Промывочные жидкости и растворы

ЭМУЛЬСИОННЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ

 

Ряд ПАВ, как уже указывалось, представляют собой ком­позиции различных веществ, одним из компонентов которых яв­ляется гидрофобная составляющая — минеральное масло или органические жиры. При введении в воду таких составов обра­зуются водомасляные эмульсии, которые широко применяются при алмазном бурении. По сравнению с водными растворами ПАВ эти эмульсии обладают повышенными смазочными и ан­тивибрационными свойствами, активно воздействуют на процесс разрушения горных пород и обеспечивают более высокие тех­нико-экономические показатели бурения. Для получения эмуль­сионной промывочной жидкости реже используется нефть и не­которые нефтепродукты (масла), которые не являются поверх­ностно-активными.

В бурении применяются эмульсии двух типов:

эмульсии I рода типа масло в воде, в которой дисперсная (внешняя) среда — вода, а нефть или нефтепродукт — дисперс­ная фаза;

эмульсии II рода, так называемые обращенные (обратные) типа вода в масле, в которой дисперсионная среда — нефть или нефтепродукт, а вода диспергирована и равномерно распреде­лена по объему раствора; эмульсии II рода называются также инвертными эмульсиями.

Эмульсии I рода по многим свойствам, особенно по гидрофильности, напоминают воду, эмульсии II рода — нефть, поэто­му последнюю дисперсную систему называют также гидрофоб­ной эмульсией.

Эмульсии образуются при перемешивании двух взаимно не­растворимых жидкостей. При этом жидкости с более высоким поверхностным натяжением диспергируются в другой жидкости. Так как на поверхности раздела двух фаз существует высокое поверхностное натяжение, а степень дисперсности дисперсной фазы очень большая, свободная поверхностная энергия диспер­гированных глобул весьма значительна. Всякая система стре­мится к уменьшению свободной поверхностной энергии, поэтому эмульсия в состоянии покоя будет разрушаться; входя в кон­такт друг с другом, глобулы будут сливаться, образовывать крупные капли, и система расслоится.

Для стабилизации эмульсии вводят еще один компонент — эмульгатор.

В большинстве случаев эмульгатор — это поверхностно-ак­тивное вещество. Концентрируясь на поверхности раздела фаз, оно уменьшает поверхностное натяжение на этой границе, пре­пятствует слиянию глобул. Вокруг каждой глобулы образуется тонкая плотная пленка, стабилизирующая глобулу. Стабилиза­ция глобул возможна также за счет адсорбции на их поверхно­сти ионов из дисперсионной среды.

Выбор эмульгатора во многом определяет тип эмульсии. Если поверхностное натяжение на границе контакта вода — эмульга­тор оказывается меньше, чем на контакте нефтепродукт — эмульгатор, образуется эмульсия I рода, если же больше — эмульсия II рода. Поэтому возможна система, в которой вода, находясь в меньшем количестве, чем нефтепродукт, является дисперсионной средой. В то же время некоторые эмульгаторы (сульфонатровые смолы, кальциевые мыла жирных кислот и др.) стабилизируют эмульсию воды в нефти при содержании воды 80% и даже больше. Эти эмульсии называют обращен­ными, так как они получаются при замене (обращении) фаз в обычных гидрофильных эмульсиях, когда среда вместо гидро­фильной становится гидрофобной, а дисперсная фаза из гидро­фобной превращается в гидрофильную. Инвертные эмульсии об­ладают инертностью к неустойчивым глинам, исключают раз­мыв стенок скважин в солях.

Простейшая эмульсионная промывочная жидкость — смесь воды и эмульгирующего концентрата, содержащего масляную фазу. Получение таких эмульсионных промывочных жидкостей в большинстве случаев сводится к добавке к воде эмульгирую­щего состава с последующим механическим перемешиванием. При использовании составов с повышенными гидрофобными свойствами (мылонафт, нефть, масла) высококачественную эмульсию получают в установках с ультразвуковыми устройст­вами.

Эмульсионные растворы могут иметь и более сложную ре­цептуру. Так, при бурении с КССК в сложных геологических условиях применяется, например, раствор такого состава: 0,05-0,06% ПАА, 2% ФХЛС, 1,5-2% СМАД-1, 10% УЩР, ос­тальное вода. Порядок перемешивания: вода — ФХЛС — СМАД-1—раствор ПАА—УЩР. Такой раствор имеет высокие ингибирующие свойства и пониженные гидравлические сопро­тивления, что чрезвычайно важно при бурении с КССК. Пара­метры раствора: р=1,02 г/см3, Т = 17÷18 с, B = 6÷8 см3.

Основной показатель качества эмульсий — их устойчивость. Стабильность эмульсии определяется на пробе, отбираемой в стеклянный цилиндр из бесцветного стекла диаметром 25— 30 мм объемом 100 мл. Пробу выдерживают при температуре. 18—20 °С в течение времени, предусмотренного техническими ус­ловиями, но не менее 2 ч. Стабильной является эмульсия, сохра­нившая однородность и равномерную окраску во всем объеме и не выделившая масла.

Поступление в эмульсионную промывочную жидкость в про­цессе бурения высокодиспергированной твердой фазы, особенно глинистой, повышает устойчивость эмульсии. Введением эмуль­гирующих концентратов можно любую промывочную жидкость на водной основе перевести в категорию эмульсионных.