Гидрофильные эмульсионные растворы
В настоящее время в практике алиазного и твердосплавного бурения широко применяют эмульсионные и эмульсионно-глинистые промывочные жидкости различного целевого назначения.
Эмульсии – это дисперсные системы, в которых в качестве дисперсионной среды выступает вода, а в качестве дисперсной фазы – масло (эмульсии 1го рода «масло в воде»), или наоборот: в качестве дисперсионной среды – масло, а в качестве дисперсной фазы – вода (эмульсии 2го рода «вода в масле») .
Вода и масло – это несмешивающиеся жидкости, поэтому капельки масла в воде быстро коалесцируют, эмульсия расслаивается на прослои масла и воды.
Для предотвращения расслоения эмульсии в нее вводят ПАВ с дифильной структурой для связи масла и воды.
Совокупность масла, ПАВ и небольшого количества воды, предназначенная для приготовления эмульсий, носит название эмульсола или концентрата.
Для приготовления эмульсий, применяющихся при алмазном бурении, используют различные эмульсолы:
1. Кожевенная паста, имеющая следующий состав: масло веретенное 3 или 3 В – 25-30 %; натровые мыла, окисленные петролатумом – 35-40 %; неомыленный остаток окисленного петролатума – 15 %; вода – 20 % (для приготовления эмульсий берут 0,5...2,0 % пасты).
2. Омыленная смесь гудронов (ОСГ) со следующим составом: смесь жирных кислот – 52-64 %; мыла – 15-20 %; вода – 20 % (концентрация ОСГ в эмульсии – 2 %).
3. Мылонафт следующего состава: натровые мыла нафтегеновых кислот; минеральное масло; вода (концентрация мылонафта в эмульсии 0,25...1,5 %).
4. Эмульсол лесохимический ЭЛ-4, состоящий из натрового масла – 20%, нигрола – 60 %; ОП-7 – 10 %; воды – 10 %..
5. Эмульсол нефтехимический ЭН-4 со следующим составом: смесь жирных и соляных кислот; индустриальное масло; ионогенное ПАВ.
6. Концентрат солестойкий «Ленол-10», состоящий из индустриального и талового масла и смеси неионогенных ПАВ.
7. Концентрат солестойкий «Ленол-32» со следующим составом: индустриальное масло; смесь жирных кислот; смесь высших спиртов, неионогенных ПАВ.
8. Концентрат морозостойкий «Морозол-2», состоящий из: минерального масла; смеси неионогенных ПАВ; серосодержащей присадки; ингибиторов коррозии.
При выборе концентратов для приготовления эмульисонных промывочных жидкостей и определения их рабочей концентрации необходимо исходить из данных, приведенных в таблицу 5.1
Таблица 5.1
Характеристики концентратов для приготовления эмульсионных растворов.
| Марка концентрата | ГОСТ или ТУ | Состав | Назначение |
| Паста кожевенная эмульгирующая | ГОСТ 5344 - 75 | Натровое масло синтетических жирных кислот (продукты окисленного петролатума) 35-40 %; неомыленный остаток окисленной массы не более 15 %; вода не более 15 %; масло веретенное «3 В» доводят до 100 %, но не менее 25 % | Для приготовления на мягкой воде эмульсий, использующихся при алмазном бурении на объектах с мягкими, слабоминерализованными водами (содержание ионов кальция, магния до 5 мг*экв/л) |
| Эмульсол лесохимический ЭЛ – 4 | ТУ 81-05-52-75 | Натровое масло полимеров канифольно-экстрационного производства 20 %; нигрол зимний 60 %; смачиватель ОП-7 10 %; вода 10 % | Для приготовления мякой и слабожесткойэмульсий, использующихся при алмазном бурении на объектах с водами повышенной жесткости и минерализации (содержпние ионов кальция, магния до 45 мг* экв/л) |
| Эмульсол нефтехимический ЭН – 4 | ТУ 38-101628-76 | Смесь жирных и смоляных кислот, поверхностно-активные вещества неионогенного типа, индустриальное масло | Для приготовления на воде любой жескости эмульсий, использующихся при алмазном бурении на объектах с жесткими и минерализованными водами (содержание ионов Сa до 3000 мг* экв/л, Mn до 1350 мг* экв/л, Na до 2000 мг* экв/л, а также эмульсий, используемых при бурении многолетнемерзлых горных пород) |
| Концентрат солестойкой промывочной жидкости ленол-10 | ТУ 38-101816-80 | Индустриальное, таловое масла, смесь неионогенных поверхностно-активных веществ | Для приготовления на воде любой жесткости эмульсий, использующихся при высокочастотном алмазном бурении скважин на объектах с любыми, в том числе весьма сложными (жесткие, минерализованные воды), условиями |
| Концентрат соленостойкой промывочной жидкости ленол-32 | ТУ 38-10181-80 | Индустриальное масло, смесь жирных кислот, смесь высших спиртов, смесь неионогенных поверхностно-активных веществ | То же |
| Концентрат низкотемпературостойкой промывочной жидкости морозол-2 | ТУ 384, 01.79-79 | Минеральное масло, смесь неионогенных поверхностно-активных веществ, серосодержащая присадка, ингибиторы коррозии | Для приготовления эмульсий на соленосной (до 12 %) и любой жесткости воде; используют при скоростном бурении многолетнемерзлых пород с температурой до -7,4 º С |
Эмульсионные растворы чаще всего применяют при алмазном бурении (в качестве виброгасителя), когда образуется тонкий шлам в небольшом количестве.
Эмульсионные глинистые растворы (ЭГР) применяют чаще всего при бурении мощных толщ, глинистых и глинисто-карбонатных пород, склонных к образованию сальников на бурильных трубах. Эмульсионные глинистые растворы можно получить практически из всех растворов на водной основе независимо от степени минерализации, для чего исходный глинистый раствор обрабатывают химическими реагентами, а затем вводят нефть в количестве 8-15 %.
Достоинства эмульсионных растворов.
1. Высокие смазочные способности, используют для снижения вибраций, износа бурового снаряда и уменьшения затрат мощности на вращение колонны бурильных труб.
2.Применение эмульсионных растворов позволило увеличить механическую скорость бурения и повысить стойкость породоразрушающего инструмента ; резко по-низить вибрацию бурового снаряда. Известно применение эмульсионных жидкостей и при бурении пород в условиях отсутствия вибрации бурового снаряда.
Известно и использование гидрофобных эмульсионных промывочных жидкостей для борьбы с поглощениями, размывом и обрушением стенок скважины (сюда относятся нефтяные эмульсии). Их применение также сопровождается повышением скорости бурения и стойкости породоразрушающего инструмента. Применение таких жидкостей при вскрытии проницаемых продуктивных горизонтов улучшает качество вскрытия.
Недостатки.
1.Малая удерживающая способность (СНС)
2.Малая вязкость, поэтому возможны потери промывочной жидкости при бурении трещиноватых пород.
Технология приготовления эмульсионных промывочных жидкостей несложна и отличается лишь особенностями приготовления (или подготовки перед введением их в воду) эмульгирующего состава.
При бурении с высокими частотами вращения вследствие трения бурильной колонны о стенки скважины возникает сильная вибрация бурильной колонны, приводящая к увеличению энергозатрат, расхода алмазов, снижению выхода керна и проходки на рейс.
Для гашения вибраций применяются различные средства: 1) уменьшение зазора между бурильной колонной и стенками скважины; 2) включение забойного амортизатора над колонковым снарядом; 3) смазывание бурильной колонны антивибрационной смазкой КАВС; 4) применение для промывки скважин эмульсионных промывочных жидкостей.