Химические реагенты
При бурении скважины глинистый раствор подвержен воздействию частиц выбуренной породы, пресных и минерализованных пластовых вод, температуры и давления, что, как правило, приводит к изменению параметров раствора в худшую сторону, и дальнейшее бурение без принятых мер становится невозможным. Во избежание этого в глинистый раствор добавляют химические реагенты, условно подразделяющиеся на три группы: реагенты — понизители водоотдачи, реагенты — понизители вязкости и реагенты специального назначения. Кратко рассмотрим наиболее распространенные реагенты каждой группы.
Реагенты — понизители водоотдачи. Из этих реагентов наиболее широко применяют углещелочной реагент (УЩР), сульфит-спиртовую барду (ССБ) и карбоксиметилцел-люлозу (КМЦ).
Углещелочной реагент получают из бурого угля и каустической соды (NaOH), в результате реакции которых образуются натриевые соли гуминовых кислот — гуматы натрия, являющиеся вместе с избытками каустической соды основными активными веществами реагента. Вследствие избытка каустической соды расщепляются (пептизируются) глинистые частицы. Всегда имеющаяся в глинистом растворе физически связанная вода расходуется на обволакивание вновь образовавшихся частиц и утолщение существующих гидратных оболочек, что -приводит к уменьшению водоотдачи. Одновременно с этим на поверхностях глинистых частиц адсорбируются гуматы натрия, что приводит к интенсивному утолщению гидратных оболочек. В -результате способность к слипанию глинистых частиц резко падает, статистическое напряжение сдвига уменьшается. Поэтому глинистые растворы, чрезмерно обработанные углещелочными реагентами, в связи с высокой дисперсностью глинистых частиц становятся вязкими, но бесструктурными.
Таким образом, при обработке раствора УЩР следует внимательно следить за показателями вязкости и статического напряжения сдвига. Этот реагент дает хорошие результаты при температуре жидкости примерно до 140° С.
Сульфит-спиртовая барда — отход целлюлозной промышленности. Содержащиеся в ней лигносульфоновые кислоты и их соли хорошо снижают водоотдачу глинистых растворов, подвергшихся воздействию минерализованных пластовых вод. Активность ССБ как понизителя водоотдачи пропорциональна количеству ее в растворе. Расход реагента обычно велик и достигает 50% от объема обрабатываемого раствора. Действие ССБ на глинистые растворы, не содержащие минерализованных вод, менее эффективно. Однако некоторого снижения водоотдачи при одновременном уменьшении вязкости можно, достигнуть и при обработке пресных растворов.
В последнее время широко применяют конденсированную сульфит-спиртовую барду (КССБ) нескольких марок. Этот реагент— продукт конденсации ССБ, формалина, фенола, хромата, серной кислоты с Последующей нейтрализацией NaOH. Применяется он для снижения водоотдачи пресных (снижается и вязкость) и минерализованных растворов. В зависимости от марки КССБ реагент применяют для обработки растворов, имеющих температуру 130—180° С.
Карбоксиметилцеллюлоза предназначена для обработки сильно минерализованных глинистых растворов, однако с успехом применяется и для снижения водоотдачи глинистых растворов, не содержащих солей. Этот реагент представляет собой натриевую соль целлюлозно-гликолевой кислоты и получается при переработке древесины. Хорошо снижает водоотдачу и повышает вязкость пресных растворов, но снижает водоотдачу и резко уменьшает вязкость минерализованных растворов. Чем больше степень минерализации раствора, тем больше следует добавлять реагента. КМЦ — универсальный реагент, который активно улучшает почти все параметры глинистого раствора. Раствор, обработанный КМЦ, сохраняет свои свойства в условиях продолжительного влияния температуры до 160—180°С.
Реагенты — понизители вязкости. Из этих реагентов наиболее часто применяются окзил, нитролигнин и сунил.
Окзил — продукт взаимодействия в кислой среде ССБ с хромпиком. Высокоактивный понизитель вязкости пресных и минерализованных растворов, а также водоотдачи пресных растворов. Эффективно его применение при бурении в глинах, гипсах, ангидритах, аргиллитах. Хорошо сочетается со всеми известными реагентами — понизителями водоотдачи. Устойчив при воздействии температуры до 200° С.
Нитролигнин получают окислением гидролизного лигнина азотной кислотой. Хорошо снижает вязкость минерализованных растворов, обработанных предварительно реагентами — понизителями водоотдачи, и пресных растворов.
Сунил — продукт восстановления нитролигнина солями серной кислоты, хорошо растворим в воде. Эффективно снижает вязкость как пресных, так и минерализованных растворов.
Реагенты специально го назначения — каустическая сода, кальцинированная сода, жидкое стекло, поваренная соль, известь, хроматы и бихроматы.
Каустическая сода NaOH используется в основном для приготовления УЩР, ССБ, нитролигнина и др.
Кальцинированная сода МагСОз применяется для улучшения диспергирования глин при.приготовлении глинистого раствора, снижая при этом водоотдачу, вязкость и статическое напряжение сдвига раствора.
Жидкое стекло Na2Si03 позволяет изменять вязкость и статическое напряжение сдвига в довольно широких пределах. Если требуется незначительно увеличить статическое напряжение сдвига, то жидкое стекло нужно добавить не более 0,75% к объему глинистого раствора. При добавлении к глинистому раствору 2,5—3% жидкого стекла можно получить высоковязкий раствор с большим статическим напряжением сдвига, пригодный для борьбы с поглощениями.
Поваренная соль NaCl обеспечивает значительное повышение статического напряжения сдвига растворов, пересыщенных углещелочным реагентом.
Известь гашеная даже при небольших добавках (до 5%) вызывает резкое повышение вязкости и водоотдачи.
Хроматы и бихроматы служат для повышения стойкости глинистого раствора к воздействию температуры. Они предотвращают загустевание и значительно разжижают глинистые растворы, особенно при температурах 150—200° С. Обязательным условием применения этих реагентов является содержание в обрабатываемом растворе достаточного количества щелочного реагента: УЩР, ССБ, КССБ, гипана и др.
Эмульсионные глинистые растворы. Основные компоненты эмульсионных глинистых растворов — глинистый раствор, обработанный реагентами — понизителями водоотдачи и вязкости, и нефть (или дизельное топливо) в количестве 8-15% от объема глинистого раствора.
При интенсивном перемешивании такой ' смеси образуется эмульсия, в которой роль эмульгатора выполняют глинистые частицы и содержащиеся в глинистом растворе реагенты (УЩР, КССБ, КМЦ и др.).
Нефть (дизельное топливо) добавляют в приемные емкости буровых насосов, содержащие глинистый раствор. Хорошее перемешивание смеси достигается после двух-трех циклов прокачивания ее по циркуляционной системе.
Бурение с промывкой эмульсионным глинистым раствором позволяет уменьшить толщину и липкость глинистой корки, образующейся на стенке скважины, следовательно, снизить опасность прилипания (прихвата) бурильной колонны к стенке скважины и поэтому улучшить условия ее эксплуатации. Благоприятные условия создаются и для работы долота на забое скважины, что способствует сокращению числа долот на скважину и увеличению скорости бурения.
Однако растворам этим присущи и недостатки: повышенная стоимость, разрушение нефтью резиновых деталей турбобуров и насосов, отрицательное воздействие на отбираемый керн, пожа-. роопасность, загрязнение буровой.