Электролиты в роли структурообразователя

При промывке скважины в соленосных горных породах глинистыми и полимерными растворами происходит их нейтрализация и интенсивная коагуляция поэтому ведутся поиски по замене этих растворов растворами, устойчивыми к солевой агрессии. К таким растворам можно отнести растворы с конденсированной твердой фазой. Конденсированная твердая фаза должна быть:

- гидрофильной, обладать активными функциональными группами: – ОН^-; – СО₃^-; ; SiO^2-;

- агрегативно- и седиментационно устойчивой.

Для получения конденсированной твердой фазы используют легкорастворимые в воде соли, вступающие друг с другом или с водой в реакцию с получением нерастворимых или малорастворимых (но с гидрофильной поверхностью) соединений.

Так, в результате взаимодействия ионов магния растворенного в воде бишофита с гидроксильной группой ОН^- каустической соды образуются кристаллогидраты гидроксида магния с гидрофильной поверхностью:

MgCl₂+NaOH=Mg(OH)₂+Na⁺+Cl^-

Благодаря наличию полярных групп -ОН вокруг микрокриcталлов Mg(OH)₂ в воде образуются гидратные слои, значительной толщины, в результате чего раствор в спокойном состоянии превращается в гидрогель. Поэтому буровые растворы с конденсированной твердой фазой, содержащей гидроксильную группу, получили название гидрогелей (в данном случае гидрогель магния).

С целью получения твердой фазы с большой удельной поверхностью и большей агрегативной и седиментационной устойчивостью рост частиц твердой фазы ограничивают введением в раствор полимеров (чаще всего КМЦ). Адсорбируясь на микрокристаллах Mg(OH)₂, КМЦ не только ограничивает рост кристалла, но и активирует поверхность твердой фазы.

Подобные гидрогели могут образовывать гидроксиды трех и четырехвалентных элементов: Al(OH)₃; Si(ОН)₄ и т.д. В отличие от двухвалентных металлов, которые образуют гидроксиды только в щелочной среде трех- и четырехвалентные элементы образуют гидроксиды в нейтральной и даже в кислой среде. Так, например, гидроксид алюминия появляется уже при рН=5. При действии на кислые растворы солей алюминия щелочью из раствора выпадает студенистый осадок гидрогеля алюминия.

Кремниевые кислоты Н₂О·SiO₂, Si(OH)₄, в растворе также образуют гидрогели.

Предотвращая сращивание микрокристаллов с помощью полимеров, получают стойкие структурированные растворы.

Наряду с гидрогелями широкое распространение получают солегели промывочные жидкости твердой фазой, образованной из двух взаимодействующих в растворе солей:

Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃+2Na⁺+2Cl^-

Na₂SiO₃+CaCl₂=CaSiO₃+2Na⁺+2Cl^- и т.д.

и гидрогели,образованные из двух солей и воды:

Al(SO₄)₃+3CaCl₂+3H₂O=3CaSO₄+2Al(OH)₃+3H⁺+3Cl^-

Полученные таким образом соли также имеют гидрофильные функциональные группы и способны образовывать гели, поэтому их называют солегелями и гидросолегелями.

С целью ограничения роста кристаллов и гидрофилизации твердой фазы так же, как и при получении гидрогелей, в раствор добавляют полимеры: КМЦ, гипан, крахмал. Тип солегелей определяется по наименованию аниона и катиона конденсированной соли (сульфатно-кальциевый солегель, силикатно-кальциевый солегель, алюмо-силикатный солегель) или по названию соли (например, гипсовый солегель).

Гидрогели и солегели при бурении соленосных отложений для максимально возможного снижения растворяющей способности промывочной жидкости насыщают солями одновалентных или двухвалентных металлов в зависимости от требуемой соли. В табл.4.2 приводится состав некоторых гидро- и солегелей, применяемых для бурения соленосных отложений.

К недостаткам гидрогелей и солегелей следует отнести высокую материалоемкость дефицитных материалов, что значительно повышает себестоимость промывочных жидкостей.

Таблица 4.2