Промывочные жидкости и растворы - ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ ВЫБУРЕННЫХ ПОРОД

ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ ВЫБУРЕННЫХ ПОРОД

 

Как уже отмечалось, глинистые растворы очень - чувстви­тельны к коагулирующему действию минерализованных подзем­ных вод. Кроме того, в процессе бурения вследствие увеличе­ния объема твердой фазы за счет поступления частиц разбу­риваемых пород глинистые растворы загустевают, вязкость их резко возрастает, что сопровождается ростом статического на­пряжения сдвига и водоотдачи, утолщением глинистой корки на стенках скважин. Своевременной химической обработкой параметры глинистого раствора могут быть приведены в норму. Однако со временем раствор теряет чувствительность к хими­ческой обработке, а разбавление его водой вызывает ухудше­ние качества.

В практике разведочного бурения, особенно в удаленных районах, не всегда удается своевременно обеспечить буровые необходимым количеством глины. При отсутствии местного сырья растворы, приготовленные целиком из привозных глин, дороги. Поэтому в разведочном бурении используются естест­венные растворы — стабилизированные жидкости, твердая фа­за которых представлена частицами выбуренных неглинистых пород. Особенность таких растворов состоит в том, что они маловязкие, сохраняют подвижность при значительном содер­жании твердой фазы, их статическое напряжение сдвига не до­стигает больших значений.

Следует отметить, что довольно широко известны естествен­ные промывочные жидкости на основе выбуренных глинистых пород. Если имеется возможность получения и использования таких растворов, ее надо всячески использовать. Однако есте­ственным глинистым растворам свойственны все недостатки искусственно приготовленных.

Большие работы по созданию рецептур, исследованию и внедрению в практику промывочных жидкостей на основе выбу­ренных пород проведены С. Н. Ятровым, И. Е. Шевалдиным, Г. И. Летуновским, Н. Ф. Семенко и др. Промывочные жидкос­ти представляют собой полидисперсные многокомпонентные системы, реологические и структурно-механические свойства которых достигаются стабилизацией поверхностно-активными веществами и обработкой реагентами-структурообразователями и понизителями вязкости. Естественные промывочные жидкос­ти получают название в зависимости от минералогического со­става твердой фазы. Последняя многокомпонентна, так как очень редко геологический разрез месторождения представлен однородными по своим физико-химическим свойствам порода­ми. Поэтому название раствора и во многом его качество обус­ловливает основной составляющий компонент.

Естественные промывочные жидкости получаются в процес­се бурения путем насыщения воды, содержащей поверхностно-активные вещества, частицами выбуренной породы. Кинетика перехода выбуренных пород в промывочную жидкость зависит в первую очередь от физико-химических свойств разбуривае­мых пород и степени их диспергирования, физико-химического состава дисперсионной среды, степени взаимодействия твердой и жидкой фаз, активности поверхностно-активных веществ и т. д.

В отличие от глин частицы неглинистых минералов, образу­ющиеся в процессе бурения, имеют изодиаметрическую форму, а обменная емкость неглинистых пород незначительна: 1,78— 10,8 ммоль. Небольшая обменная емкость этих пород опреде­ляет незначительное физико-химическое сродство их с водной средой, что в конечном счете, наряду с формой частиц, опреде­ляет свойства естественных промывочных жидкостей, способ­ность сохранять физико-химические свойства в зонах интенсив­ного солевого воздействия.

Повышение гидрофильности частиц неглинистых пород и, следовательно, увеличение устойчивости дисперсной системы происходит в результате образования на их поверхности адсор­бционных слоев поверхностно-активного вещества. Необходи­мое условие стабилизации концентрированных дисперсных си­стем—образование адсорбционных слоев, обладающих доста­точно высокой структурной вязкостью, упругостью и механи­ческой прочностью па сдвиг. С увеличением концентрации по­верхностно-активных веществ — стабилизаторов — устойчивость системы возрастает.

ПАВ избирательно адсорбируются на породах, поэтому для каждой разновидности пород применяется наиболее эффектив­ное из них. В ряде случаев использование смеси нескольких ПАВ дает больший эффект, чем каждое вещество в отдель­ности.

Для обработки естественных промывочных жидкостей наи­более распространены УЩР, ССБ, КССБ, КМЦ, сульфат цел­люлозы (СЦ), окисленный лигнин (ОЛ) и др.

Придание раствору структурно-механических свойств дости­гается введением реагентов - электролитов и полимеров. При добавке электролитов к синтетическим ПАВ образуются слои с более сильными структурно-механическими свойствами, об­ладающие высокой стабилизационной способностью. Здесь наи­большее распространение получили каустическая сода, кон­центрированные фосфаты, карбонат натрия, жидкое стекло, хлористый кальций, хлористый натрий, крахмал и др. В каче­стве структурирующей добавки используются и небольшие ко­личества бентонитовых глин.

Необходимо иметь в виду, что в ряде случаев воздействие электролитов может привести к снижению агрегативной устой­чивости и гидрофобной коагуляции промывочных жидкостей на основе выбуренных пород.

Введение химических реагентов наряду со стабилизацией системы содействует диспергированию частиц твердой фазы в процессе ее движения по циркуляционной системе скважины. Растет механическая скорость бурения, повышается стойкость породоразрушающего инструмента.

Не вся разбуренная порода переходит в активную твердую фазу естественного раствора. Крупные частицы осаждаются в желобной системе и отстойниках.

Так как при разведочном бурении используется породоразрушающий инструмент небольшого диаметра, причем бурят преимущественно колонковым способом, то относительно не­большой объем материала может служить твердой фазой. Од­нако широкое применение алмазных и твердосплавных коро­нок приводит к тому, что значительная масса этого материала измельчается в процессе бурения до размеров, не требующих дополнительной диспергации.