. 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:

изменение физико-химического состояния дисперсной сис­темы, свойств поверхности раздела твердой и жидкой фазы; изменение 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 водой, механическим удалением части твердой фазы, вводом 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.

Краткая характеристика и действие наиболее часто приме­няемых химических реагентов-электролитов приводятся ни­же:

Кальцинированная сода (карбонат натрия — На2С03) представляет собой белый порошок, хорошо растворимый в воде, плотностью 2,53 г/см3. Перед вводом в промывочную жидкость порошок предварительно растворяют в воде, но возможен ввод в сухом виде.

Назначение:

связывание двухвалентных катионов, поступающих в рас­твор при перебуривании гипса, ангидрита, цемента или с пла­стовой минерализованной водой;

улучшение свойств глинистых растворов, приготовленных из местных глин невысокого качества;

повышение качества глинопорошков из небентонитовых глин, увеличение выхода глинистого раствора; увеличение щелочности глинистого раствора.

При вводе кальцинированной соды в раствор из кальцие­вой глины анионы С<Э23~ взаимодействуют с катионами Са2+, образуя диффузный слой. Образуется нерастворимый карбо­нат кальция:

Са2+ + СО2" -> СаСОэ.

На поверхности глинистых частиц адсорбируются катионы Иа+, т. е. идет катионный обмен, которому способствуют анио­ны СО з’ , а глина из кальциевой превращается в натриевую:

Са — глина + Ыа2С03-»СаС03 + N3 — глина.

Это способствует увеличению толщины диффузного слоя катионов, улучшению гидратации глины и агрегативной ус­тойчивости глинистой суспензии.

При обработке глинистой суспензии, загрязненной суль­фатом кальция (гипс, ангидрит), анионы СОз~ связывают аг­рессивные катионы кальция:

СаБО* + Ыа2С03->СаС03 + №2504.

Продукты реакции не влияют на свойства глинистой сус­пензии. При разбуривании цемента гидроксид кальция вызы­вает коагуляцию раствора, которую можно избежать путем обработки кальцинированной содой:

Са(ОН)2 + Ыа2С03 -> СаСОэ + №ОН.

То же происходит при попадании в раствор хлоридов каль­ция из минерализованных вод:

СаС12 + Иа2СОз -> СаСОэ + ИаС1.

Каустическая сода (гидроксид натрия — ИаОН) при­меняется для обработки почти всех видов промывочных жид­костей на водной основе. Это твердое вещество белого цвета, легко растворимое в воде с выделением тепла, плотностью 2,13 г/см3. Твердый гидроксид поглощает из воздуха пары во­ды и С02. Поставляется в твердом виде в металлических бара­банах массой 200 кг или в виде 40-50 %-ного раствора. Назначение:

нейтрализация сероводорода; обеспечение растворения органических реагентов; связывание двухвалентных катионов; повышение щелочности растворов.

При разбуривании хемогенных отложений или попадании в раствор пластовой воды происходит реакция хлоридов с каустической содой, например:

СаС12 + ИаОН -> Са(ОН2) + ИаС1.

При поступлении в раствор сероводорода идет реакция

Н28 + ИаОН -> ИаНЗ + Н20.

В первом случае образуется слаборастворимый гидроксид кальция, а во втором — безвредный сульфид натрия.

Гидроксид кальция, или гашеная известь, Са(ОН)2 широко применяется для регулирования свойств глинистых растворов.

Назначение:

загущение глинистых растворов в области гидрофильной коагуляции и повышения структурных свойств растворов;

увеличение содержания катионов кальция в фильтрате;

повышение щелочности глинистых растворов.

Гашеная известь — порошок белого цвета плотностью 2,24 г/см3, слабо растворимый в воде.

Вводится в глинистый раствор в виде известкового молоч­ка — насыщенного раствора Са(ОН)2, содержащего во взве­шенном состоянии нерастворимый гидроксид кальция.

Краткая характеристика важнейших реагентов электроли­тов приведена в табл. 19.2.

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 от взаимного слипания. Это приводит к повышению агрегативной устойчивости гли­нистой суспензии, подавлению способности глинистого рас­твора к структурообразованию.

Органические реагенты имеют относительно небольшую молекулярную массу, разжижают глинистые суспензии за счет значительного снижения интенсивности структурообразования.

Наиболее давно используемыми органическими реагента­ми являются химические реагенты на основе гуминовых ки­слот, сведения о которых приведены в табл. 19.3.

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.

Лигносульфонаты применяются для разжижения глини­стых растворов, кроме того, эти реагенты понижают водоот­дачу за счет дополнительного диспергирования глины и повы­шения концентрации коллоидной фракции твердой фазы в глинистом растворе.

Примерная ра­бочая концентрация активных веществ, про­мывочной жидкости или реагенте, кг/м3

Основное воздействие на необработанные глини­стые растворы

Содержа­ние актив­ных веществ в товарном продукте, % (по массе)

Основное на­значение и особен­ности применения

Способ вво­да в глини­стый раствор

Товарный вид реагента

Реагент

Важнейшие недостатки

соленый (более 5 % солей одно­валентных металлов)

пресный (до 5 % солей од­новалентных металлов)

Каустичес ская сода (едкий натр)

Сильно гидро­скопическая кристалличес­кая масса плотностью 2,13 г/см3, поставляемая в запаянных стальных ба­рабанах, или водный рас­твор различ­ной плотности в стальных бочках

Как само­стоятельный реагент не применяется, но широко используется как добавка для повыше­ния pH при использова­нии многих реагентов (бурый уголь, ССБ, крах­мал, нитро­глицерин и АР) Широко при- меняется для улучшения диспергиро­вания глин, снижает вяз-

Дороговизна, дефицитность опасность в обращении (ожоги кожи, разъедание одежды)

В виде вод­ных ратво — ров концен­трацией до 10%

Кальцини­ рованная сода (угле­кислый нат — рий)

Белый или се­рый порошок плотностью 2,5 г/см3, труд­но раствори­мый в холод-

Прокален­ная 98 %. Природная: 1-й сорт — 80 %; 2-й сорт — 79 %

20

При малых концентра­циях разжи­жение и не­которое сни­жение водо-

Переводит ионы двух­валентных металлов (Са и др.) в нераство-

При пони­женной кон­центрации резко возрас­тают струк- турно-механи-

То же или в виде по­рошка

Гексамета­фосфат нат­рия (ГМФН) и другие фосфаты

Стекловидная масса плотно­стью 2,5 г/см3

кость и СНС глинистого раствора при разбурива — нии цемента, гипса или при прито­ках вод с со­держанием кальция и т. д. Для пригото­вления спе­циальных растворов, малосиликат­ных, повы­шающих ус­тойчивость стенок сква­жины в гли­нистых по­родах, и д ля осаждения катионов Са, Мди др. Сравнитель­но редко при­меняется и для тех же целей, что и кальцини­рованная со­да

ческие свой­ства глинис­тых растворов

отдачи, при увеличении концентрации резкое загу­щение и в дальнейшем коагуляция глины в рас­творе Повышение структурно­механических свойств и во­доотдачи

римое со­стояние, в растворах солей одно­валентных металлов не эффек­тивна

В виде вод­ных раст­воров

То же

Узкая об­ласть приме­нения. Опас­ность в об­ращении

20-50 в мало­силикатных растворах

ной воде
Раствор в во­де плотностью 1,32-1,5 г/см3 или стекловид­ная масса (си ликат-глыба)
Жидкое стекло	30-50
	Аналогично кальциниро­ванной соде, но разжиже­ние более сильное	То же, что и кальциниро­ванная сода. Кратковре­менность раз­жижающего действия	То же
£ 100	< 20-30

Реагент	Товарный вид реагента	Содержа­ние актив­ных веществ в товарном продукте, % (по массе)	Примерная ра­бочая концентрация активных веществ, про­мывочной жидкости или реагенте, кг/м3	Основное воздействие на необработанные глини­стые растворы	Основное на­значение и особен­ности применения	Важнейшие недостатки	Способ вво­да в глини­стый раствор
пресный (до 5 % солей од­новалентных металлов)	соленый (более 5 % солей одно­валентных металлов)
Известь	Негашеная — твердое веще­ство, гаше­ная — белый порошок ("пушенка"), плохо раство­римый в воде	1 100	3-5 в извест­ковых раство­рах	Резкое повы­шение струк­турно-механи­ческих свойств и во­доотдачи	Стабилиза­ция путем поддержа­ния состоя­ния регули­руемой коа — гуляции в известко­вых раство­рах	Широко при­меняется для приготовле­ния извест­ковых гли­нистых рас­творов, а так­же для рез­кого повыше­ния струк­турно-меха­нических свойств гли­нистых рас­творов при ликвидации поглощений и для повы­шения pH ВКР и гипсо­вых раство­ров	При гашении возможны ожоги	В виде вод­ных сус­пензий, известко­вое моло­ко с кон­центрацией извести 70- 100 кг/м3

В виде вод­ных раст­воров

Аналогично извести для хлоркаль- циевых растворов

Хлористый кальций (хлорная известь)

28-30 в вод­ном рас­творе

Растворени­ем разбу­ренной по — роды(ан — гидрита и гипса) или в виде по­рошка

Аналогично извести для гипсовых растворов

Гипс

До 100

То же

Эффект действия незначите­ лен

£ 100

Поваренная соль

Гигроскопиче­ский порошок или аморфная масса в сталь­ных бараба­нах, или вод­ный раствор плотностью 1,26-1,28 г/см3 Порошок се­роватого цве­та, плохо раст* воримый в во­де (1,7-2 %)

Порошок, кри­сталлическая сыпучая мас­са

3-20 при пер­вичной обра­ботке, 1-2 при последующих

5-15 в хлор — кальциевых растворах

от 0 до полно­го насыщения

Повышение структурно­механических свойств и во­доотдачи

Коагуляция раствора

То же

Использует­ся как источ­ник ионов кальция при приготовле­нии хлор — кальциевых растворов Как само­стоятельный реагент не применяется, но использу­ется как ис­точник ионов кальция при приготовле­нии гипсо­вых раство­ров Применяется в основном для насыще­ния промы­вочной жид­кости перед вскрытием соленосных пород во из­бежание об­разования каверн и для

1. Вследствие зависимости растворимос­ти от темпе­ратуры насы­щения солью на поверхнос­ти не предо­храняет пол­ностью от растворения соли на боль-

Опасность в обращении

Реагент	Товарный вид реагента	Содержа­ние актив­ных веществ в товарном продукте, % (по массе)	Примерная ра­бочая концентрация активных веществ, про­мывочной жидкости или реагенте, кг/м3	Основное воздействие на необработанные глини­стые растворы	Основное на­значение и особен­ности применения	Важнейшие недостатки	Способ вво­да в глини­стый раствор
пресный (до 5 % солей од­новалентных металлов)	соленый (более 5 % солей одно­валентных металлов)
						понижения температуры замерзания промывоч­ной жидкос­ти при буре­нии в мерз­лых породах	ших глубинах. 2. Концентри­рованные рас­творы рас — ■ плавляют лед и вызывают разрушение льдистых по­род

422 423

Таблица 19.3 Реагенты на основе гуминовых кислот Реагент Исходные компоненты для получения реагентов Способ получения реагента. Химизм процесса Товарный вид реагента Влияние на глинистый раствор и примерная концентрация добавки на первичную обработку Способ ввода реагента в глинистый раствор пресный (до 5 % №С1) соленый (свы­ше 5 % ИаС1) Углещелочной реагент (УЩР) Торфощелочной реагент (ТЩР) Бурый уголь, ЫаОН Торф, ЫаОН Экстрагирование гуматов натрия (диффузия ионов ОН внутрь мицелл гуминовой кисло­ты), ее пептиза — ция, ионный об­мен. Соотношение бурого угля и ЫаОН (10И5):(1-5-3) В зависимости от количества воды, в которой раство­рен ЫаОН, про­дукт получается в жидком, пасто — и порошкообразном состоянии Измельчение тор­фа до порошкооб­разного состоя­ния, обезбитуми — рование бензолом и гидролиз 2- 6 %-ной НС1 при кипячении на вод­ной бане. Затем порошок торфа От жидкого до порошкообраз­ного То же Снижает водоот­дачу (10-30 %); снижает вяз­кость у Иа-глин при отделении желатинозных веществ То же Не применяется То же В твердом или жидком состоянии В виде раствора

Способ ввода реагента в глинистый раствор	То же В растворенном или сухом состоя­нии
Влияние на глинистый раствор и примерная концентрация добавки на первичную обработку	соленый [свы­ше 5 % ЫаС1)	Снижает вяз­кость и водоот­дачу (5-10%)
пресный (до § % NaCl)	Снижает вяз­кость и водоот­дачу (1-2%) Снижает вяз­кость СНС более эффективно, чем УЩР
Товарный вид реагента	Твердое вещес­тво То же
Способ получения реагента. Химизм процесса	смачивается 10- 15 %-ным раство­ром ЫаОН при со­отношении торфа и раствора 10:2 и сушится при 150- 160 °С во избежа­ние слеживания Нитрование буро­го угля по техно­логии, подобной получению нитро­глицерина, и ней­трализация ЫаОН. Расход ЫаОН — около 40 % от мас­сы продукта. При­дание продукту способности рас­творяться в воде Окисление и нит­рование бурого угля НЫОз при 50-60 °С в тече­ние 4 ч. Соотно­шение твердой и жидкой фаз 1:5. Затем обработка бисульфитом в присутствии ще­лочи (3 ч) при 92-95 °С
Исходные компоненты для получения реагентов	Бурый уголь, НЫОз, ЫаОН Бурый уголь, 8 %-ная кислота НЫОз, бисуль­фит натрия (36 %-ный ЫаОН)
Реагент	Нитрогуматный реагент (НГР) Сульфирован­ный нитрогумат­ный реагент (CHIT)

Продолжение табл. 19.3

Адсорбируясь на глинистых частицах, молекулы реагентов обеспечивают снижение водоотдачи, образуя при фильтрации менее проницаемую глинистую корку при затруднении отде­ления фильтрата.

Сульфит-спиртовая барда (ССБ) — побочный про­дукт производства целлюлозы из древесины, представляющий собой смесь органических веществ, в которой преобладают соли лигносульфоновых кислот: лигносульфонаты кальция, натрия, алюминия.

ССБ хорошо растворима в воде, образует коллоидный рас­твор. Поставляется в виде 40-50 %-ного водного раствора, ре­же в виде твердой вароподобной аморфной массы или порош­кообразного продукта.

Основное назначение ССБ — разжижение кальциевых гли­нистых растворов в отличие от натриевых глинистых суспен­зий, где катионы кальция реагента вызывают коагуляцию та­ких растворов. Одновременно ССБ способствует снижению водоотдачи.

ССБ используется совместно с каустической содой (5 мас­совых частей ИаОН на 30 частей ССБ) для разжижения гли­нистых суспензий в щелочной среде.

Конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) представляет собой модификацию ССБ при нагре­вании ее в присутствии формалина и серной кислоты.

Разновидности КССБ:

КССБ-1 — для понижения водоотдачи пресных глинистых растворов при температуре до 120 °С, эффективно снижает вязкость кальциевых растворов;

КССБ-2 — понижает водоотдачу глинистых растворов при минерализации до 100 г/л ЫаС1 и температуре 150 °С;

КССБ-4 — для понижения водоотдачи пресных и минерали­зованных глинистых растворов, в пресных растворах реагент эффективен при температуре до 185-200 °С.

Окисленная сульфит-спиртовая барда (ОССБ) — это хромлигносульфонат, приготовляется путем смешивания ССБ с хромпиком (На2Сг207-2Н20) и выдерживания в течение 14-18 ч.

ОССБ способна разжижать глинистые растворы при со­держании более 200 мг/л катионов кальция и высоких темпе­ратурах.

Краткие сведения о лигносульфонатных реагентах приве­дены в табл. 19.4.

Природный водорастворимый полисахарид — крахмал, яв­ляется смесью полисахаридов с общей формулой (СбНю05) п.

426

Лигносульфонатиые реагенты

Реагент

соленый (свы­ше 5 % N301)

Исходные компоненты для получения реагента

Способ получе­ния реагента. Химизм про­цесса

Товарный вид реагента, содержание сухого вещества

Влияние на глинистый раствор и примерная концентрация добав­ки на первичную обработку

пресный (до 3- 5 % №С1)

Способ ввода реагента в глинистый раствор

Сульфит-спир — товая барда (ССБ)

Конденсирован­ная сульфит — спиртовая бар­да (КССБ-1)

КССБ-2

Сульфитный щелок (много­тоннажный от­ход целлюлозно бумажной про­мышленности

Разбавленная ССБ (30 %-ная), 8 %-ный форма­лин, концентри­рованная Нг504

То же и 1-3 % фенола

Сбраживание са­харов, отгонка спиртов, pH =

= 5,6-5-5,7. Брутто

формула

СгвНзоО^

Конденсация при 90 — 95 °С, добав­ка №ОН до pH = = 8-5-9,5. Укруп­нение молекул лигносульфона — тов и повышение стабилизирую­щих свойств То же в присут­ствии фенола. Об­разование поли­мерных комплек­сов — фенолигнин — ных производных, имеющих повы­шенную стойкость

Густая темно­бурая жидкость с кисловатым запахом (марка КБЖ), аморф­ная твердая мас­са (КБТ) или по­рошок (КБП), КБЖ — 50 %, КВТ — 76 %,

КБП — 87 %. Подобна жид­кой или сухой ССБ, 80 %

Снижает вяз­кость и водоот­дачу при добав­ках 1-5 %

Снижает вяз­кость и водоот­дачу (1-5 %)

То же

Снижает водо­отдачу (20-50 %)

Снижает водо­отдачу (10-20 %)

То же

В водном раство­ре

В товарном виде

То же

ССБ, хлор, №ОН

ССБ, НИОз, №ОН

То же и хрома — ты

Не эффективна

В товарном виде, даже при 1-0 °С

КССБ-4

Хлорированная

сульфит-спирто-

вая барда (ХССБ)

Нитрированная сульфит-спирто — вая барда (НССБ)

То же, но хрома — тами. Усиление конденсации мо­лекул лигносуль — фонатов, окисле­ние, образование активных функци­ональных групп. Это приводит к повышению тер — мо — и солестой — кости продукта Окисление ССБ, хлорирование и нейтрализация ЫаОН до pH =

= 7-5-8. Конденса­ция молекул лиг — носульфонатов за счет связей, образующихся при отщеплении метоксильных групп. Усиление стабилизирую­щих свойств по сравнению с ССБ Нитрирование разбавленной (12 %-ной) НГТОз

при 43-48 ”С,

(87,5 % ССБ, 12,5 % НЫОз). Переме­шивание 6 ч, ней­трализация ИаОН до pH = 7-5-7,3

Подобна ССБ

Подобна ССБ, 45%

Снижает вяз­кость (3-5 %)

Снижает вяз­кость и СНС (0,1-0,2 %)

Снижает вяз­кость и СНС (0,25-0,3 %)

Реагент

соленый (свы­ше 5 % №С1)

Исходные компоненты для получения реагента

Способ получе­ния реагента. Химизм про­цесса

Товарный вид реагента, содержание сухого вещества

Влияние на глинистый раствор и примерная концентрация добав­ки на первичную обработку

пресный (до 3- 5 % ЫаС1)

Способ ввода реагента в глинистый раствор

Феррохромлиг-

но-сульфонат

(ФХЛС)

Хромлигносуль — фонаты ХЛС-4, окзил (окислен­ный замещен­ный сульфонат)

ССБ, 1,5-2 % Ре2(504)з 7-10 % Сг2(804) и ЫаОН

30 %-ная ССБ, 4 % К2Сг207, Н2504, ЫаОН

В раствор ССБ при 90 °С вводят реагенты стехио — метрически по от­ношению к Са2+ в ССБ, Рег(504)з + + Сг2(Б04)з +

+ СаЯ <=>

<=> 2ЯеСгКз +

+ 6СаБ04. Реак­ция окисления и замещения в ще­лочной среде (гипс удаляется). Образование ак­тивных функцио­нальных групп и конденсация мо­лекул Стабилизи­рующая способ­ность и термос­тойкость повыша­ются

Реакция окисле­ния 30 %-ной ССБ при 95 °СирН = 2 за счет добавки Н2304. Восстанов­ление Сг6+ —> Сг3+

50%

Жидкий или по­рошкообразный (23-27 %)

Снижает вяз­кость (1-2 %)

Снижает вяз­кость (0,5-1 %)

Снижает вяз­кость (1-2,8 %) при ЫаС1 не бо­лее 5 %

Снижает вяз­кость (1-3 %), интенсивно сни жает водоотдачу гидрогелей маг­ния (2-5 %)

В водном раство­ре

В жидком или су­хом виде (полез­ные добавки из­вести или гипса)

То же

В жидком виде

Окисленная сульфит-спирто — вая барда (ОССБ)

30 %-ная ССБ, хроматы или бихроматы

и замещение Са2+, который образует Са504. Смесь за­густевает. При нейтрализации продукта ЫаОН можно уменьшить загустевание Приготовление на буровой в глино­мешалке. Окисле­ние ССБ хромата — ми при комнатной температуре в ус­ловиях буровой (pH=8*9). Старе­ние 8-12 ч

Жидкость, по­добная ССБ, 30%

Снижает вяз­кость ФХЛС и ХЛС

429

Промышленность выпускает для нужд бурения модифици­рованный крахмал МК-1, который получают путем нагрева крахмальной суспензии до температуры 160 °С в присутствии алюмокалиевых квасцов — KA1(S04)-12H20. Реагент МК-1 представляет собой белый порошок. Постепенное распростра­нение модифицированного крахмала происходит при цирку­ляции глинистого раствора. Основное назначение МК-1 за­ключается в понижении водоотдачи сильноминерализованных глинистых растворов, особенно в присутствии соединений кальция и магния. Сведения о МК-1 и других крахмальных реагентах приведены в табл. 19.5.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) является водо­растворимым эфиром целлюлозы, представляет собой нерас­творимый в воде полисахарид [С6Н702(0Н)3]п.

КМЦ получается из целлюлозы при обработке ее NaOH и моноструктурным натрием, общая формула имеет вид:

[С6Н702(0Н)з. х — (OCH2COONa)x] n.

Разновидности КМЦ отличаются степенью замещения (СЗ), степенью полимеризации (СП), а также по виду замеще­ний в формуле эфира целлюлозы — [С6Н702(0Н)3.х —

(OCH2COONa)x]-n — водородной формы КМЦ.

Натриевая калиевая и аммонийная соли КМЦ хорошо рас­творимы в воде (при СЗ > 40) и сокращенно обозначаются Na-КМЦ, К-КМЦ и ЫН4-КМЦ соответственно. Наибольшее применение получила Na-КМЦ или просто КМЦ.

Оптимальная степень замещения 80-90, при этом рост сте­пени полимеризации до 800 способствует возрастанию стаби­лизирующей способности, а также термо — и солестойкости карбоксиметилцеллюлозы.

Для бурения выпускают три марки технической КМЦ: КМЦ-500, КМЦ-600 и КМЦ-700, требования к которым опреде­ляются в соответствии с ГОСТ 605-386-80 и изменением № 1 к последнему, КМЦ-500 применяют в концентрации до 2,5 % для снижения водоотдачи при насыщении раствора по NaCl и тем­пературе до 145 °С. КМЦ-600 в концентрации до 2 % применя­ют для снижения водоотдачи сильноминерализованных раство­ров и температуре до 160 °С. КМЦ-700 в концентрации до 1,8 % применяют для снижения водоотдачи сильноминерализованных и малоглинистых растворов при температуре до 180 °С.

Влияние концентрации С реагента КМЦ-600 на свойства глинистого раствора показано на рис. 19.9. Из графиков, приве­денных на рис. 19.9, видно, что КМЦ загущает пресные глини­стые растворы, поскольку вызывает сильное увеличение внут­реннего трения и существенный рост пластической вязкости.

ю о (О я < ю (О н

1о §11′ |5Ё1?5! о"’ 2-Ю й Й 5 ° || ‘ ЗбаЗЕЙ!

ф х £

. &   з д.— я   н »со §я- 8   К Й ^   М и V и 8 Й О н

11гШ «£ зн 2 о. и о аюВ с

Ф Я — * 2 * — Е * а

<& 00 •А а. 8 ж I

« в® а ■а е а р 0 «2 а о | Си «в л х В в ф а ф со о. ф а г° > н о ^ и

вЙ8 Я *8 о ф д а ав в 3 17* я а я п

ш* < И

о с ю о и о в и

ю и а. в* а в а 2 м п 5 * * Я X

2* № Ф

$8§*

1§|а: 11Ц*$ ; щ*§ а<ф еВгш

о р ~ в о.* ^«М&Йч’З.-

-ю ас С

Крахмальные реагенты

н В Ф Й ф а-	|,“г ! ! 191

9, Па-, Т, с В, см* 1„Ла г, Пас по -70 •35- 120 -ВО -30 100 -50 -25 80 -40 -20 60 -30 -15 40 -20 -ю 20 -10 — 5 0 — 0 .

а 2 4 Б 8 Скми.,%

Рис. 19.9. Изменение свойств пресного глинистого раствора яз сарипохского бентонита под влиянием КМЦ-600

Однако минерализованные растворы при добавлении КМЦ разжижаются за счет того, что этот реагент образует на гли­нистых частицах защитные оболочки и подавляет структуро — образование.

Способность КМЦ понижать водоотдачу глинистых сус­пензий зависит от щелочности среды. Наиболее эффективно этот реагент понижает водоотдачу при pH = 8,5-ь 11.

Сведения о некоторых модификациях КМЦ и других хими­ческих реагентах — производных целлюлозы, приведены в табл. 19.6.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбируясь на поверхности раздела, понижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз жидкость — газ, жидкость — твердое тело. При этом изменяются физические свойства поверхностей.

По химическому составу ПАВ разделяются на неионо- генные и ионогенные.

Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы, а их взаимодействие с водой обусловлено наличием гидрофильной группы в молекуле ПАВ.

Ионогенные ПАВ диссоциируют в воде на катионы и анионы. Если поверхностную активность проявляет катион,

Способ ввода реа­гента в глинистый раствор

пресный (до 3-5 % ЫаС1)

Товарный вид реагента, содержание сухого вещества

Влияние на глинистый рас­твор и примерная концентра­ция добавки на первичную обработку

соленый (свы­ше 5 % ЫаС1)

Исходные компоненты для получе­ния реагента

Способ получения реагента. Химизм процесса

Реагент

Влияние аналогично КМЦ, но допускает присутствие в растворе повышенной кон­центрации солей двух — и по­ливалентных металлов

Сухим по­сле допол­нительного измельче­ния или растворен­ным в воде

То же

Карбоксиме- тилцеллюлоза КМЦ-500 КМЦ-600 КМЦ-700

Сульфо — эфирцеллю — лоза (СЭЦ)

Целлюлоза, монохлорук- сусная кисло­та или моно — хлорацетат натрия

Целлюлоза, Н2$04 или серный ан­гидрит, хлор — сульфоновая кислота, ЫаОН

Мерсеризация 23 %-ным раствором ЫаОН (замена ионов Н~ и Ыа+, пептизация и набухание целлюло­зы), отжим, измельчение, этерфи — рикация

/ ONa

СбНтО*^- ©N8 + С1СНгООЫа -> ^ОЫа —» СбНтОгкгОЫа УЬЫа OCH2COONa + ЫаС1 созревание продукта, сушка, зата­ривание, придание целлюлозе спо­собность растворяться в воде Обработка целлюлозы сульфирую­щим агентом в среде инертных разбавителей (алифатические спир­ты, керосин, бензол, толуол, хлор этан и т. п.):

/ОН

С6Н702^- ОН + НОЭОг — ОН ХЗН С6Н7О2 •«— ОН Хон

ОБОзН + Н20

Мелкозернис­тый или волок­нистый мате­риал, белого цвета (не менее 87 % сухого)

Внешне похо­жа на КМЦ

Снижает во­доотдачу и по­вышает вяз­кость (0,3—

0,5 %)

Снижает во­доотдачу и резко умень­шает вязкость и СНС (1-3 %) в зависимости от СП реаген­та)

В основном

Растворе­ние в 5- 10 %-ном растворе ЫаОН или других ще­лочных электроли­тов Растворе­ние в воде

Этансуль- фонатцеллю — лоза (ЭСЦ)

Монокар-

боксиметил-

целлюлоза

(МКЦ)

Сульфофено — локарбокси — метилцеллю — лоза (СФ — КМЦ)

Алкалицел- люлоза С6Н9040На хлорэтан — сульфокис — лый натрий ОСН2СН2 БОзЫа Целлюлоза N02 газ или N204 жидкий, или раствор N3204 в СС14, N304, ЫН40Н или N8200

КМЦ, фенол,

ЫаОН,

ЫаНБОз с последующей нейтрализацией щелочью (образуется до 45 % N32804). Замещение атома водоро­да сульфогруппой, придание цел­люлозе способности растворяться в воде и повышение устойчивости продукта к действию солей двух — и поливалентных металлов. Путем обработки ЫаОН может быть по­лучена Ыа-соль, известная под на­званием сульфат целлюлозы СЦ (СбН^ОБОзНа)

Обработка алкалицеллюлозы хлорэтансульфокислым натрием: СвНэОЫа + аСНгСНгБОз^а ->

-» СвНс^СНгЭОзНа + №С1

Окисление и нитрование целлюло­зы N04, N204 и т. п., образование полиангидроуроновой кислоты, а затем ее водорастворимых солей путем обработки продукта раство­ром ЫаОН, ЫН4ОН или Ыа2СОз

Обработка 10 %-ного водного рас­твора КМЦ раствором фенолята натрия (синтетический фенол и 4 %-ный раствор ЫаОН), нагрева­ние смеси до 70 °С, введение 40 % ного раствора ЫаНБОз и выдержи­вание при 85-98 °С в течение 1 ч. Совместная полимеризация фено­ла, КМЦ и сульфирование продук­та с целью повышения термосоле — стойкосги

Рыхлая волок­нистая масса или порошок желтого цвета

Похожа на КМЦ

Белая масса

Снижает водоотдачу и повышает вяз­кость (0,5-1 %)

Снижает во­доотдачу и по­вышает вяз­кость и СНС (0,25-0,5 %)

Снижает водо отдачу (5-7 %) вязкость и СНС

Снижает во­доотдачу (0,5— 1 %), вязкость и СНС, допус­кает повышен ную концен­трацию солей двух и поли­валентных ме­таллов

то ПАВ называется катионактивным, если анион, то анионак — тивным.

К неионогенным ПАВ относятся продукты оксиэтилирова — ния жирных кислот и спиртов, амидов, фенолов, алкилфено — лов. Наиболее распространенные неионогенные ПАВ — это оксиэтилированные алкилфенолы и фенолы типа ОП-4, ОП-7, ОП-Ю и др. Молекулы этих ПАВ электрически нейтральны, что повышает устойчивость их растворов к действию мине­ральных солей.

К анионактивным ПАВ относятся мыла, сульфиты спиртов, ароматические сульфокислоты и др. Из них в бурении нахо­дят широкое применение сульфонаты, сульфонолы, азолят А, моющие средства: "Прогресс", "Новость" и др.

Характер действия и эффективность ПАВ зависят от их концентрации, свойств растворителя, степени минерализации подземных вод.

Поверхностно-активные вещества, понижающие поверхно­стное натяжение на границе раздела жидкость — воздух, отно­сятся к группе пенообразователей и используются для получе­ния аэрированных промывочных жидкостей и пен. Для этой цели в основном применяются анионактивные ПАВ. Их опти­мальная концентрация от 0,1 до 0,5 %.

При алмазном бурении широко применяются эмульсион­ные жидкости, обладающие смазочными свойствами. В состав этих жидкостей входят такие ПАВ, как ОП-7, ОП-Ю, кубовые остатки жирных кислот: госсиполовая смола, кожевенная эмульгирующая паста, синтетические жирные кислоты. ПАВ широко используются для приготовления следующих эмульсо- лов: СТП-10, ленол 10, ленол 26П, морозол и др.

Комментарии запрещены.