Промывочные жидкости и растворы - Ферросульфатные растворы

Ферросульфатные растворы

 

Ферросульфатные растворы представляют собой глинистые растворы, обработанные сернокислым железом в количестве 0,1 —1,5%. В качестве стабилизаторов служат КССБ, КМЦ, ФХЛС. При бурении высокодисперсных глинистых пород в ферросульфатные растворы необходимо вводить разжижающие реа­генты: лигносульфонаты (окзил), хроматы, бихроматы. Пониже­ние вязкости при добавке лигносульфонатных реагентов осно­вано на сочетании стабилизирующего и ингибирующего эффектов. Концентрация стабилизаторов определяется видом реагента. Так, ФХЛС вводится в количестве до 4%, КССБ — до 12%, КМЦ — до 1%. Лучше подбирать стабилизатор, который одновременно является и разжижителем.

Для замедления возможных процессов коррозии в раствор вводят 2—5% ингибиторов коррозии (лесохимические смолы, различные ПАВ), а для уменьшения износа бурильного инстру­мента — смазочные добавки 5—7 % нефти, 2—4 % смад-1 и др.).

Состав раствора подбирается в соответствии с условиями бурения. Например, известен ферросульфатный раствор следую­щего состава: 1,5% сернокислого железа, 7% КССБ, 2% окзила, 2% смад - 1. Исходные параметры такого раствора: плотность 1,15—1,17г/см3, условная вязкость 20—25 с, водоотдача 5— 7 см3, толщина фильтрационной корки 1 —1,5 мм, статическое напряжение сдвига 1—4 Па.

Разновидность ферросульфатного раствора — феррогуматный раствор. Одна из рецептур такого раствора: 3% сернокис­лого железа, 2—5% УЩР, 2% смад-1 или графита.

Ферросульфатные растворы готовят в перемешивающих уст­ройствах или непосредственно в скважине в процессе циркуля­ции (бурения). Сначала вводят стабилизатор, затем соль сер­нокислого железа (обычно в растворе 20%-ной концентрации), затем остальные добавки. Солью сернокислого железа восста­навливаются соленые и хлоркальциевые растворы после разбуривания цементного камня, поэтому возможны варианты ферросульфатных растворов более сложных составов.

Ферросульфатные растворы могут быть малоглинистыми, а также полимерными.

Силикатные глинистые растворы — растворы с небольшими (0,5—1%) добавками жидкого стекла, используемого для загу­щения глинистых растворов, при этом одновременно в несколь­ко меньшей мере повышается водоотдача. При добавках жид­кого стекла более 1% требуется стабилизатор, в качестве кото­рого используются УЩР или лигносульфонаты. Ингибирующие свойства силикатный глинистый раствор приобретает при кон­центрации жидкого стекла свыше 4%, оптимальной концентра­цией считается 5—10%.

Крепящее действие силикатных растворов обусловлено ионообменом катионов натрия жидкого стекла с катионами кальция глинистых пород. Освободившиеся при этом катионы кальция соединяются с анионами SiO3 жидкого стекла, образуя нераст­воримое в воде соединение СаSiO3, которое и является цементи­рующим веществом.

Регулирование вязкости и водоотдачи силикатных растворов наиболее эффективно при комбинированной обработке лигносульфонатами и УЩР. Один из простых составов силикатного глинистого раствора представляет собой исходный глинистый раствор плотностью 1,1 г/см3, в который введено 10% жидкого стекла и 4% ФХЛС. Параметры такого раствора следующие: плотность 1,12 г/см3, условная вязкость 25 с, водоотдача 7 см3, толщина глинистой корки 1 мм, статическое напряжение 1,5 Па. УЩР вводится в количестве 5—7%, концентрация лигносульфоната при этом уменьшается вдвое. Силикатные глинистые растворы предпочтительнее с небольшим содержанием твердой фазы.

Порядок приготовления: глинистый раствор — стабилиза­тор—жидкое стекло. Для повышения крепящих свойств и уменьшения водоотдачи в последнее время в эти растворы ста­ли добавлять полимерные стабилизирующие реагенты КМЦ, ПАА, гипан, а также комбинации полимеров с лигносульфонатами. Для улучшения смазочных свойств силикатных глинистых растворов в них добавляют 1—2% смад-1, или соапстока, или другой смазки.

Известны силикатные растворы, содержащие в качестве до­полнительного ингибитора соли алюминия (до 0,5—1%), полу­чившие название алюмосиликатных глинистых растворов. Мало-глинистые силикатные растворы широко применяются для про­мывки скважин при бурении с комплектами со съемным керноприемником.

Полимерные глинистые растворы—растворы с добавкой не­больших количеств полимеров. Использование их основано на селективном действии полимеров. Последние стабилизируют коллоидный комплекс глинистого раствора, в то же время коагулируя (флокулируя) менее коллоидную фракцию выбурен­ных пород. Полимерной обработке чаще подвергают бентонито­вые растворы.

Водный раствор полимеров, даже малоконцентрированных, обладает структурой, поэтому введение полимеров позволяет получить оптимальные реологические и фильтрационные харак­теристики глинистых растворов с содержанием гидратирован-ной твердой фазы до 2—4%.

В полимерных глинистых растворах используются полиакри-ламид (ПАА) и гидролизованные его разности РС-2 и РС-4, метас, гипан, реагенты К-4, К-9, М-14 и другие вещества в коли­честве 0,05—0,5% в пересчете на сухое вещество.

Простейший состав полимерного глинистого раствора сле­дующий: водный раствор ПАА 0,25%-ной концентрации, в кото­рый введено 2—3% бентонита. Такой раствор имеет плотность 1,03 г/см3, вязкость 29—35 с, водоотдачу 5,5—8 см3 при высо­кой стабильности и очистной способности, структурная вязкость его (17÷19)•10-3 Па • с, динамическое напряжение сдвига 5— 8 Па.

Полимерные глинистые растворы обладают хорошими сма­зочными свойствами, имеют пониженные гидравлические сопро­тивления, низкое поверхностное натяжение фильтрата (до 2,410-2 Н/м), что благоприятно сказывается на буримости гор­ных пород. Для усиления этих свойств в полимерные растворы вводят до 1 % ПАВ. При использовании гидролизованных поли­мерных реагентов дополнительно вводят 0,3—0,8% кальциниро­ванной соды.

Механическая скорость бурения при использовании полимер­ных глинистых растворов возрастает в 1,1—2 раза, абразив­ный износ сменных деталей буровых насосов и турбобуров сни­жается в 2—3 раза, стойкость породоразрушающего инструмен­та возрастает в 1,5—2 раза, гидравлические потери в циркуля­ционной системе снижаются на 15—20%, расход глины и реаген­тов уменьшается в 3—4 раза.

Полимерный раствор готовят в перемешивающих устройст­вах или на буровой установке в процессе циркуляции. Желаемая последовательность введения компонентов: глинистый раст­вор — водный раствор полимера (обычно не выше 1% в пере­воде на. сухое вещество) — прочие добавки. Могут использовать­ся и сухие порошки полимеров.

В высоковязкие глинистые растворы с целью снижения вяз­кости и статического напряжения сдвига при термическом загустевании вводят до 1% кремнийорганических полимерных жидкостей ГКЖ - 10, ГКЖ -11, ГКП-10. Такие полимерные про­мывочные растворы получили название кремнийорганических растворов или кремнийорганических жидкостей.

Ингибирующий эффект полимерных глинистых растворов не всегда достаточен, поэтому в них нередко добавляют крепящий ингредиент, например 3—10% ФХЛС.

Известны глинистые полимерные растворы с добавками со­лей-ингибиторов Na, К, Mg, Al, Fe и силиката натрия, а также их комбинаций. Такие комбинированные растворы в названии содержат наименование основных активных компонентов, на­пример полимерный алюмосиликатный глинистый раствор, алюмоакриловый глинистый раствор и т. д. При небольшой плот­ности и хороших реологических и фильтрационных характери­стиках комбинированные полимерные растворы обладают высо­ким ингибирующим эффектом и селективным действием. Сохра­няются и другие свойства полимерных растворов.

В качестве добавок к этим растворам широко используются КМЦ (до 2%), биополимеры и ПАА, который не коагулирует даже в концентрированных растворах солей (кроме СаСl2). Концентрация ингибирующих компонентов определяется видом реагента и в целом соответствует их содержанию в ингибирую­щих солевых глинистых растворах.

Комплексный эффект от применения полимерных растворов предопределяет широкую область их использования в самых разнообразных геологических условиях с различным целевым назначением.