Химическая обработка бурового раствора

Химическая обработка бурового раствора осуществляется с целью получения раствора с определенными качествами, соответствующими геолого-техническому наряду.

Химическая обработка позволяет снизить водоотдачу, уменьшить толщину глинистой корки, получить минимальное значение статического напряжения сдвига, понизить вязкость, повысить степень закрепления неустойчивых пород, предотвратить потери циркуляции либо снизить их, сохранить глинизирующую способность в случае разбуривания соленосных либо гипсоносных толщ, утяжелить раствор при условии сохранения его подвижности, противодействовать влиянию повышенных и высоких температур, а также сохранить чистоту ствола скважины.

В соответствии с типом буровых растворов, определённых ранее, рассматриваем их химическую обработку следующими реагентами:

1. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) – соединение натриевой соли простого эфира целлюлозы и гликолевой кислоты, которое представляет собой мелкозернистый порошкообразный материал обычно белого или кремоватого цвета (влажность не более 10%). Реагент хорошо растворим в воде, применяется с целью регулирования фильтрационных свойств буровых растворов. Рекомендуемые концентрации карбоксиметилцеллюлозы в пресных растворах - до 0,5%. КМЦ эффективен при применении в области рН раствора 6-9.

Приготовление водного раствора КМЦ на буровой производится в глиномешалках или с помощью гидромешалки ГДМ-1. Глиномешалка МГ2-4 заполняется на 2/3 водой, загружается расчетное количество реагента со скоростью 10-15 минут на мешок, перемешивается до получения равномерной консистенции, доливается водой до полного объема, после чего производится дополнительное перемешивание в течение 20-30 минут. Приготовление раствора КМЦ осуществляется из расчета получения 2-5% водного раствора, на практике обычно используется 1-2%-ый водный раствор КМЦ. Применяют КМЦ при температурах до 160оС, а в сочетании со специальными добавками - до 180-200оС.

В настоящее время выпускаются различные торговые марки КМЦ, в частности Камцел-3, который по данным ТУ соответствует марке КМЦ 85/800.

2. НТФ - нитрилотриметилфосфоновая кислота – порошок белого цвета, эффективно снижает вязкость глинистого раствора, хорошо растворяется в воде, оптимальная концентрация – 0,01-0,03% мас. от объема бурового раствора. Термостойкость до 200оС. Не требует специального приготовления, но для более равномерной обработки бурового раствора рекомендуется использовать в виде водного раствора 1-10%-ой концентрации. Обычно используют 1%-ый раствор НТФ, который готовят с помощью глиномешалки (гидромешалки), время перемешивания - 15-20 минут.

3. БИОЛУБ – смазочная добавка на основе рапсового масла, представляет собой светло-желтую жидкость с характерным запахом. Плотность при 15,5°С=0,96, вязкость при 25°С=11-13 пуаз. БИОЛУБ эффективно улучшает смазочные и противоизносные свойства буровых растворов. При добавках БИОЛУБ 0.5-3% коэффициент липкости корки снижается до 25%. БИОЛУБ практически не влияет на реологические показатели бурового раствора.

Для равномерной обработки бурового раствора рекомендуется применять в виде водного раствора 10-20%-ой концентрации. Вместо воды может быть использован имеющийся буровой раствор.

4. Кальцинированная сода (Na2CO3) – мелкокристаллический порошкообразный продукт белого цвета с содержанием основного вещества 99%, водорастворим. Плотность реагента 2,5 г/см3, применяется для связывания ионов магния и кальция в растворе. Кроме того может быть применим в целях регулирования рН раствора и улучшения диспергирования глино-порошков.

Технология приготовления аналогична приготовлению КМЦ, однако время дополнительного перемешивания водного раствора составляет 10-15 минут. Применяемая концентрация при обработке бурового раствора - 5-10%.

5. Биополимер на основе ксантановой смолы (высокоочищенный ксантанполимер – продукт жизнедеятельности особой культуры бактерий) с высокой молекулярной массой. Реагент является порошкообразным продуктом, обычно светло-коричневого (кремового) цвета. Биополимер применяется в целях обеспечения высоких реологических  и удерживающих свойств раствора. Способен во много раз увеличивать вязкость при пониженных скоростях течения, при условии обеспечения раствора низкой вязкостью при высоких скоростях течения. Реагент применяется при обработке различных типов буровых растворов, включая буровые растворы с различной степенью минерализации, а утяжеленные растворы. Высокоочищенный ксантанполимер подвергается био-разложению, в связи с чем при его использовании, а также при хранении буровых растворов рекомендовано применять бактерицид. Термостойкость реагента до 100-120°С (в пресных растворах). В случае добавления антиоксидантов, специальных стабилизаторов, а также соли термостойкость реагента повышается.

Высокая жесткость и целостность раствора снижает эффективность применения биополимера, трехвалентные ионы вызывают коагуляцию. Концентрация в растворе определяется достижением требуемых значений пластической вязкости и динамического напряжения сдвига.

При обработке раствора рекомендуется медленно вводить реагент в рабочую емкость через смесительную воронку для предотвращения образования комков и сгустков, рекомендуемая скорость ввода – один мешок за 20-30 минут, обычно водные растворы биополимеров готовят из расчета 5 кг на 1 м³ технической воды (0,5%-ый раствор).

6. Гивпан – гидролизованное полиакрилонитрильное волокно (торговая марка Гивпан, - Г, - Н). Реагент является стабилизатором буровых растворов (допускается полное насыщение раствора солями одновалентных металлов) и представляет собой однородную вязкую массу без механических примесей, рН=12…14, температура замерзания ниже 0°С, температурная стойкость в водной системе - 175°С.

В таблице 16 приведена краткая характеристика применяемых реагентов и материалов.

Таблица 16

Характеристики материалов и химических реагентов, применяемых при бурении

Продолжение таблицы 16

Продолжение таблицы 16