Промывочные жидкости и растворы - Хлоркальциевые глинистые растворы

Хлоркальциевые глинистые растворы

 

Хлоркальциевые глинистые растворы (высококальциевые) — глинистые растворы, содержащие в качестве основного активно­го реагента хлористый кальций. В фильтрате таких растворов содержится от 800 до 5000 мг/л ионов кальция. Процесс взаи­модействия ионов кальция с горными породами сопровождает­ся образованием конденсационно-кристаллизационных структур, упрочняющих стенки скважины.

Обязательный компонент высококачественных хлоркальциевых растворов — известь, повышающая рН раствора и ускоряю­щая ионный обмен. Кроме того, известь является дополнитель­ным источником ионов кальция.

Оптимальное содержание компонентов определяется экспе­риментальным путем и зависит от состава пород и условий бу­рения. Например, одна из рецептур хлоркальциевого раствора, разработанная для бурения неустойчивых глинистых сланцев: 0,3—0,6% хлористого кальция, 0,1—0,15 извести, 0,1—0 3% сульфит-спиртовой барды, 1 — 1,5% карбоксиметилцеллюлозы. Раствор имеет следующие параметры: плотность 1,1— 1,15 г/см3, вязкость 17—20 с, водоотдача 8—10 см3, статическое напряжение сдвига — более 1 Па, рН = 6÷10.

В практике разведочного бурения в качестве стабилизатора большее распространение получили простые составы хлоркальциевых растворов: 1—2% СаСl2, до 10% КССБ. Могут также применяться стабилизаторы ХЛС и ФХЛС до 8% или КМЦ до 2%.

В процессе бурения содержание ионов кальция в растворе постоянно уменьшается. Они адсорбируются выбуриваемыми породами и стенками скважины, фильтруются в проницаемые пласты. Концентрацию кальция увеличивают добавками хлори­стого кальция или извести.

При бурении в соленосных толщах хлоркальциевые раство­ры насыщают каменной солью (до 180 кг на 1 м3 раствора). Но при этом резко увеличивается водоотдача. Понизить ее введе­нием дополнительных добавок КССБ в этом случае не удается.

Хлоркальциевые растворы    приготовляют в следующем по­рядке. В заранее приготовленный раствор вязкостью  18—20 с сначала вводят расчетное количество КССБ, после перемеши­вания  в  течение   10—15  мин добавляют    хлористый  кальций. Удобнее вводить хлористый кальций в виде водного раствора. Добавление 1 кг/м3 хлористого кальция (в пересчете на твердое вещество) увеличивает содержание ионов кальция в фильтрате на 200 мг/л. Затем вводят понизитель вязкости и известь, пере­мешивают все в течение 15—20 мин. Приготовленный раствор сливают в приемную емкость. При этом необходимо исключить условия, способствующие пенообразованию: лопасти перемеши­вающих устройств должны быть полностью покрыты раствором, сливать раствор в приемную емкость надо с минимально воз­можной высоты и т. д. Если эти мероприятия не исключают пенообразование, в раствор вводят пеногаситель.

Хлоркальциевые растворы можно приготовлять непосредст­венно в процессе бурения при подходе к неустойчивому интер­валу горных пород. Для этого все реагенты вводят в описан­ном порядке в циркулирующий раствор с соблюдением правил химической обработки.

Известковые глинистые растворы — глинистые растворы, об­работанные известью или портландцементом. Процесс обработ­ки получил название известкования. Известковые растворы наи­более эффективны при бурении в глинистых легко переходящих в раствор породах. Их особенность при правильной обработке — небольшие вязкость и статическое напряжение сдвига при дос­таточно высокой плотности.

Известковые глинистые растворы включают, кроме глины, воды и извести, еще каустическую соду и реагенты — понизите­ли вязкости и водоотдачи.

При введении в глинистый раствор извести кальций, обла­дающий двумя свободными валентностями, может присоеди­ниться обеими валентностями к одной частице либо к двум, связывая их между собой. Таким путем могут образоваться цепочки, состоящие из глинистых частиц, соединенных между собой катионами кальция. Вязкость глинистого раствора резко повышается, раствор теряет текучесть. Прочность связей в це­почках невелика, и при перемешивании они рвутся, образуя короткие цепочки и агрегаты частиц, более крупные по сравне­нию с частицами до введения извести.

Для снижения водоотдачи и предотвращения повторного возникновения длинных цепочек в глинистый раствор вводят химические реагенты, устойчивые к действию кальция, а также добавляют каустическую соду, которая понижает растворимость извести. При этом возникают только короткие цепочки и агре­гаты частиц. Одновременно снижается гидрофильность частиц. В качестве понизителя вязкости в известковый раствор вводят обычно ССБ или КССБ.

Известь очень плохо растворяется в воде. Добавки щелочи уменьшают ее растворимость и соответственно загустевание глинистого раствора. Концентрация кальция в фильтрате изве­стковых растворов находится в пределах 0,0075—0,15%. Так как содержание извести в известковом глинистом растворе до­ходит до 2—2,5%, в растворе всегда есть нерастворимый ее из­быток. По мере удаления из раствора ионов кальция этот избы­ток постепенно переходит в раствор.

Ионы кальция постоянно удаляются из раствора в резуль­тате либо ионного обмена, либо необратимого поглощения гли­ной. Последнее приводит к снижению чувствительности глины и, следовательно, известкового глинистого раствора к солям и химическим реагентам.

Введение извести и каустической соды в раствор приводит к повышению его рН до 11 —12. Известкование снижает содер­жание растворимых гуматов в промывочной жидкости и восста­навливает ее восприимчивость к обработке УЩР.

Известковые растворы обычно приготовляют в процессе цир­куляции промывочной жидкости в желобной системе буровых установок. Предпочтительно введение реагентов в следующем порядке: ССБ, каустическая сода, известь. Конкретная рецепту­ра известковых растворов определяется на месте работ. Напри­мер, для некоторых районов Ставрополья оптимальной оказа­лась следующая рецептура раствора: 3—5% ССБ плотностью 1,20—1,25 г/см3, 1,5—2% каустической соды плотностью 1,3— 1,4 г/см3, 2—2,5% известкового молока плотностью 1,25 г/см3.

Известковые растворы несовместимы с обработкой кальци­нированной содой, фосфатами и другими реагентами, дающими нерастворимые кальциевые соли.