Основные данные о реагентах для снижения водоотдачи промывочных растворов

В качестве понизителя водоотдачи применяются: углещелочной (УЩР), торфощелочной (ТЩР), карабоксиметилцеллюлоза (КМЦ), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ), крахмал, гид-ролизованный полиакрилонитрил (гипан).

УЩР — наиболее распространенный в РФ реагент для обработки промывочных растворов. Применяется для общего улучшения буровых растворов, повышения их дисперсности и агрегативной устойчивости, снижения водоотдачи и вязкости. По принципу действия этот реагент является реагентом-стабилизатором суспензии, но имеет и пептизирующие функции. УЩР служит для регулирования вязкости и напряжения сдвига растворов, загустевших от выбуренной породы. УЩР готовится из бурого угля обработкой щелочно-каустической или кальцинированной содами. Соотношение угля и щелочи должно быть в определенных пропорциях. Если щелочи мало, то не все количество кислот будет извлечено. Если же щелочи взять много, коллоидные вещества реагентов коагулируют.

УЩР пригоден при бурении пород, содержащих пресные и небольшой минерализации воды (до 1,5—2% соли). Реагент обеспечивает сохранение низкой водоотдачи пресных растворов при высокой забойной температуре (373—473° К). Хорошо совмещается с другими реагентами.

Каждый раз при получении новой партии бурого угля проверяют егокачество. Лучшим считается такой уголь, из которого можно больше извлечь гуминовых кислот.

Прежде всего определяют влажность пбурого угля по формуле

, (20)

Где а – масса сухого угля (после просушки);

b – масса влажного угля.

Затем подсчитывают концентрацию гуминовых кислот по формуле

, (21)

где с — концентрация гуминовых кислот в исследуемом растворе в %;

V — объем взятого для определения исследуемого раствора в см³;

V₁— объем раствора после разбавления его водой в см³; с₁ — концентрация гуминовых кислот в эталоне в %.

Реагент, состоящий из бурого угля, каустической соды и воды, условно обозначают УЩР. Для первичной обработки глинистого раствора готовят реагент по одному из следующих рецептов: УЩР-9-2, УЩР-11-2, УЩР-13-2 и УЩР-15-2 (здесь в первом рецепте цифры 9 и 2 обозначают, что в 1000 см³ реагента содержится 90 г сухого бурого угля, содержащего 45% гуминовых кислот, и 20 г кристаллической каустической соды, остальное вода). Для повторной обработки глинистого раствора используют реагент, приготовленный обычно по рецепту УЩР-10-1.

Количество влажного бурого угля Р,потребное для приготовления единицы объема химического реагента, вычисляем по формуле

,

где Р— необходимое количество влажного бурого угля;

Q — процентное содержание сухого бурого угля в реагенте по

рецепту;

п— влажность бурого угля;

N — объем реагента, который необходимо приготовить.

Если N выражено в л, то Р в кг; если N в м³, то Р в т.

Каустическая сода поступает на буровую обычно в растворенном .виде. Для определения требуемого объема раствора необходимо знать содержание кристаллической соды в нем, для чего определяют плотность раствора и по таблице находят содержание соды.

Объем раствора каустической соды, необходимый для пригото-вления единицы объема химического реагента, определяем по формуле

,

где V — объем раствора каустической соды;

R — процентное содержание каустической соды в реагенте;

N —объем реагента, который необходимо приготовить;

т — процентное содержание сухой каустической соды в растворе соды.

Если N в л, то и V в л; если N вм³, то и V в м³.

При первичной обработке глинистого раствора в него добавляют УЩР взависимости от условий бурения данной скважины в количествах 100, 200 пли 300 см³ на 1 л, а при дополнительной обработке в 5—6 раз меньше.

Реагенты из торфа (ТЩР). Способ приготовления торфощелочного реагента (ТЩР) ничем не отличается от приготовления УЩР. Определение влажности торфа и подсчет необходимых количеств торфа и каустической соды производятся точно так же, как и для бурого угля, т. е. по формулам (20)- (23).

Первичная обработка глинистых растворов производится ТЩР, приготовляемым по одному из рецептов: ТЩР-10-1, ТЩР-10-2; ТЩР-10-3 и ТЩР-10-4 (первая цифра — процентное количество сухого торфа, вторая — кристаллической каустической соды).

При первичной обработке глинистого раствора в него добавляют ТЩР взависимости от условий бурения данной скважины в количествах 100, 150 или 200 см³ на 1 л,а при дополнительной обработке в 5—6 раз меньше.

КМЦ — натриевая соль целлюлозо-гликолевой кислоты — представляет собой рассыпчатое твердое вещество кремового цвета, хорошо растворимое в воде при перемешивании. Применяется для снижения водоотдачи промывочных растворов при малых и средних концентрациях соли.

При большой солености КМЦ комбинируют с другими защитными реагентами. Добавка КМЦ в пресные растворы загущает их, а в соленые — разжижает. Совместима со всеми реагентами и видами химической обработки. Малоэффективна при хлоркальциевой агрессии. Обычные улучшающие добавки для пресных условий 0,5—0,75%, в соленой среде 1—2%. Первичная обработка глинистого раствора производится 10%-ным водным раствором КМЦ. Термостойка до393—403° К.

КССБ —продукт конденсации сульфит-спиртовой барды (ССБ) с формалином и фенолом в кислой среде с последующей нейтрализацией каустиком. КССБ представляет собой жидкость плотностью 1,12 т/м³, вязкостью 50—10 спз при t — 293° К, с сухим остатком 15—25%. Выпускается в трех модификациях.

КССБ-1 предназначается для улучшения качества обычных глинистых и известковых растворов на пресной воде, а также при содержании в них до 10% солей.

Для приготовления 1 м³ реагента берут 600 л ССБ 30%-ной концентрации, 48 л формалина той же концентрации, 30 л серной кислоты. Нейтрализуется воднымраствором едкого натра дорН = = 8 9, добавляется вода до общего объема готового продукта 1 м³.

КССБ-2предназначается для обработки глинистых растворов, содержащих выше 10% солей, а также для известковых и высококальциевых глинистых растворов.

Для приготовления смеси берут 600 л ССБ 30%-ной концентрации, 12 л фенола, 48 Л формалина 30%-ной концентрации и 18 лсерной кислоты плотностью 1,84 т/м³. Нейтрализуется едким натром. Добавляется вода до общего объема готовой продукции 1 м³.

КССБ-3 предназначается для улучшения качества глинистого раствора при забойной температуре выше 400° К, применяется как для пресных, так и для высокоминерализованных растворов.

Для приготовления смеси берут 600 л 30%-ной ССБ, 100 л. 20%-ного раствора хромпика, 12 л фенола, 48 л формалина 30%-ной концентрации и 18 л серной кислоты. Нейтрализуется едким натром. Добавляется вода дообщего объема готовой продукции 1 м³.

КССБ эффективна при комбинированной обработке совместно с другими реагентами. В неутяжеленных растворах добавка КССБ может вызвать образование пены. Для борьбы с пеной рекомендуется применять пеногасители, разработанные Волгоградским научно-исследовательским институтом нефтяной и газовой промышленности (ВНИИНП), представляющие собой десятипроцентную суспензию в соляровом масле резины (PC) и полиэтилена (ПЭС). Содержание воздуха при применении указанных пеногасителей легко регулируется на уровне 0—3%. Другие пеногасители (соансток, жирные кислоты и их соли, кремнийорганические полимеры марки МПС-4000 . н МПС-9000) менее термостойки. Оптимальные добавки ПЭС и PC в растворе составляют соответственно 0,1—0,15 и 0,2—0,3% на объем раствора в расчете на сухое вещество (полиэтилен, резину). Для обработки растворов в зависимости от минерализации и температуры необходимо вводить от 1 до 3% КССБ (в пересчете на сухой продукт).

Крахмальные реагенты. Крахмал применяют двух видов: обычный технический и модифицированный. Обычный технический крахмалне раствортгм в воде и может быть добавлен в промывочный раствор только предварительно клейстеризованным щелочью с концентрацией активного вещества не более 8—10%, он ферментативно неустойчив. Под действием микроорганизмов и энзимов разрушается, теряя стабилизирующие свойства. Из-за низкой термостабильности при t = 393 403°К крахмал претерпевает расщепление с потерей стабилизирующих свойств.

Модифицированный крахмал — растворимую модификацию крахмала — готовят путем высушивания крахмальной суспензии при t= 403 423° К с добавкой в суспензию перед высушиванием алюмокалиевых квасцов.

Для получения ферментативно устойчивой модификации вместе с квасцами вводится бактерицид (диоцид). Модифицированный крахмал представляет собой белый порошок влажностью 8—12%, не требующий добавки щелочи при обработке растворов, хорошо растворим в холодной воде и глинистом растворе. Модифицированный крахмал является высокоэффективным защитным реагентом, обеспечивающим низкую водоотдачу промывочных растворов любой модификации включая и хлоркальциевую агрессию. Не термостоек, вследствие этого не рекомендуется применять его при высокой забойной температуре (более 373° К).

Для сохранения плотности раствора его можно обрабатывать непосредственно добавкой порошкообразного реагента в циркуляционную систему.

Добавка в раствор модифицированного крахмала колеблется в пределах 0,5—2% (на сухое вещество). Крахмальный реагент из обычного технического крахмала обычно готовят по рецепту: в 100 частях водного раствора содержится 5—10% сухого крахмала и 1 — 2% кристаллической каустической соды. Иногда для снижения вязкости к крахмальному реагенту добавляют 5—6% раствора ССБ.

Гипан — продукт щелочного гидролиза полиакрилонитрила — представляет собой вязкую жидкость со слабым аммиачным запахом, желтого цвета с содержанием 10%-ного сухого вещества, вязкостью 9—16 спз 1%-ного водного раствора. Основное назначение гипана — обеспечение низкой водоотдачи пресных растворов при забойной температуре до 523° К, когда другие реагенты-стабилизаторы недейственны. Гипан хорошо защищает промывочные растворы от агрессивного воздействия минерализации (сульфата, хлористого натрия). Менее эффективен гипан при хлоркальциевой агрессии. При значительных количествах соли гипан добавляется в количестве 1 %. В маломинерализованные глинистые растворы при температурах 373—393° К добавляется в количестве 0,5%, а при высокой забойной температуре 0,75—2%.

Пресные растворы гипан загущает, соленые — разжижает, но не столь интенсивно как КМЦ. Весьма полезно сочетание гипана с известковой обработкой, хроматами и реагентами (крахмалом, КМЦ, УЩР и др.). Гипан морозоустойчив и не подвергается ферментативному разложению. Вследствие незначительных расходов и длительного действия гипана при обработке им раствора применение его в ряде случаев оказывается более выгодным, чем КМЦ.

Сухие гуматощелочные реагенты. Большое удобство в работе буровиков представляют сухие гуматощелочные реагенты, УЩР или ТЩР, которые готовятся на специальных заводах и доставляются на буровые в виде сухого крупнозернистого порошка. Технология получения их заключается в перемешивании сухого или подсушенного бурого угля (с содержанием влаги 15—18%) или торфа с концентрированной щелочью (42—45%). Соотношение бурого угля, торфа и каустической соды в них то же самое, что и жидких реагентов. Поэтому необходимые расчеты производятся по формулам (20) —(23). Сухой УЩР и ТЩР можно добавлять непосредственно в циркуляционную систему.