Дисперсные системы и промывочные жидкости - Органические реагенты

Органические реагенты

 

Стабилизаторы (защитные коллоиды), как правило, пред­ставлены высокомолекулярными реагентами, однако составы, применяемые в бурении, являются смесью высокомолекулярных и низкомолекулярных фракций. Высокомолекулярные реагенты эффективно снижают показатель фильтрации, при этом вяз­кость растворов обычно возрастает. Низкомолекулярные ре­агенты разжижают раствор и уменьшают прочность структуры, так как образуемая ими защитная пленка нарушает сцепление между частицами. Таким образом, реагенты-стабилизаторы — одновременно понизители показателя фильтрации. Преоблада­ние тех или иных свойств зависит от соотношения высокомоле­кулярных и низкомолекулярных фракций и конкретных условий

применения реагента.

Реагенты-стабилизаторы делятся на реагенты общеулучшающего действия, разжижители и структурообразователи.

К реагентам общеулучшающего действия относятся гуматные, УЩР, ТЩР, нитрогуматные и хромгуматные.

Гуматные реагенты — это щелочные вытяжки из бу­рого угля, торфа, сапропеля и продукты их модификации.

Углещелочной реагент УЩР вследствие низкой сто­имости, доступности материалов и высокой эффективности по­лучил наибольшее распространение. Реагент состоит из воды, бурого угля и каустической соды. Основные активные состав­ляющие его — натриевые соли гуминовых кислот и желатинозные вещества, представляющие собой тонкодисперсные углегу-миновые комплексы. УЩР применяется для снижения водоотда­чи и стабилизации раствора. Он — интенсивный пептизатор твердой фазы раствора, эмульгатор и реагент-регулятор рН. Стабилизирующее действие УЩР зависит от соотношений ка­тионов Са и Na в обменном комплексе. При его добавке фильт­рационная корка становится плотной, но и более липкой. Ста­тическое напряжение сдвига резко уменьшается, чаще до нуля, Он уменьшает вязкость растворов.

Оптимальная концентрация УЩР составляет 15—20%. Ка­чество его зависит от содержания гуминовых и желатинозных веществ. С повышением концентрации гуминовых веществ улучшается способность УЩР уменьшать водоотдачу, однако действие его как понизителя вязкости глинистых растворов при этом снижается. Для поддержа­ния низкой фильтрации необхо­димо, чтобы в глинистом раство­ре содержалось не менее 3,5—4% гуминовых веществ. Большие концентрации УЩР не ведут (как при добавке электролитов) к но­вому увеличению водоотдачи, но ' вызывают существенный рост вязкости, слипание частиц, ухуд­шение стабильности, а иногда и гидрофобную коагуляцию. Об­щий характер влияния УЩР на основные параметры глинистого раствора приведен на рис. 37.

clip_image144

clip_image121[1]

 

Область применения УЩР ограничена минерализацией не выше, чем у морской воды. При большем содержании солей гли­нистые растворы, обработанные УЩР, гидрофобно коагулируют. Реагент чувствителен к хлористому кальцию. Многосторонность УЩР делает его реагентом общего улучшающего действия для растворов   различных   назначений  и типов.

Приготовление УЩР — процесс нейтрализации гуминовых кислот едким натром, в результате которого образуются соли — гуматы натрия. УЩР готовят следующим образом. В глиноме­шалку, наполовину заполненную водой, загружают расчетное количество каустической соды и перемешивают до полного рас­творения. Затем загружают расчетное количество дробленого и просеянного бурого угля и перемешивают в течение 1,5—2 ч. При этом происходит частичное растворение гуминовых кислот. Для полного извлечения гуминовых кислот этого времени недо­статочно, поэтому после добавления в глиномешалку воды до верха и повторного перемешивания в течение 1—2 ч полученный реагент сливают в запасную емкость, где выдерживают его в течение суток. Правильно приготовленный и выдержанный УЩР содержит до 5% гуминовых веществ.

На 1 м3 пресной воды требуется 100—150 кг сухого бурого угля и 10—30 кг каустической соды (в пересчете на сухую мас­су). Плотность УЩР составляет 1,04—1,05 г/см3, водоотдача 2—3 см3.

По данным В. С. Баранова и 3. П. Букс, содержание буро­го угля и каустической соды для малоколлоидных кальциевых глин составляет соответственно 10 и 2,5%, а для высококолло­идных натриевых глин 13—15 и 1,8—2,0%. Для определения максимального количества каустической соды приготовляют в одинаковых условиях три — пять порций УЩР с разным соот­ношением угля и щелочи и обрабатывают этими реагентами глинистый раствор. По образцу, давшему наилучшие результаты в условиях опыта, находят необходимую концентрацию кау­стической соды.

На практике рецептуру УЩР характеризуют обычно отно­шением процентного содержания угля и каустической соды в реагенте. Например, состав 13:2 означает, что на 13 массовых частей угля приходится 2 массовые части каустической соды.

Все большее распространение получают сухие порошкооб­разные УЩР, приготовляемые заводским способом, так назы­ваемые ПУЩР. Рецептура таких ПУЩР различна и колеблется от 15:2 до 10:2. Порошкообразный УЩР поставляется в бу­мажных мешках. Он удобен в работе, так как добавляется в глинистый раствор без какой-либо предварительной подготов­ки. Однако хранить такой реагент трудно, так как возможно самовозгорание. Кроме того, качество сухого УЩР может су­щественно изменяться.

В торфощелочном реагенте (ТЩР) активные ве­щества представлены натриевыми солями гуминовых кислот, поэтому он во многом аналогичен УЩР. Торфощелочной ре­агент менее активен как понизитель водоотдачи, отличается по­вышенной вязкостью, передавая это свойство и обрабатываемо­му им раствору. Добавка ТЩР к промывочной жидкости реко­мендуется для борьбы с небольшими поглощениями, так как полученные растворы имеют повышенную вязкость и содержат волокна торфа, закупоривающие каналы ухода промывочной жидкости.

Состав компонентов для приготовления ТЩР примерно тот же, что и для УЩР. Применение его целесообразно в районах, где добывается торф.

Нитрогуматные реагенты получают путем окисле­ния бурого угля 8%-ной азотной кислотой при температуре 50—60 °С и перемешивании массы с соотношением жидкой и твердой фаз 5:1. Из этой группы реагентов применяется суль­фированный нитрогуматный реагент (СНГР), который получают дополнительной обработкой (сульфированием) угля бисульфи­том натрия в присутствии щелочи. Нитрогуматные реагенты хо­рошо сочетаются с известковой обработкой.  Они добавляются

в количестве 3—5%.

Хромгуматные реагенты представляют собой продукты окисления бурого угля хромпиком. Они используются как реагенты общеулучшающего действия при повышенных забой­ных температурах. При отсутствии заводского реагента анало­гичный эффект получается раздельным введением в раствор УЩР и хроматов (бихроматов) в количестве до 0,2%.