Руководство Глинистые растворы,хим.реагенты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН








ГЛИНИСТЫЕ РАСТВОРЫ



ХИМИЧЕСКИЕ РЕАГЕНТЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА ГЛИНИСТЫЙ РАСТВОР



Руководство к лабораторным работам по курсу «Бурение нефтяных и газовых месторождений» для студентов специальности 090800















Пермь – 2007 г.

Общее положение

Для повышения эффективности технологических операций при бурении скважин широко применяются различные химические реагенты для обработк и глинистых растворов.
Основной целью лабораторных работ, предлагаемых в этом практикуме, является изучение изменений коллоидно-химических свойств глинистого раствора под влиянием одного или максимум двух реагентов.
Практикум не касается вопросов разработки сложных рецептур специальных типов глинистых растворов (известковых, силикатных, эмульсионных и др.);разработки рецептур глинистых растворов в условиях солевой и температурной агрессии и вопросов утяжеления.
Изложено содержание лабораторных работ и требования к их оформлению.
По каждой лабораторной работе приведены контрольные вопросы.
Продолжительность каждой работы – 4 часа



Введение

Если взять глину и тщательно перемешать ее с водой, то получится глинистый раствор. Свойства такого глинистого раствора зависят от качества глины и воды, взятых для приготовления, и от интенсивности диспергирования глины.
В первую очередь, качество глинистого раствора определяется минералогическим составом глины и составом ее обменного комплекса. Легче всего распускаются в воде монтмориллонитовые глины, если в составе их обменного комплекса преобладает натрий. Эти глины, так называемые натриевые бентониты, образуют легкий глинистый раствор, обладающий хорошими фильтрационными и структурно-механическими свойствами.
Глинистые растворы несколько худшего качества получаются из кальциевых бентонитов. Растворы из гидрослюдистых и, тем более, каолинитовых глин обладают неудовлетворительными фильтрационными свойствами при относительно высокой плотности. Такие растворы нельзя применять для промывки скважин без соответствующего улучшения их свойств.
Вторым важным фактором, который определяет свойство свежеприготовленного глинистого раствора, является солевой состав воды. Для приготовления глинистого раствора желательно брать пресную воду с общей жесткостью не более 5,5 мгэкв/л (содержание СаО
· не более 150 мг/л), ибо сильная минерализация воды препятствует гидратации и распусканию глинистых частиц.
Третьим фактором, от которого зависят свойства глинистого раствора, является интенсивность диспергирования глины, в процессе приготовления раствора. При обычном способе приготовления глинистого раствора, когда глина перемешивается сразу с полным объемом воды, имеет место неполное диспергирование глинистых частиц. Благодаря этому глинистый раствор имеет повышенную водоотдачу.
В процессе бурения свойства глинистого раствора претерпевают существенные изменения. Перекачивание раствора буровыми насосами ведет к дополнительному измельчению глинистых частиц, к разделению глинистых агрегатов на элементарные чешуйки. Такое повышение степени дисперсности глины влечет за собой нежелательное повышение статического напряжения сдвига и условной вязкости, а также небольшое уменьшение водоотдачи.
При бурении в глинистый раствор попадают частицы выбуренной породы. Крупные частицы отделяются от раствора в очистных приспособлениях, а наиболее мелкие остаются в циркулирующем потоке раствора. Выбуренная порода повышает концентрацию твердой фазы в глинистом растворе, вследствие чего раствор загустевает. Происходит увеличение статического напряжения сдвига и условной вязкости. Особенно интенсивное загустевание раствора имеет место при разбуривании глинистых пород. Выбуренные глинистые частицы, попав в глинистый раствор, гидратируются, набухают и распускаются в нем. Содержание глины в растворе увеличивается , и благодаря этому происходит резкое повышение статического напряжения сдвига и условной вязкости глинистого раствора. Раствор теряет необходимые свойства и нуждается в специальных мерах по их восстановлению.
В процессе бурения, в глинистый раствор могут попасть извне растворимые соли. (Эти соли, в отличие от тех солей, которые присутствуют в воде, взятой для приготовления, назовем посторонними). Посторонние растворимые соли проникают в раствор с пластовыми минерализованными водами, при разбуривании отложений каменной соли, гипса, ангидрита или при разбуривании цементных мостов, цементных стаканов.
Загрязнение глинистого раствора растворимыми солями, вызывает коагуляцию его. При коагуляции чаще всего наблюдается интенсивный рост условной вязкости и статического напряжения сдвига, увеличивается водоотдача глинистого раствора (гидрофильная коагуляция). В отдельных случаях, при относительно небольшом содержании глины в растворе и высокой концентрации солей, коагуляция может сопровождаться снижением условной вязкости, статического напряжения сдвига и катастрофическим ростом водоотдачи, свидетельствующим о полном разложении глинистой суспензии (гидрофобная коагуляция).
Коагуляция глинистого раствора приводит к ухудшению его свойств, вследствие чего возникает необходимость в соответствующем регулировании их.
Таким образом, необходимость регулирования (улучшения) основных коллоидно- химических свойств глинистого раствора возникает вследствие:
а) низкого качества глины, взятой для приготовления раствора ;
б) применения для приготовления раствора сильно минерализованной воды;
в) дополнительного диспергирования глинистых частиц при работе насосов;
г) обогащение глинистого раствора твердой фазой (особенно глиной);
д) коагуляция посторонними растворимыми солями.


Методы регулирования основных коллоидно-химических свойств - глинистых растворов

Основные коллоидно-химические свойства глинистых растворов (фильтрационные и структурно-механические) можно регулировать:
а) разбавление водой;
б) обогащением высококоллоидальной бентонитовой глиной;
в) обработкой химическими реагентами.
Разбавление глинистого раствора водой применяют при загустевании его вследствие обогащения глиной в процессе или при загустевании вследствие дополнительного диспергирования глинистых частиц.
Облагораживание раствора высококоллоидальной бентонитовой глиной применяется для улучшения фильтрационных и глинизирующих свойств глинистых растворов, приготовленных из местных глин низкого качества. Высокодисперсные частицы бентонита в процессе фильтрации образуют менее проницаемую глинистую корку. Водоотдача раствора вследствие этого понижается, но за счет увеличения концентрации твердой фазы при добавлении бентонитовой глины, статическое напряжение сдвига и условная вязкость раствора несколько возрастают.
Обработка химическими реагентами применяется как для разжижения глинистого раствора, так и для улучшения его фильтрационных (глинизирующих) свойств в тех случаях, когда разбавление водой или обогащение бентонитовой глиной не могут привести к желаемым результатам. Обработка одним, а чаще несколькими реагентами позволяет:
а) добиться разжижения раствора, когда добавление воды недопустимо из-за снижения плотности и роста водоотдачи;
б) уменьшить водоотдачу до величины, не достижимой одной лишь добавкой бентонита.
Наконец, химическая обработка позволяет защитить глинистый раствор от агрессивного воздействия растворимых солей или же добиться разжижения и улучшения фильтрационных и глинизирующих свойств раствора, коагулированного растворимыми солями.
Химические реагенты для обработки глинистого раствора
и их классификации

Исходя из физико-химической природы реагентов, применяемых для обработки глинистых растворов, можно подразделить их на два класса: реагенты-электролиты и реагенты-защитные коллоиды.
Кроме того, в практике бурения применяется ряд добавок, которые не могут быть отнесены ни к одной из этих групп (нефть, графит, пеногасители, антиферментаторы.)
Действие защитных коллоидов на глинистую суспензию обусловлено адсорбцией реагентов на поверхности этих частиц, изменением свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз, повышение гидрофильности частиц. Реагент, адсорбированный на поверхности частиц, стабилизирует глинистую суспензию, повышает ее агрегативную устойчивость. Некоторые реагенты-зашитные коллоиды, кроме стабилизирующего действия, способствуют повышению степени дисперсности глинистых частиц.
Реагенты-электролиты действуют, главным образом, на двойной электрический слой глинистых частиц. Изменение свойств Бурового раствора при обработке электролитами зависит от природы ионов реагента (гл. образом от катиона) и концентрации его в буровом растворе. Один и тот же реагент в зависимости от концентрации может либо стабилизировать глинистую суспензию, либо коагулировать ее.
Химическая обработка глинистого раствора преследует главным образом, две цели:

· Регулирование фильтрационных и коркообразующих свойств (понижение водоотдачи)

· Регулирование структурно-механических свойств (понижение СНС и УВ до необходимого предела).
Если рассматривать химические реагенты с позиций оценки их возможностей решать эти две задачи, то можно видеть, что одна часть реагентов-защитные коллоиды эффективно улучают фильтрационные свойства раствора. В то же время эти реагенты очень слабо разжижают глинистый раствор или даже, наоборот, повышают его вязкость.
Другие защитные коллоиды эффективно разжижают глинистый раствор, но мало влияют на его фильтрационные свойства.
Реагенты- электролиты, за очень небольшим исключением, не способны заметно улучшать фильтрационные и структурно-механические свойства глинистого раствора. Эти реагенты используют в специальных целях, например для осаждения двухвалентных катионов, для регулирования щелочности глинистого раствора, для придания ему способности подавлять гидратацию глинистых пород, для осуществления реакции обмена катионов на глинистых частицах.
Такая специфика действия химических реагентов на глинистый раствор позволяет предложить классификацию реагентов по их целевому назначению, разделив все реагенты на три группы: понизители водоотдачи; понизители вязкости; реагенты специального назначения и добавки.
Классификация реагентов с учетом их физико-механической природы и целевого назначения, а также распределение реагентов по группам представлены в табл. 1

Таблица 1

Защитные коллоиды
Электролиты
Добавки

Понизители
водоотдачи
Понизители
вязкости
Реагенты специального назначения и добавки

1.Крахмал
2.Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
3.Сульфатцеллюлоза (СЭЦ)
4.Гидролизовнный полиакрилонитрил
(ГИПАН)


1.Дубильные экстракты (квебрахо, каштановый, дубовый, ивовый, и др.)
2.Синтетические танины (синтаны)
3.Полифенолы лесохимические (ПФХЛ)
4.Окисленный гидролизный лигнин (нитролигнин, сульфонитролигнин, хлорлигнин и др.)
5.ССБ
6.КССБ
7.УЩР
8.Феррохромлигно-
сульфанат.
1.Едкий натр (NaOH)
2.Кальцинированная сода-Na2CO3
3.Фосфаты натрия
4.Хроматы, бихроматы Na, K.
5.Известь CaOH
6.Хлористый кальций CaCl2
7.Сернокислый кальций CaSO4
8.Жидкое стекло
9.Хлористый натрий
10.Графит
11.Нефть, дизтопливо
12.Антиферментаторы
13.Пеногасители



ХАРАКТЕР ДЕЙСТВИЯ РЕАГЕНТОВ ПОНИЗИТЕЛЕЙ ВОДООТДАЧИ
Понизители водоотдачи представляют собой высоко молекулярные анионногенные полиэлектролиты линейного строения с большой плотностью зарядов. Будучи растворимы в воде, они образуют лиофильные коллоидные системы. В глинистом растворе эти реагенты действуют как защитные коллоиды. Они стабилизируют глинистую суспензию, повышают ее агрегативную устойчивость, поэтому их часто называют реагентами-стабилизаторами.
При обработке понизителями водоотдачи степень дисперсности глинистых частиц не меняется, но частицы, окруженные защитными сольватными оболочками, в процессе фильтрации образуют малопроницаемую глинистую корку.
Как известно структурообразование в глинистых растворах обусловлено слипанием глинистых частиц по краям, где гидратная оболочка мала и имеются ненасыщенные валентности разного знака. При обработке реагентами-стабилизаторами, молекулы реагента “экранируют” глинистую частицу. Возможность слипания частиц уменьшается. Реагент как бы подавляет структурообразование в глинистом растворе. Поэтому СНС, которое характеризует прочность структуры, уменьшается.
Уменьшение интенсивности структурообразования наблюдается до некоторого предела концентрации реагента понизителя водоотдачи. УВ увеличивается, т.к. реагенты обладают высокой вязкостью. При превышении предельной концентрации реагента СНС и УВ начинают расти, это объясняется особенностью формы молекулы реагента.
При малых концентрациях макромолекулы реагента имеют форму свернутых клубов и слабо взаимодействуют между собой. При увеличении концентрации клубки расправляются, приобретая вид спиралей, гармошек. Молекулы сцепляются между собой, способствуя структурообразованию.
Таким образом, при обработке химическими реагентами понизителями водоотдачи под влиянием реагента происходит снижение водоотдачи и повышение условной вязкости (УВ) глинистого раствора. Статическое напряжение сдвига (СНС) при малой концентрации реагента понижается, а при большой – растет. Эти реагенты не коагулируют в присутствии значительного количества электролитов, т.е. поддерживают высокое качество при попадании в раствор посторонних солей. За это качество эти реагенты называют реагентами–стабилизаторами.

ПОНИЗИТЕЛИ ВОДООТДАЧИ

Крахмал
Крахмал-смесь полисахаридов, имеющих общую формулу (С6 Н10О5)n, содержится в большинстве растений. Для обработки БР могут использоваться различные виды крахмала: картофельный, кукурузный, рисовый, бататовый и др.
Крахмал применяется в виде щелочного клейстера. Количество щелочи в нем определяется опытным путем. Для клейстеризации в среднем требуется 1,0-1,4% едкого натра от веса сухого крахмала.
Крахмальный реагент готовится с максимальной концентрацией сухого продукта 8-10%, позволяющей сохранить текучесть раствора.
Основное его назначение- регулятор водоотдачи в буровых соленасыщенных растворах. При первичной обработке сильно минерализованных глинистых растворов концентрация крахмала сотавляет 1,5- 3%, считая на твердое вещество к объему обработанного глинистого раствора.
Растворы крахмала подвергаются бактериальному разложению (ферментация), поэтому длительно хранить их до использования не рекомендуется.
В последнее время получает применение экструзионный крахмальный реагент. Это химически и термически обработанный крахмал, хорошо растворимый в воде и не требующий добавок щелочи. Например, он снижает водоотдачу 20% глинистой суспензии из ПКГ, содержащей 26% NaCl при расходе ЭКР – 2% по массе от объема суспензии, до 8см3 за 30 минут. T=130-1400С.
Крахмал не термостоек, его не рекомендуется применять при t на забое выше 1000С. Он хорошо совместим с другими реагентами, особенно с КМЦ.

Сульфатцеллюлоза (СЭЦ)

Представляет собой натрие6вю соль кислого сернокислого эфира целлюлозы.
Реагент получается путем этерификации целлюлозы серной кислтой в присутствии спирта и дихлорэтана и последующей нейтрализации спиртовым раствором щелочи.
Сульфит целлюлоза растворима в воде и образует с ней высоковязкий коллоидный раствор, обладающий нейтральной или слабощелочной реакцией. Для обработки глинистого раствора используют 5-10% раствор реагента.
Сульфат целлюлоза устойчива к солевой агрессии и стабилизирует глинистый раствор в присутствии одно и двухвалентных катионов, причем стабилизирующая способность СЭЦ растет с увеличением степени минерализации глинистого раствора.
В присутствии солей натрия сульфатцеллюлоза менее эффективна, чем КМЦ, но в условиях кальциевой агрессии эффективность СЭЦ выше, так как кальциевые соли сульфатцеллюлозы растворимы в воде. СЭЦ сохраняет эффективность при содержании кальция в глинистом растворе более 2-%.
Сульфатцеллюлоза менее термостойка, чем КМЦ, и разлагается уже при температуре 100°С, применение антиферментаторов не требуется.


Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ)

Растворяющееся в воде волокнистое вещество желтоватого цвета. Оно представляет собой натриевую соль целлюлозогликолеевой кислоты. КМЦ – получают действием на щелочную целлюлозу монохлоруксусной кислоты или ее натриевой соли.
Плотность сухого реагента 1,7; растворяется КМЦ в кол-ве до 10%, затем растворимость ее ухудшается.
КМЦ - это органический коллоид, применяющийся для регулирования водоотдачи. Структура КМЦ представляет длинную цепь молекул, которая в результате полимеризации может иметь различную длину. Выпускается три класса КМЦ, каждый из которых обеспечивает различную степень вязкости, удерживающей способности и регулирования водоотдачи. Эти три класса обычно называются КМЦ высокой, средней и малой вязкости. Степень их чистоты также различна.
Было выдвинуто четыре теории, объясняющие механизм понижения водоотдачи KMЦ.
Вклинивание или набивка длинных цепей в узкие зазоры между частицами
Закручивание этих длинных цепей в клубки, образующие пробки.
Покрытие пленкой глинистых частиц.
Загущение жидкой фазы.
Для обработки обычно используют растворы с концентрацией до 10%. Более концентрированные растворы неудобны в работе из-за их высокой вязкости. Вводить КМЦ следует в глинистый раствор, в котором глинистые частицы достаточно диспергированы. Применять реагент в процессе приготовления глинистого раствора нецелесообразно, так как КМЦ затрудняет диспергирование глины.
KMЦ - эффективный регулятор водоотдачи в большинстве буровых растворов на водной основе, особенно в образованных кальцием системах. Она также стабилизирует содержащие кальция и натрий системы. КМЦ устойчива к бактериальному воздействию и эффективна на протяжении всего щелочного диапазона рН. Эффективность KMЦ как регулятора водоотдачи -понижается при концентрации соли, превышающей 50000 ч/млн. КМЦ подвергается полной деградации при температурах, превышающих 120°С. При более высоких температурах начинается деструкция, то есть расщепление молеку КМЦ на более мелкие обломки. Высоковязкая КМЦ, обладающая высокой степенью полимеризации (n=500-600), сначала в результате диструкции превращается в средневязкую, затем в низковязкую и, наконец, при температуре 200°С разлагается совсем. Таким образом, благодаря высокой степени полимеризации высоковязкая КМЦ сохраняет эффективность и применяется при температурах 150°С и выше. Средневязкая и низковязкая КМЦ быстрее теряют эффективность при повышении температуры.
Выбор класса KMЦ зависит от того, какие параметры бурового раствора необходимы. Когда необходимо, чтобы буровой раствор обладал малой скоростью водоотдачи и хорошей удерживающей способностью, следует применять КМЦ либо высокой, либо средней вязкости. Когда необходима меньшая вязкость и понижение водоотдачи, применяют КМЦ малой вязкости.
Высоковязкая КМЦ имеет такую же степень замещения, как и КМЦ малой и средней вязкости, однако имеет более высокую степень полимеризации. Чем выше степень замещения, тем выше устойчивость к воздействию минерализованной и жесткой воды.
КМЦ низкой и средней вязкости, как правило, получают из целлюлозы древесной. В процессе очистки целлюлозы древесной пульпы происходит некоторая молекулярная деградация, понижающая молекулярный вес. КМЦ высокой вязкости получают из хлопковых волокон, что повышает ее стоимость.
КМЦ обладает способностью стабилизировать глинистый раствор при концентрации в нем NaCl, соответствующей полному насыщению, однако стойкость КМЦ в кальциевой агрессии невелика. При содержании всего только 1% кальция в глинистом растворе полностью теряет свою эффективность. Это объясняется тем, что под влиянием катионов кальция натриевая карбоксиметилцеллюлоза превращается в нерастворимую кальциевую.
На первичную обработку глинистого раствора КМЦ расходуют обычно 0,3-1,5% реагента по весу к объему раствора, а для обработки сильно засоленных растворов - до 2,5%.
Некоторые реагенты-понизители водоотдачи, в том числе КМЦ, обладают способностью разжижать минерализованные глинистые растворы, загустевание которых обусловлено, главным образом, интенсивным структурообразованием. Стабилизируя глинистый раствор и подавляя структурообразование, реагент обеспечивает снижение условной вязкости. Для снижения вязкости минерализованных растворов применяют разбавление раствора КМЦ с концентрацией 1-3%.
Растворы КМЦ с концентрацией 1-3% благодаря большому содержанию в низ воды обладают способностью разжижать и пресные глинистые растворы Разжижающая способность разбавленных растворов КМЦ проявляется тем сильнее, чем выше концентрация твердой фазы в глинистом растворе и чем меньше концентрации раствора реагента.

Гипан (гидролизованный полиакрилонитрил)

Гипан-продукт гидролиза полиакрилнитрита. Выпускается в виде 10-15 процентного водного раствора, это вязкая жидкость желтого цвета . Отечественной промышленностью выпускается Гипан1 и Гипан-07.
Гипан используется как понизитель водоотдачи. Он весьма эффективен, особенно в высокотемпературных условиях (при 140-250(С). Обеспечивает устойчивую низкую водоотдачу при большой солености, в особенности в сочетании с другими защитными коллоидами (ССБ с КМЦ, крахмал).
В слабоминерализованных средах при больших забойных температур скважин Ставрополья и Краснодара он широко использовался с УЩР.
В Пермской области при хлорнатриевой агрессии Гипан применяется в сочетании с ССБ.
Расход этого реагента невелик: 0.1-0.3%сухого вещества к объёму раствора.
Гипан1- предназначен для обработки пресных растворов. Оптимальные добавки для снижения водоотдачи - 0.2-1% (в расчёте на сухой) в зависимости от забойных температур. Оптимальный рН-89.
Гипан 07- рекомендуется для обработки солёных растворов, содержащих NaCl до насыщения, оптимальная добавка 1-2% (в расчёте на сухой ), рН-89.
Для обработки пресных буровых растворов менее удобен, так как. может приводить к повышению их вязкости.
Гипан следует хранить в герметичных щелочестойких ёмкостях или в транспортной таре, избегая воздействия прямых солнечных лучей.
Гипан хранящийся при минусовой температуре, должен быть оттаян и тщательно перемешан до однородного состояния.
Гарантийный срок хранения 3 месяца. Бочка-275 литров. Боится прямых солнечных лучей.

РЕАГЕНТЫ – ПОНИЗИТЕЛИ ВЯЗКОСТИ

Реагенты – понизители вязкости, в большинстве своем являются коллоидными электролитами, то есть веществами, у которых некоторая часть молекул, и имеющих 1-2 ионогенных группы, ассоциирована и образует мицеллы пластинчатой формы, а часть молекул находится в свободном состоянии. При этом между продуктами диссоциации и индивидуальными молекулами существует определенно равновесие, зависящее от рН, температуры и степени минерализации.
При обработке глинистого раствора реагентами-понизителями вязкости пластинчатые мицеллы реагента и отдельные коллоидные анионы адсорбируются на активных участках поверхности глинистых частиц, т.е. в местах разломов кристаллической решетки глинистых минералов.
Блокируя ненасыщенные валентности, реагент подавляет структурообразование, благодаря чему резко уменьшается СНС.
С другой стороны, внутреннее трение в глинистом растворе несколько возрастает за счет увеличения гидратации и повышения степени дисперсности глинистых частиц. Однако, внутреннее трение увеличивается мало и поэтому слабо влияет на величину условной вязкости УВ.
Падение условной вязкости при обработке реагентами понизителями вязкости происходит из-за того, что реагет подавляет структурообразование в глинистом растворе. Помимо того, некоторое разжижающее действие оказывает и вода, присутствующая в реагенте.
Реагенты- понизители вязкости обладают способностью проникать по трещинкам и дефектным местам глинистых частичек. Тем самым реагент ослабляет связь между чешуйками и способствует расщеплению глинистых частиц на более мелкие части, т.е. повышает степень дисперсности глины в растворе. Более мелкие частицы глины образуют менее проницаемую глинистую корку, в результате чего скорость фильтрации уменьшается.
Таким образом, при обработке понизителями вязкости происходит снижение СНС, условной вязкоси и водоотдачи глинистого раствора.
Стабилизирующая способность понизителей вязкости значительно меньше, чем у понизителей водоотдачи. Сами понизители вязкоси, за небольшим исключением , коагулируют под влиянием даже небольших количеств электролитов. Поэтому, как правило, в присутствии солей стабилизирующая способность понизителей вязкости резко падает.

Дубильные экстракты ( растительные танины

Являются коллоидными электролитами. Они относятся к обширному классу полифенольных соединений сложного неоднородного состава и строения.
Основное назначение таннинов- дубление кожи, вследствие чего они и получили азвание «дубильные экстракты»
В бурении их используют как реагенты понизители вязкости и СНС.
Танины входят в состав большинства растений, хорошие результаты показали дубовый, ивовый и еловый экстракты.При их применении всегда надо иметь пеногасители.
Дубильные экстракты применяют в комбинации с едким натром. Соотношения реагента и каустика может находиться в пределах от 1:2 до 5:1
Дубильные экстракты хорошо разжижают минерализованные растворы. Сохраняют эффективность при температуре до 140єС
Экстракт квебрахо широко применяется в зарубежной практике. Приготавливают его из древесины дерева квебрахо.
Полученный экстракт выпаривают и превращают в порошок темно- красного цвета, к которому (во избежании слеживания ) добавляют бентонит или мел.
Сложные тениновые соединения в воде растворяются, образуя коллодные частицы.Водоотдачу же снижают незначительно.

ПФХЛ (лесохимический полифенольный реагент)

Является продуктом формальдегидной конденсации полифенолов растворимых смол термолиза древесины.
Является понизителем УВ и СНС БР на водной основе.
Внешний вид - крошкообразное вещество от темно - коричневого до черного цвета.
ПФХЛ относится к несолестойким понизителям вязкости. Содержание в растворе 3% NаCl резко снижает его разжижающую способность.
В пресных средах ПФХЛ термостоек до 1600 С.
Совместим со всеми реагентами. При РН>9 вызывает некоторое снижение фильтрации и очень хорошо разжижает.
Область применения реагента

·
· ПФХЛ применяется для регулирования вязкости и СНС известковых, утяжеленных, неутяжеленных БР на водной пресной и морской воде, загустевающих при попадании в них выбуренной породы.

·ПФХЛ - обеспечивает поддержание заданных показателей вязкости, СНС пресных БР при t до 1600 С. В условиях минерализации ПФХЛ неэффективен.

·Оптимальные добавки ПФХЛ в зависимости от степени обогащения выбуренной породой, плотности раствора и температурных условий в скважине находящейся в пределах 0,25-1% на сухое вещество. Разжижающее действие наиболее эффективно при рН 911.

·Вызывает некоторое снижение фильтрации, особенно при рН > 9.

Технология обработки
1. Для обработки БР ПФХЛ применяется в виде 5-10 % водных растворов.
2. Подача в циркулирующий БР осуществляется за один или несколько циклов в зависимости от плотности раствора.
3. Необходимо использовать пеногасители. Наиболее эффективен ЖСК Дзержинского завода.
а) Транспортировать в мешках,
б) Хранить в закрытых помещениях или под навесом,
г) Гарантийный срок – 1 год со дня изготовления.

Техника безопасности
Пожаро- и взрывобезопасен.
Нетоксичен.
Имеет слабощелочную реакцию; поэтому при попадании на кожу смыть водой.
В среднем требуется 1-1,5% каустической соды (на сухое вещество). В сильно минерализованных средах добавки щелочи повышаются до 2-4%.

Лигнины

ЛИГНИН-постоянный компонент растительного сырья, по химическому строению представляет собой развлетвленный сетчатый полимер. Окисленный лигнин используется для регулирования вязкостей пресных и минерализованных растворов. Применяется он в виде 5% водного раствора при соотношении с каустиком от 1:0,2 до 1: 0,5.
Реагент добавляется в циркулирующий раствор из специальной емкости ,установленной после узла очистки.
В пресных слабо минерализованных ( морская вода ) растворах используется до 170°-180 °С.
В присутствии 0,1% солей кальция разжижающая способность сохраняется при t не более 110°С.

Нитролигнин- эффективный понизитель вязкости пресных и минерализованных растворов ( до 3% NaCl ) при t= 170-180°С. Преимущество нитролигнина ( и других модифицированных лигнинов по сравнения с танинами и лигносульфонатами ) заключается в отсутствии вспенивания буровых растворов при любых добавках.Оптимальная добавка нитролигнина ,считая на сухое вещество,составляет: для пресных,известковых и слабо минерализованных растворов ( 3% NaCl ) – 0,2-0,3 %,а при сильной минерализации – 0,5-0,6%
Технология обработки
1.Для обработки БР используются, в основном 5%-ные щелочно-водные растворы, содержащие 0,1-0,3% щелочи, считая на сухое вещество.
2.Добавляют в циркулирующий раствор из спец.емкости, установленной после узла очистки.
Подача реагента осуществляется за 1-2 цикла.
Нитролигнин затаривают в крафт мешки или полиэтиленовые мешки (50 кг).
Срок хранения 12 мес.При попадании на кожу промыть водой.

Лигносульфонаты

К числу лигносульфонатов относится ССБ сульфит-спиртовая барда
Реагент представляет собой отход производства целлюлозы при сульфитном способе варки. По внешнему виду это густая, темно- бурая жидкость.
Отечественной промышленностью выпускается две марки реагента:
Концентраты-сульфитно-дрожжевой бражки порошкообразные (КБП) и концентраты жидкие (КБЖ).
КБЖ- выпускается в виде 50%-ого водного раствора. Реагент устойчив в растворах,содержащих более 10% NaCl и до 0,2% двух валентных катионов (Ca. Mg) .ССБ- совместим со всеми реагентами.
Область применения:
1.ССБ- предназначена для снижения УВ и СНС сильно минерализованных БР.С рН=10 при бурении глинистых и хемогенных отложений до 160°С .Оптимальнаядобавка при первичной обработке 1-3%, при повторной обработке –не менее – 1%.
К преимуществам ССБ относятся недефицитность и невысокая стоимость.
К недостаткам – возможность вспенивания буровых растворов даже при небольших добавках реагента ( до 1% в пересчете на сух.вещество )
2.Для стабилизации высокоминералтзованных БР при разбуривании солевых отложений добавки ССБ достигают 20-30% и более.Такие растворы называются сульфит-солевыми.
В настоящее время практическое значение имеет не ССБ ,а продукты ее модификации.

Конденсированная сульфит-спиртовая барда ( КССБ )
КССБ- является продуктом конденсации отходов целлюлозно-бумажного производства ( ССБ, КБП, КБЖ )
КССБ- выпускется 4 марок : КССБ, КССБ-1,КССБ-2,и КССБ.
Основное назначение КССБ- снижение показателя фильтрации неминерализованных, слабо минерализованных ( до 10% NaCl ), известковых, гипсовых, высококальциевых растворов.
При лобавлении в БР она оказывает стабилизирующее и разжижающее действие. БР обработанные этим реагентом, устойчивы против воздействия цемента, электролитов,а также при высоких температурах ( до 200 °С) и давлениях ( до 800 ат ). Они имеют пониженную липкость и при фильтрации имеют тонкие плотные пленочки.
Наиболее эффективно применение КССБ в растворах с рН 9,5- 10,5, при этом наблюдается max снижение фильтрационных и структурно-механических свойств раствора.
КССБ-1 применяется для обработки пресных БР при Т-до150°С.В слабо минерализованных растворах термостойкость снижается;
КССБ-2 применяется для обработки пресных, и минерализованных, известковых и высококальциевых БР Т-до100°С.
КССБ-3 применяется для обработки минерализованных, известковых и высококальциевых БР Т-до150°С.
КССБ-4 применяется для обработки пресных, и минерализованных, известковых и высококальциевых БР Т-до180-200°С
Применение КССБ-3 и КССБ-4 для снижения фильтрации насыщенных растворов мало эффективно.Для обработки таких растворов целесообразно применение комплексной обработки :
КССБ-2 + КМЦ в соотношении от 1:1 до 5:1
Одним из существенных недостатков всех марок КССБ является высокая пенообразующая способность вследствие высокой поверхностной активности. Обработка раствора пеногасителями производится одновременно с вводом КССБ.
Используют СОАПСТОК, СИВУШНЫЕ МАСЛА,РС,Т-66(80),МАС-200,ТРИКСАН.
Поставляется в четырехслойных бумажных мешках,массой не более 40 кг. Не токсичен.
Хромлигносульфонаты
Для получения хромлигносульфонатов ССБ обрабатывают солями 3-х валентного либо 6-ти валентного хрома.Эти реагенты характеризуются высокой разжижающей способностью.
Отечественной промышленностью освоено производство хромлигносульфонатов:
Окзила и ФХЛС.
Буровым предприятиям Окзил поставляется или в виде темно-коричневой жидкости плотностью 1,12-1,14 г/см3 с содержанием сухого вещества 25% ( рН 3-5 ) или в виде сыпучего однородного порошка зеленовато-коричневого цвета.
Окзил- (окисленный и замещенный лигносульфонат ) - многофункциональный препарат, применяющийся со всеми буровыми растворами на водной основе. Он эффективен во всём щелочном диапазоне рН и может использоваться при любой концентрации соли, вплоть до насыщения, а также при любом уровне кальция, встречающемся в буровых растворах.
Каустическую соду следует использовать вместе с Окзилом. Количество каусти-ка зависит от типа применяющегося бурового раствора, но, как правило соотношение Окзила и Каустика обычно колеблется от 1:0,1 до 1:0,3 ( расчете на сухое вещество. Он не только понижает вязкость и прочность геля, но применяемый в достаточных количествах понижает водоотдачу и создает ингиби- рующую среду. По этим причинам Окзил является очень многофункциональным материалом.Наиболее эффекитивен раздельный ввод в раствор Окзила и Каустика.При использовании Окзила необходимо применение пеногасителя в количестве до 1% от массы реагента,лу4чше всего МАС-200
ФХЛС-феррохромлигносульфонат
ФХЛС-феррохромлигносульфонат-сыпучий порошок коричневого цвета,
полностью растворимый в воде.Одновременно вводятся щелочные реагенты (гидроокиси натрия или кальция, кальцинированная сода ) в количествах ,обеспечивающих поддержание рН в пределах 8,5-10.Буровые растворы ,обработанные ФХЛС ,стабильны при попадании в них гипса,умеренных количеств соли ,цемента. Они относятся к термоустойчивям и сохраняют свои свойства при180-200°С. Количество ФХЛС при первичной обработке составляет
2-3%,а для повторных 0,5-1,0 %. Хорошо сочетается с другими реагентами,особенно с КМЦ различных марок.
Ингибированные гипсовые БР нашли широкое применение только благодаря ФХЛС.Склонен к пенообразованию,наличие пеногасителей при использовании лигносульфонатов,считается обязательным.

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ

При бурении скважин в глинистый раствор могут попадать соли щелочных и щелочноземельных металлов, значительно изменяющие свойства раствора. Соли могут поступать в раствор из состава разбуриваемых пород или вместе с минерализованными пластовыми жидкостями. Наиболее распространенными представителями их являются хлористый кальций, гидрооксид кальция, гипс, хлористый натри, хлористый калий, бишофит и др.
Вместе с тем эти соли применяются в практике бурения, как реагенты
а) для связывания двухвалентных катионов, вызывающих коагуляцию и ухудшение свойств глинистого раствора (Na2CO3)
б) для осуществления реакции катионного обмена на глинистых частицах и придания раствору ингибирующих свойств (Ca(OH)2; ; CaSO4)
в) для регулирования щелочности глинистого раствора (NaOH); для разработки рецептур силикатных и силикатно-солевых растворов (Na2O·SiO2)
Химические реагенты - электролиты или посторонние электролиты, попадающие в глинистый раствор при бурении, изменяют строение и размеры двойного электрического слоя мицелл глинистых частиц. Тем самым электролиты влияют на один из факторов, обеспечивающих агрегативную устойчивость глинистой суспензии.
Характер действия реагентов этой группы на основе свойства глинистого раствора можно рассмотреть на примере очень распространенного в бурении реагента – кальцинированной соды (Na2CO3). Этот реагент обычно применяется для обработки глинистого раствора, приготовленного из местных комовых глин. В составе этих глин преобладают катионы кальция. Раствор из таких глин обладает структурой, толстой коркой.
При введении в раствор небольшого количества кальцинированной соды анионы CO3 связывают часть катионов кальция, образовывая нерастворимый углекислый кальций.
Са++ + СО3-- = СаСО3

Катионы натрия - замещают в диффузном слое глинистых частиц - катионы кальция.Подобный катионный обмен приводит к повышению степени гидратации глинистых частиц. Происходит как бы частичная стабилизация глинистого раствора. Катионы натрия, вытесняя Са++ из промежутков между чешуйками глины, ослабляют связь между ними. Это приводит к повышению степени гидратации глинистых частиц. Глина начинает набухать. Крупные глинистые комочки распадаются на более мелкие частицы, происходит стабилизация раствора. Образуется менее проницаемая глинистая корка. Водоотдача раствора уменьшается.
Из-за повышения гидратации частиц происходит снижение СНС, а это приводит к снижению условной вязкости .(обл.1)
При увеличении концентрации реагента, а, следовательно, и катионов Na в гл.растворе, часть катионов переходит из диффузного слоя в неподвижный слой - это приводит к сжатию диффузного слоя и к частичной потере гл. част. гидратной оболочки. В результате обнажения краев гл.частиц, улучшаются условия для коагуляционного структурообразования в гл.растворе. Растут его СНС и УВ. За счет укрупнения гл. частиц и увеличения проницаемости глинистой корки - несколько увеличивается водоотдача (обл.2).
Если еще больше увеличить концентрацию Na2CO3, то произойдет дальнейшее сжатие диффузного слоя. Частицы почти полностью потеряют свои гидратные оболочки, и произойдет полная коагуляция раствора. Это приведет к катастрофическому росту водоотдачи, снижению СНС и вязкости (обл.3)
При достаточной концентрации глины снижение УВ и СНС может не произойти даже при очень высоком процентном содержании реагента в глинистом растворе.
Рассмотренный механизм действия Na2CO3 характерен для случая обработки глинистого раствора из кальциевой глины. При обработке гл. раствора из натриевой глины уже при малых концентрациях происходит коагуляция. При обработке. раствора из глин смешанного типа (Na+Ca) наблюдается в той или иной мере стабилизация раствора. Чем больше катионов кальция, тем выше будет концентрация реагента.
Наличие области стабилизации характерно только для Na2CO3 остальные реагенты – электролиты, в том числе NaOH и в особенности те, которые содержат в своем составе катионы кальция, уже при самых малых добавках вызывают коагуляцию гл. раствора.
Характер действия электролитов на свойства глинистых растворов зависит от вида катионов и анионов электролита. Катионы играют роль коагулирующих ионов для глинистой суспензии.
По возрастанию коагулирующей способности одновалентные катионы располагаются в следующий ряд:

Li+ < Na+ < K+ < NH4+ < Rb +< Cs+

Коагулирующая способность двухвалентных катионов на два порядка выше, чем у одновалентных, и возрастает в следующей последовательности:

Mg++ < Ca++ < Ba++

Коагулирующая способность трехвалентных катионов на порядок выше, чем у двухвалентных.
Влияние анионов на свойства промывочных жидкостей проявляется следующим образом. Например, они могут связывать катионы H+ и повышать рН раствора, способствуя его стабилизации. Они могут связывать ионы Са++ и удалять их из раствора. Так, анион СО3-- с Са++ образуют трудно растворимое соединение – мел СаСО3.
На практике различное действие анионов легко заметить. Так если NaOH и Na2CO3 дают ярко выраженную область стабилизации, то NaCl вызывает только структурообразование и коагуляцию.

КАЛЬЦИНИРОВАННАЯ СОДА
(углекислый натрий) Na2CO3

Белый кристаллический порошок плотностью 2,5 г/см3; доставляемый на буровые в четырехслойных бумажных мешках, массой 60 кг. Водный раствор Na2CO3 имеет сильно щелочную реакцию (рН=12).
Кальцинированная сода плохо растворяется в холодной воде. С повышением температуры растворимость ее увеличивается.
Na2CO3 - один из наиболее употребляемых реагентов. Она дает возможность получить пригодные для бурения растворы из глин, которые без химической обработки не могут быть использованы. ). Она применяется для связывания ионов Са в растворах, содержащих гипс, ангидрид, цемент.
Добавки соды должны составлять до 0,5 % в сухом виде и 2-3 % в виде раствора. Небольшие добавки соды способствуют снижению УВ и водоотдачи растворов, а большие - росту УВ, СНС и коагуляции раствора.
При концентрации соды до 1% набухание глин возрастает, а выше 1% остается таким же, как в воде. С ростом концентрации соды до 2% период набухания глин возрастает.
Na2CO3 вредно действует на глаза и при обработке с нею необходимо одевать защитные очки. Хранить ее следует в сухих закрытых помещениях.

Каустическая сода (едкий натр) NaOH

Гидроокись натрия представляет собой бесцветную непрозрачную кристаллическую массу (плотность 2,02 г/см3), хорошо растворимую в воде. Поставляется в твердом виде в мерных барабанах массой 100-200 кг и в виде раствора 40-47 % концентрации.
Как твердая, так и жидкая каустическая сода сильно впитывает пары воды, имеющиеся в воздухе. Поэтому ее всегда надо держать закрытой. Каустическая сода действует на показатели БР подобно кальцинированной, однако она не обладает способностью удалять из раствора ионы кальция.
Каустическая сода значительно дороже кальцинированной и как самостоятельный реагент применяется мало.
NaOH используют в основном на буровых предприятиях для. Небольшие добавки щелочи вызывают временное диспергирование регулирования рН раствора частиц глины, увеличение электрокинетического потенциала и в результате чего вызывает снижение вязкости и водоотдачи бурового раствора.
Большие добавки NaOH (0,5-0,8%) могут привести к повышению вязкости, водоотдачи, вызываемых явлением коагуляции. Поэтому не рекомендуется добавлять NaOH непосредственно в раствор. Каустическая сода, широко используется как составная часть реагентов – защитных коллоидов.
При работе с каустической работой необходимо соблюдать повышенную осторожность, надевать защитные очки, резиновые сапоги, перчатки, передник, т.к. она разъедает ткани, а при попадании на кожу вызывает ожоги.

Жидкое стекло (силикат натрия или калия)

Общая химическая формула щелочных силикатов R2O·nSiO2, где R2O может быть Na2O или К2О; n-число молекул кремнезема.
В бурении получил применение силикат натрия, водный раствор которого представляет собой вязкую жидкость, с плотностью 1,301,80 г/см3.
Хранят жидкое стекло в закрытых емкостях, т.к. на воздухе оно разлагается с выделением нерастворимого осадка – аморфного кремнезема. Жидкое стекло, как и каустическая сода, имеет сильно щелочную реакцию и при работе с ней нужно соблюдать такие же меры предосторожности.
При добавлении жидкого стекла в буровой раствор в количестве до 3-5% по весу от объема, УВ и СНС его сильно повышается.
Жидкое стекло способствует повышению рН БР. Добавление его к раствору может привести к росту рН до 12 и выше.
Его применяют, главным образом, при борьбе с поглощениями, как при повышении вязкости, так и для составной части быстросхватывающихся паст для закупоривания трещин и каверн, в которые происходит уход БР.
Кроме того, на жидком стекле приготовляют специальные «силикатные». Жидкое стекло используют для предотвращения термокислой деструкции, в условиях повышенных температур. Жидкое стекло не рекомендуется использовать вместе с ССБ.

Поваренная соль (хлористый натрий) NaCl

Это белый кристаллический продукт плотностью 2,17 г/см3. Получают NaCl дроблением природной каменной соли, выпариванием рапы соленых озер и морской воды.
1. Поваренная соль используется в основном для насыщением водной фазы Бра перед вскрытием соленосных отложений для предупреждения растворения стенок скважины и образования каверны.
2. Хлористый натрий может использоваться, как структурообразователь перестабилизированных пресных водных растворов. Добавки соли при этом не превышают 0,1-0,3% от объема раствора.
3. NaCl используется как антиферментатор крахмала.
4. С ростом концентрации NaCl до 5% набухание глинистых пород, представляемых глинистыми минералами монтмориллонитового рода, резко снижается и при добавках более 5% изменяется незначительно. С увеличением концентрации соли период набухания всех глин снижается.

Из технологии обработки необходимо помнить, что:
1. Ввод NaCl в соленасыщенные БРы на водной основе проводится после его стабилизации реагентами – понизителями фильтрации. Если приготовление минерализованного раствора проводится на соленой воде и глина предварительно не гидратирована в пресной воде, плотность раствора из-за худшего распускания глины получается выше, а структурно-механические свойства слабее.
2. При вводе кристаллического NaCl резко возрастают структурно-механические свойства, и происходит вспенивание раствора. Желательно БР обработать насыщенным раствором соли или расчетного количества соли вводить в виде рассола, а остальную часть в кристаллическом виде.
3. Насыщение раствора поваренной солью приводит к снижению РН раствора до 7. Для улучшения работы химических реагентов, как понизителей фильтрации, так и понизителей УВ, необходимо предусмотреть ввод каустической соды 1-2% от объема раствора, при этом РН будет в пределах 7,5-8,5.
4. При приготовлении гидрофобно-эмульсионных растворов нельзя вводить нефтяную фазу в рассолы (водную среду) во избежание образования непрокачиваемой пасты.
5. Контроль содержания NaCl в водной фазе можно проводить по плотности фильтрата. Насыщенный раствор NaCl имеет плотность 1,20 г/см3 при 20 0С.

Са(ОН)2 – Известь

Гидроокись кальция (гашеная известь) Са(ОН)2 – сильная щелочь, представляет собой куски или порошок белого цвета плотностью 3,16 г/см3 .Окись кальция при длительном хранении вступает в реакцию с углекислым газом воздуха и образует СаСО3 . Насыщенный раствор извести имеет сильно щелочную реакцию (РН=12). Гашеная известь Са(ОН)2 - ингибитор набухания и диспергирования глинистых пород, а также регулятор рН высококалиевых БРов.

В бурении известь используется:
1. Для приготовления ингибированных, гипсовых, известково-калиевых растворов
2. В соленасыщенных растворах при бурении в интервалов глинистых пород, хорошо диспергирующих в насыщенных растворах хлористого натрия.
3. Для регулирования РН хлоркальциевых растворов.
4. Как структурообразователь для загущения растворов на водной основе при борьбе с поглощениями.
5. Как структурообразователь и активный наполнитель растворов на углеводородной основе.
Следует помнить что:
1.интенсивное загущение исходного раствора при переводе его в известковый, произойдет при большем содержании глины. Для предотвращения этогопроцесса следует осуществить известкование в 2-3 цикла. При раздельном вводе компонентов следует сначала вводить каустическую соду и лигносульфанаты, а затем известь. Разжижение раствора наблюдается в течение 1-2 циклов циркуляции.
2.ввод извести необходимо производить за виброситами для предотвращения сброса загустевшего раствора в отвал.

Хлористый калий KCl

Хлористый калий KCl (сильвин) – нейтральный электролит, мало меняющий щелочность среды, образующий бесцветные кубические кристаллы, хорошо растворимые в воде.
Хлористый калий применяется как ингибитор гидратации, набухания и дезинтеграции сланцев и глинистых пород. Он используется для приготовления специальных калиевых растворов, особо эффективных при бурении в неустойчивых глинистых породах.
Срок хранения 6 месяцев со дня изготовления. Хранить в закрытом помещении. Хлористый калий пожаро и взрывобезопасен.

Сульфат кальция (гипс)

Сульфат кальция CaSO4 х 2Н2О – белое порошкообразное вещество плотностью 2320 кг/ куб.м. труднорастворимое в воде. В присутствии NaCl растворимость его возрастает в 2,5 – 2,8 раза. С небольшим количеством воды гипс быстро образует твердеющую массу. Добывается он из природных залежей.
Применяется сульфат кальция как ингибитор гидратации и набухания сланцев и глинистых пород. Добавляют его совместно с реагентами – понизителями фильтрации и ФХЛС для приготовления ингибированных гипсовых растворов.
При работе с порошком гипса в случае его распыления необходимо пользоваться проттивопылевыми респираторами и очками.

Хлористый кальций

Хлористый кальций CaCl2 бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Выпускается либо в жидком виде (28-30%-ной концентрации), либо в сухом (гранулированном), очень гигроскопичен, поэтому хранение сухого хлористого кальция в незапечатанной таре не допускается,
Применяется как ингибитор гидратации и набухания сланцев в глинистых растворах, а так же для приготовления ингибированных хлоркальциевых растворов.
Добавляется CaCl2 в раствор в виде 30-50%-го раствора. Безвреден.

Бишофит

Бишофит - MgCl2 6H2O- шестиводная соль хлорида магния хорошо растворяется в воде любой минерализации. Реагент предназначен для получения буровых растворов на основе гидрогеля магния, а также для насыщения буровых растворов при разбуривании солевых отложений с пропластками карналлита и бишофита. Для получения насыщенного раствора добавляют к объему воды 306% бишофита. При этом первоначальный объём увеличивается в 1,5 раза. Бишофит обладает высокой гигроскопичностью, поэтому хранить его необходимо в закрытых мешках.











13PAGE 15


13PAGE 14115





Приложенные файлы

  • doc 4054104
    Размер файла: 165 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий