Глинистые растворы; состояние глинистых частиц

Лекция 7 1. Пояснить действие электролитов на глинистые растворы гидрофобная коагуляция Она наступает в том случае, когда по каким-то причинам в раствор попадает электролит. защитный слой потерян Уходит гидратная оболочка и диффузный слой частицы соединяются рёбрами, углами Расслоение прозрачная вода Н2О глины твёрдая фаза + химические реагенты 2. Охарактеризовать состояние глинистых частиц в трех областях по величине концетрации кальцинированной соды в растворе а) Седиментационная - устойчивость глинистого раствора от оседания. Если частицы глины не оседают, то система считается седиментационной. Факторы, обусловливающие седиментационную устойчивость: - тепловое Броуновское движение; - диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентрации; - структурообразование (коагуляция частиц, тиксотропия). б) Агрегативная устойчивость. Обеспечивает противодействие агрегатирования частиц, соединения частиц. Факторы, обусловливающие агрегативную устойчивость: - тепловое Броуновское движение; - электростатические силы отталкивания; - упругость гидратных, сольватных оболочек; - коллоидная защита (молекулы органических реагентов); - гидрофильная коагуляция 3. Раскрыть назначение кальцинированной соды глинистом растворе Минерализованный раствор содержит до 10% NaCl-для исключения влияния бивалентных катионов Ca и Mg добавляют в раствор кальцинированную соду: +Na2CO3 4. Назначение едкого натра и жидкого стекла в растворах СГР – силикатно-гуминового реагента,состоящего из жидкого стекла(3-5 массовых долей) и углещелочного реагента(15-20 массовых долей).Применяют такой реагент при бурении в аргиллитах и глинистых сланцах 5. Назначение хлористого кальция, хромпика и хлорида натрия в глинистых растворах Глинистый раствор: - пресный слабоминерализованный NaCl (0,5%-1%); - средней минерализации NaCl (1%-3,5%); - минерализованный раствор NaCl до 10% – ингибированные растворы. Неингибированные – применяют в условиях относительно устойчивых стенок скважин. 1. Пресные растворы от 0,5% – 1%. Преимущества: - уменьшается расход материалов для приготовления таких растворов, так как малое количество солей не препятствует хорошей гидратации раствора; - простота регулирования свойств. Недостатки: - ограничение условий их применения; - при наличии глин в разрезе они быстро гидратируют, переходят в раствор, стенки скважины разрушаются. Для разжижения растворов используются: - УЩР (Т↓, Ф30↓); - ССБ разжижает (Т↓); - NaOH (pH↑). 2. Средней минерализации NaCl 1% – 3,5% - органические химические реагенты теряют свою эффективность; - ухудшаются условия гидратации; - необходимо связывать «жёсткие катионы»: Са++; Mg++ + Na2CO3. Затем добавляют реагенты: УЩР (Ф30 ↓; Т ↓ ) для снижения показателя фильтрации и разжижения - КМЦ – 350, 500 Ф30 ↓ для снижения показателя фильтрации. 3.Минерализованный раствор содержит до 10% NaCl-для исключения влияния бивалентных катионов Ca и Mg добавляют в раствор кальцинированную соду: +Na2CO3 А затем добавляют: КССБ – 2; 4 (Ф30↓)-для снижения показателя фильтрации; ОССБ (Ф30↓)- для снижения показателя фильтрации; МК – 1 - для снижения показателя фильтрации в условиях присутствия минерализации. Лекция 8 1. Почему органические реагенты называются защитными Защитные – создают защитный слой. молекулы органического реагента Сольватная оболочка состоит из молекул органического вещества (коллоидная защита мм). 2. Назначение сульфитспиртовой барды и особенности действия в растворах. Недостатки. ССБ – сульфид спиртовая барда. Применяется в виде порошка темно-бурого цвета или 40-60% водного раствора, имеющего бурый цвет, вароподобная масса. В составе кальциевые соли, либо соли сульфоновых кислот. Основные назначения ССБ: - Разжижение растворов, приготовленных из кальциевых глин, но растворы из натриевых глин этот раствор загущает, поскольку имеются катионы кальция в растворе, они вызывают коагуляцию натриевых глин. При разжижении показатель фильтрации слабо изменяется, а в пресных растворах иногда увеличивается. Действие ССБ универсальное. Заключается в том, что в кальциевых растворах происходит разжижение, особенно если раствор обогащается кальциевой глиной. - Раствор ССБ имеет коллоидный размер частиц, что приводит к увеличению частиц, что приводит к увеличению содержания коллоидной фракции. Это приводит к уменьшению показателя фильтрации. - При высокой минерализации растворов по хлориду натрия происходит «высаливание» - когда молекулы органических реагентов под воздействием минерализации, уходя с поверхности глинистой частицы, переходят в раствор. Недостатки: - Ограниченная термостойкость (до 100⁰). Повышение температуры сопровождается уменьшением действия ССБ. - При вводе ССБ в раствор он вспенивается. Необходимо обрабатывать раствор пеногасителями. - Для ССБ является желаемой щелочная среда. Готовится из 30 весовых частей ССБ и 5 весовых частей NaOH. pH в растворе больше 9. Щелочная среда приводит к тому, что стенки скважины могут обрушиться. 3. Условия применения КССБ, преимущества КССБ – конденсированная сульфит спиртовая барда. Образована за счет реакции конденсации исходного продукта ССБ. Поликонденсация – реакция, при которой выделяются побочные газообразные продукты, и получается вещество с более высокой молекулярной массой, нежели исходное вещество. Поликонденсация до КССБ: ССБ + формалин () выступает в роли коагулятора + + нагрев до 180⁰÷ 250⁰С Увеличение молекулярной массы приводит к термостойкости. Виды КССБ: - КССБ-1 (1% фенола - ) – термостойкость до 130⁰, показатель фильтрации пресных растворов уменьшается; - КССБ-2 (2% фенола) – термостойкость до 150⁰, содержит минеральные растворы и 2 г/л ; - КССБ-4 (4% фенола) – термостойкость до 180⁰ - 200⁰, показатель фильтрации уменьшается. Фенол – это вещество, которое увеличивает термостойкость данного вещества. Основное качество КССБ – это улучшение фильтрационных свойств раствора. Преимущества: - невысокое значение pH, так как в составе нет NaOH; - поскольку pH невысокое, глина плохо гидратирует, раствор не загущается, так как выбуриваемая глина, входящая в состав раствора не диспергируется; - хорошо сочетается с другими органическими реагентами, позволяет проводить комплексную обработку другими органическими реагентами; - используется как в жидком, так и в порошкообразном виде, хорошо растворяется в воде. 4. Основное назначение углещелочного реагента. Недостатки. При увеличении содержания(концентрации) реагента УЩР в растворе все большее количество частиц глины приобретают защитный слой из макромолекул углещелочного реагента что способствует ослаблению сил взаимодействия частиц глины между собой и молекулами воды-это и приводит к снижению вязкости и статического напряжения сдвига при увеличении концентрации реагента в растворе. Кроме того, эти защитные слои в сочетании с пептизирующим (разделяющим) действием щелочи в составе реагента способствуют получению более мелких частиц глины которые образуют более плотную малопроницаемую корку,что является причиной снижения показателя фильтрации и это действие усиливается при увеличении концентрации реагента УЩР составе глинистого раствора. Недостатки УЩР: - Невысокая термостойкость до 100⁰С. Для увеличения термостойкости вводится хромпик (Na2Cr2O7). Термостойкость увеличивается до 200⁰С; - Раствор имеет щелочную реакцию, что приводит к диспергированию глин в составе раствора и загущению раствора; - Глинистые породы в стенках скважины под воздействием щелочной среды намокают и обрушаются. Применяется при бурении в относительно устойчивых горных породах. Присутствие катионов кальция и магния ухудшают стабилизирующее действие УЩР и эффективность его действия снижается. 5. Основное назначение крахмальных реагентов. Недостатки. Способы устранения ферментации крахмальных реагентов Назначение: -Понижение водоотдачи минерализованных растворов, содержащих соединения двух валентных катионов (Ca+2, Mg+2) за счет разветвлений амилопектинов растворы загущаются: пресные – сильно, минерализованные – слабее. Этот реагент стойкий к минерализации, однако: - Реагент имеет низкую термостойкость (происходит термокислительная деструкция, начиная со 120 ºС) – тогда применение его становится неэффективным – надо увеличивать его расход для МК-1 – 140 ºС.; -а. Склонность к ферментативному разложению: ферментация происходит за счет присоединения бактерий, полимерные цепочку рвутся и эффективность действия понижается – необходимо защищать от ферментации: -б. Введение бактерицидов – реагентов антиферментаторов: формалин, фенол, анилин, катапин, четвертичные аммониевые соединения (эффективный способ). - в.При бурении в солях – защита осуществляется за счет насыщения глинистого раствора солью. - Повышение щелочности раствора –тоже средство от ферментации: рН – не более 11, однако: -при использовании рекомендаций по пунктам б, в увеличивается расход; -при работе по пункту б растворимость крахмала ухудшается, а при работе по пункту в начинается щелочной гидролиз его, это надо погашать добавкой новой порции крахмала. Для крахмального реагента Рн оптимально 9-11: 1. при рН менее 9 – молекулы крахмала приобретают меньшую эффективность. 2. При рН больше 11 – идет щелочной гидролиз – наиболее эффективный реагент в условиях Ca+2 агресс. Состоит из двух частей: - амилоза – линейный полимер [C6H10O5]; - амилопектин – разветвленный полимер. Клейстеризация: - нагрев до 100⁰С; - щелочная клейстеризация (NaOH). МК–1 – модифицированный крахмал. Крахмал + нагрев с присутствием KAl[SO4]2∙12H2O (калий алюминиевые квасцы). МК-1 растворяется в холодной воде. Основные назначения МК-1: - снижение показателя фильтрации, особенно если в растворе присутствуют Ca-катионы; - загущение раствора. КР-1 – крахмальный реагент. ЭКР-2 – экструзионный крахмальный реагент. Основные недостатки крахмальных реагентов : - Загнивание раствора под воздействием бактерий (идет ферментация). Признаки: запах, пропадает эффективность действия. Применяются следующие мероприятия от ферментации: - pH увеличивают до 10; - засоление раствора (вводятся Na и другие соли); - введение антиферментаторов (фенол, формалин).