Полимерно-глинистые растворы

Лекция 10 Полимерно-глинистые растворы. Это растворы на водной основе с невысоким содержанием твердой фазы. Содержание глины не превышает 2-2,5% объема. Общее содержание твердой фазы с учетом выбуренных глинистых пород может достигать 5-7%. Полимерные растворы предназначены для массового бурения скважин в не глиносодержащих породах с устойчивостью стенок скважины. В этих разрезах глинистые породы представлены аргиллитами. Эти растворы также называют: - МГПР – малоглинистые полимерные растворы; - растворы с малым содержанием твердой фазы; - полимерно-бентонитовые растворы. Для того чтобы повысить эффективность бурения применяют следующие составляющие: 1. Полимерный структурообразователь. глинистые частички - ГИПАН - ГПАА (РС-2) 2. Флоккулянт – реагент, который способствует агрегатированию частиц выбуренной породы и способствует лучшей очистке бурового раствора в элементах циркуляционной системы. К-4, К-9, РС-2, РС-4, ПД-4, ПД-9. 3. Понизители водоотдачи (Ф30↓) - КМЦ – 350, 500 - МК-1 Требования к бентониту: 1. Выход раствора должен быть не менее 10 м3 из 1 тонны глины; 2. Должен быть предварительно гидратирован; 3. При заметном присутствии поликатионовCa, Mg, Fe необходимо проводить содирование раствора (Na2CO3 – кальциевая сода). Водно-полимерные растворы. Растворы, которые не содержат в своем исходном составе глинистой частицы и приготавливаются на основе полимера и воды + ХОК (хром органический комплекс). БП-1 – биополимер отечественного производства 0,3-0,4% Затем вводится ХОК – 1-3% (КССБ – 1 часть, CrCl3 – 0,5). Эффективно применяется для бурения в условиях высокой минерализации и поликатионовCa и др. При бурении сульфатных, карбонатных пород добавляют еще ГППА – 0,1÷0,01%, чтобы улучшить очистку бурового раствора в качестве флокулянта. Водно-полимерные растворы: - водно-гипановые; - водно-акриламидные. 1. При бурении в устойчивых горных породах; 2. Вскрытие водоносных песчаных горизонтов. Преимущества: 1. Невысокая стоимость раствора, так как в этом растворе содержится от 0,5 до 5% полимера. При этом, если Т=15с, при добавлении 5% гипана Т=23-24с; 2. Сохраняется за счет введения полимеров. Хорошая выносящая способность раствора при промывке скважины; 3. При наличии в разрезе глиносодержащих горных пород полимер в растворе стабилизирует глинистые породы в стенках скважины, препятствую их набуханию, гидратации и обвала стенок скважины; 4. При перебуривании песчаных горизонтов, в том числе водоносных, за счет гелеобразования стенки скважины поддерживают устойчивое состояние; 5. Эффективное вскрытие водоносных горизонтов и освоение. Полимерно-солевые растворы (ПСР). Это растворы, которые предназначены для бурения в мощных отложениях глин скважин средней и небольшой глубины (полимерно-электролитные растворы). NaOH 1-2% –pH↑ Na2CO3 0,6-1,5% – для связывания Ca++, Mg++ и др. KCl (NaCl) 1-3% – отвечает за создание минерализации + Биополимер 0,1÷0,3% стабилизаторы глины Акриловые полимеры 0,3÷1% + КМЦ – 0,5÷1,5%, Ф30↓ Эмульсионные растворы. Это растворы на основе двух несмешивающихся жидкостей. I тип эмульсионных растворов: растворы «масло в воде» (ЭРВО) – эмульсионные растворы на водной основе. Эмульсионно-глинистые растворы применяются для бурения во вмещающих породах, глинистых породах. При контакте с другими растворами набухают. Эмульсионно-безглинистые растворы, водноэмульсионные растворы применяются в случаях, когда нужно уменьшить трение в стенках скважины. II тип эмульсионных растворов: растворы типа «вода в масле». Глинистые растворы на УВ основе (РУО). 1. Безводные РУО – до 5% воды. ИБР – известково-битумные растворы, загущенные нефтью. Применяются для бурения в сложных условиях. 2. Обращенные или инвертные РУО – до 50-60% воды. Применяются для весьма сложных разрезов. ВИЭР (высококонцентрированный инвертный эмульсионный раствор); ГЭР (гидрофобный эмульсионный раствор); ТИЭР (термостойкие инвертные эмульсионные растворы) – это те растворы, которые предназначены для перебуривания УВ залежей с высокой температурой, свыше 200⁰С. Процесс эмульгирования – процесс получения эмульсионной жидкости Стадии нестабильности эмульгированного раствора. Стабильный Флоккуляция – сцепление частиц дисперсной фазы Коалесценция – слияние частиц дисперсной фазы масло Расслоение вода Процесс получения эмульсии делится на 2 этапа: 1. Эмульгирование 2. Стабилизация Способы получения эмульсий: 1. Механическое перемешивание - глиномешалка; - ФСМ – фрезерно-струйные мельницы; - коллоидная мельница; 2. Гидравлический способ – основан на создании потоков воды и эмульсола. 3. Ультразвуковой – позволяет создать высокочастотные колебания, приводит к возникновению пустот с последующим их захлопыванием. Для облегчения получения эмульсии используют эмульгаторы. ПАВ: - облегчает процесс эмульгирования за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела «масло-вода»; - стабилизирует получаемые эмульсии. Мыла жирная кислота NaOH вода углеводородная жидкость RCOONa (ПАВ) омыление RCOOH + NaOH → RCOONa RCOONa →эмульгирование стабилизация Свойства ПАВ: 1. ПАВ – те вещества, молекула которых состоит из двух частей (имеет дифильное строение): гидрофильной и органофильной Это обусловливает адсорбцию молекул ПАВ на границе раздела, в соответствии с их частями. масло вода в масле (II тип) Пример: стеариновая кислота CH2COOH гидроксил – СООН СН2 – алкил О С – СН2 – СН2 – СН2 – … ОН 2. Адсорбция – способность молекул ПАВ увеличивать свою концентрацию на границе раздела, что способствует: - σ ↓ - эмульгирование - стабилизация эмульсионного раствора Твёрдый эмульгатор защитный слой «броня» мозаичное строение Жидкие защитный слой 3. ГЛБ – гидрофильно-липофильный баланс «липос» - жир ГЛБ - ∑ групп + ∑ групп - чисел + 7 ГЛБ = 1 ÷ 40 Метод растворимости Состояние в ГЛБ водном растворе нерастворимый 1÷4 (сгусток) слабая дисперсная 3÷6 – IIтип ( для эмульсий вода в масле _ молочно-дисперсная 10÷13 прозрачная дисперсия > 13 – I тип (для эмульсий масло в воде) 4. Солюбилизация – коллоидное растворение в водной эмульсии масла масло (проникает внутрь мицелл) Признаком солюбилизации является прозрачность раствора. 5. Классификация ПАВ по химическому состоянию 1) Ионогенные – ПАВ, молекулы которых, попадая в водный раствор, диссоциируют с образованием заряженных частиц. а) Анионактивные металл - + RSO3 – сульфонат RSO4 – сульфонол RCOO Me RCOOMe – соли жирных кислот С15H31COONa – стеаратNa Iтип C17H34COONa – пальмитат Na (масло в воде) RCOOCa – II тип (вода в масле) б) Катионные ПАВ – насыщение раствора этими ПАВ приводит к коагуляции + - 2) Неионогенные ПАВ – не являются носителями зарядов, в воде не диссоциируют. RCOOH – жирные кислоты ROH – спирты ОП – 4, ОП – 7, ОП – 10 – образователи пены (оксиэтилированныеалкилфеноны) - свойства от рН-среды не зависят - можно изменять ГЛБ: а) 3÷6 – II типа б) 8÷18 – I типа - не зависят от минерализации 6. Влияние концентрации ПАВ σ Сккм с, % ККМ – концентрация критического мицеллообразования Виды эмульсионных растворов ЭГР – эмульсионно-глинистые растворы. Используются при образовании сальников, затяжек, обваливаний. Нефть – средство борьбы с сальниками, желобами и т.д. Добавляют 10÷15 % КССБ, КМЦ, УЩР, МК-1 – эмульгаторы. При использовании ЭГР увеличивается механическая скорость бурения, уменьшается износ ПРИ, уменьшается число аварий и осложнений, уменьшение Ф30↓ так как диспергированные частички нефти попадают на пористую перегородку и препятствуют прониканию воды. ИБР – II вид (вода в масле) безводный РУО, применяется в разрезах с мощной глинистой толщей с переслаиванием галогенных пород и хемогенных пород, для вскрытия продуктивных залежей. ИБР на основе дизельного топлива 100% с вводом 20÷25% СаО, битум – 15÷20%, вода 3÷5%, ПАВ-эмульгатор (СМАД-1, НП-1). ИБР применяют при высоких температурах (300 0С) Для разогрева дизельного топлива и расворения в нем битума вводят воду: СаО + Н2О → Са(ОН)2 + t0↑ (до 900С) RCOOCa – жирные кислоты (омыление) Виды эмульсолов. Эмульсол-концентрат 40÷60% Содержит: - смазывающая добавка (ЭЛ, ЭН и др.) - ПАВ эмульгатор - присадки: а) ингибиторы коррозии б) сульфатостойкая (SO4+2и др.) в) антифризы Виды эмульсолов: - эмульсол для бурения в условиях различной минерализации - для бурения в многолетних мёрзлых породах Эмульсол добавляется от 0,5% до 2,5%. Для КССК применяют полимерно-эмульсионные растворы.