7 ТЕМА: «Материалы и Реагенты для регулирования свойств буровых растворов»
Буровые промывочные жидкости обрабатывают химическими реагентами для обеспечения необходимых свойств, когда их готовят к началу бурения, и дополнительно проводят обработку для поддержания или изменения свойств раствора в процессе проводки ствола скважины.
В процессе бурения скважины постоянно происходит обогащение бурового раствора твердой фазой и минерализованными пластовыми водами, минеральными солями вследствие проходки каменных солей, ангидритов, гипсов. Все это вызывает изменение структурно-механических и фильтрационных показателей.
Высокие температуры и давления приводят к повышению водоотдачи и снижению вязкости раствора. Предельное статическое напряжение сдвига (СНС) при этом, как правило, повышается. Однако иногда с ростом температур СНС может и снижаться.
Обработка химическими реагентами проводится для обеспечения тех или иных качественных показателей, но основное ее назначение - стабилизация бурового раствора дисперсной системы либо изменение структурно-механических. Эти две задачи взаимосвязаны.
Процесс стабилизации обычно сопровождается пептизацией раствора, что повышает плотность и прочность фильтрационной корки. Стабилизация и пептизация бурового раствора — обеспечивают снижение водоотдачи. Уменьшение количества свободной воды из-за увеличения числа дисперсных частиц приводит к повышению вязкости и СНС.
Регулирование структурно-механических свойств промывочных жидкостей может быть направлено как на повышение их вязкости и предельного статического напряжения сдвига, так и на уменьшение этих показателей.
Количество (концентрация) реагента должна быть строго определена. Избыточное количество реагентов может быть привести к увеличению толщины гидратных оболочек, что приведет к уменьшению сил взаимного притяжения и падению прочности структуры или ее нарушению, т. е. к коагуляции.
Реагенты, применяемые для обработки буровых растворов, по характеру действия и назначению можно разделить на две группы: электролиты и защитные высокомолекулярные вещества. Кроме того, для регулирования свойств буровых растворов используются специальные добавки, которые делятся на следующие группы; поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение на границе с газом и нефтью; пеногасители; утяжелители и смазочные добавки.
При обработке буровых растворов электролитами происходит обмен катионов, находящихся на поверхности частиц глины и в дисперсионной среде. В зависимости от того, какие ионы вступают в обменные реакции у бурового раствора будет происходить или стабилизация или структурообразование и коагуляция.
Если, например, ктионы Na+ и Li+ , повышающие стабильность дисперсной системы ПЖ замещают у поверхности частиц глины катионы Н + , Са2+, А13+, ухудшающие стабильность системы, то происходит стабилизация раствора, в противном случае происходит структурообразование и коагуляция.
Анионы влияют следующим образом. Например, они могут связывать катионы Н+ и повышать рН раствора, способствуя его стабилизации или могут связывать ионы Са+ и удалять их из раствора. Так, анион СО32- с Са2+- образует труднорастворимое соединение - мел СаСО3.
Защитные высокомолекулярные вещества распадаются в воде на крупные молекулы, которые адсорбируются на частичках, создавая вокруг защитный слой. При этом повышаются гидрофильность глинистых частиц и агрегативная устойчивость системы. Макромолекулы таких реагентов, а также слои, образуемые ими на элементарных кристалликах глины, способствуют увеличению плотности фильтрационных корок, в результате чего снижается водоотдача буровых растворов.
Адсорбируясь на гранях и ребрах глинистых частиц, высокомолекулярные соединения в большинстве случаев уменьшают их сцепление друг с другом, снижая вязкость и предельное статическое напряжение сдвига системы.
В качестве таких защитных высокомолекулярных веществ применяются углещелочной реагент (УЩР), торфощелочной реагент (ТЩР), сульфит-спиртовая барда (ССБ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), окисленный и замещенный лигносульфонат (окзил), окисленные гидролизные лигнины (нитролигнин и хлорлигнин), сульфированный нит-ролигнин (сунил), полифенольный лесохимический реагент (ПФЛХ), пековый реагент (пекор), сульфитно-корьевой реагент (сулькор), синтан-5, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), сульфоэфирцеллюлоза (СЭЦ), гидролизованный поли-акрилонитрил (гипан, К-4), метакриловый сополимер (метас), гидролизованный полиакриламид (РС-2) и др.
В таблице 7.1 представлены наиболее распространенные в практике бурения скважин реагенты и их краткие характеристики (свойства, состав, условия применения) для регулирования свойств буровых промывочных жидкостей.
Таблица 7.1 – Реагенты для регулирования свойств буровых промывочных жидкостей
№ | Наименование реагента полное (краткое) | Химическая формула (химическая природа) | Краткая характеристика и свойства | Необходимая концентрация и условия применения | Назначение | Примечания |
Регуляторы плотности | ||||||
1 | Барит, чистый барит (сульфат бария) | BaSO4 | Содержит 58,8% бария и имеет плотность 4500 кг/м3. | Для утяжеления буровых растворов. | ||
Карбонат кальция | СаСО3 | Плотность 2600 - 2800 кг/м3. Легко диспергируется в буровых растворах на углеводородной основе. | Макс. утяжеление бурового раствора до 1,4 г/см3. | Для вскрытия пластов с АВПД и кольматации. | Фильтрационная корка, формируемая им, удаляется при обработке НС1 | |
ИККАРБ-75 ИККАРБ-150 (карбонат кальция) | СаСО3 | Тонкозернистый кристаллический белый. Содержание СаСО3, % масс.- > 97 Плотность, кг/м3- 2720 Насыпная плотность, кг/м3 - 930 - 990 Растворимость в 15% растворе HCl, %масс., - ³99,3 | Данный реагент применяется для утяжеления буровых растворов при первичном и вторичном вскрытии продуктивного пласта, заканчивании и подземном ремонте скважин. Максимальное утяжеление до r = 1400 - 1500 кг/м3. | |||
Бромид кальция | СаВг2, СаВг26Н2О | Белый порошок или извлекаемый из скважины рассол. | Используют для приготовления солевых растворов повышенной плотности. | |||
Продолжение таблицы 7.1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
ЖРК-1 | Железно-рудный концентрат титанованадиевый | Порошок стального цвета | Утяжелитель глинистых растворов | ТУ 0803-22-0158754-95 | ||
Афроны | микроскопические пузырьки воздуха, защищенные сложной многослойной оболочкой ПАВ и полимеров | Размер пузырьков воздуха не превышает 20-100 мкм. Внешняя поверхность пузырьков имеет гидрофобный характер и малую сжимаемость. Плотность 1005-1320 кг/м3 | - позволяет проводить скважины при репрессии на пласт до 30 МПа,; - позволяет полностью устранить потери и поглощения ПЖ - исключает возможность дифференциальных прихватов бурильного инструмента; - сохраняет коллекторские свойства пласта; - гидродинамические потери давления в скважине при его применении на 20-30 % ниже, чем при использовании обычных жидкостей; - совместима с любым оборудованием очистки и приготовления раствора | Экологически безопасны и биоразложимы — без обработки бактерицидами. Полное бактериальное разложение системы при температуре окружающего воздуха выше 15 °С наступает в течение двух недель | ||
Химические реагенты общего назначения | ||||||
Хлорид кальция - | СаСl2, СаСl2Н2О, СаСl22Н2О, СаСl26Н20 | Белые расплывающиеся кристаллы, гранулы, куски, чешуйки. | Концентрация варьирует от 28 до 570 кг/м3. | Используют так же для приготовления солевых растворов высокой плотности, в РУО, для снижения точки замерзания буровых растворов на водной основе. | ||
Продолжение таблицы 7.1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Оксид кальция (негашеная известь) | СаО | Белый порошок. При гашении для получения гидроксида кальция выделяет тепло. | Используют в РУО для образования кальциевых мыл и удаления воды. | Сильно раздражает слизистые оболочки. | ||
Известь гашеная | Ca(OH)2 | Сильная щелочь, представляет собой порошок белого цвета. Мало растворима в воде. На воздухе активно взаимодействует с СО2 , образуя карбонат кальция СаСО3. Поэтому при длительном хранении на воздухе активность извести резко снижается. | Добавление извести в количестве 3 — 5 % к объему раствора значительно повышает его вязкость. | - для приготовления ингибированных известковых растворов; - в соленасыщенных растворах при бурении интервалов глинистых пород, хорошо диспергирующих в насыщенном растворе хлористого натрия; - для регулирования рН хлоркальциевых растворов; - как структурообразователь для загущения растворов при борьбе с поглощениями. | Хорошие результаты получают при обработке известью БР, потерявших восприимчивость к химическим реагентам. | |
Сульфат кальция (гипс) | CaSO4 - ангидрит; CaSO4 ·0,5Н2О - штукатурный гипс, алебастр; CaSO4 2H2O - гипс | Белое порошкообразное вещество плотностью 2320 кг/м3, труднорастворимое в воде (при 200С растворяется 0,202 %). В присутствии NаС1 растворимость возрастает в 2,5 – 2,8 раза. С небольшим количеством воды гипс быстро образует твердеющую массу. | От 6 до 23 кг/м3 растворов. | - ингибитор гидратации и набухания сланцев глинистых пород в условиях высоких забойных температур. Добавляют его совместно с реагентами - понизителями фильтрации и разжижителями для приготовления ингибированных гипсовых | При работе с порошком гипса в случаях его распыления необходимо пользоваться противопылевыми респираторами и очками. (ГОСТ 4013-74) |
Продолжение таблицы 7.1
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
