Высокоминерализованные и соленасыщенные растворы

Лекция 3. Высокоминерализованные и соленасыщенные растворы • Высокоминерализованные растворы- получают на основе морской или при поступлении в раствор пропластков солей. • Соленосыщенные растворы- получают за счет насыщения солями NaCL для бурения отложений каменной соли. • Насыщенные полиминерализованные растворы- насыщают раствор несколькими солями. Области применения растворов Высокоминерализованные и соленасыщенные глинистые растворы. В прошлом семестре были рассмотрены неингибированные растворы (А): • пресная минерализация по NaCl до 1% (10 гр/л); • маломинерализованные – минерализация по NaCl до 1-3,5% (10-35 гр/л). Ингибированные (Б): • минерализованные растворы с содержанием NaCl до 10% (100 гр/л). Далее рассмотрим: • высокоминерализованные и соленасыщенные растворы содержат свыше 10% (100 гр/л) NaCl и других растворимых солей. Принятая терминология: Высокоминерализованные растворы, которые получают на основе морской воды + поступающие при растворении соли, в первую очередь, по NaCl. • получают при бурении на морских месторождениях, при глубоких акваториях на большой глубине; Особенности бурения на морских месторождениях: • содержится газ CH4 – метан, H2S – сероводород – изменяются свойства раствора (Т↑, ↓); • температура морской воды у дна 0°С; • устьевое оборудование на дне; • выходящий газ из скважины образует газогидраты – образования CH4 + H2O→твердое вещество, мягкий лед – осложнения; • газогидраты усложняют технологию бурения – отношение газогидратов в скважине при определенных термобарических условиях – сальники, сужения – прессует насосное оборудование; • газогидраты отлагаются на оборудовании и могут блокировать превенторы. Особенности регулирования свойств таких растворов: • концентрация соли велика – возникает проблема получения низкой водоотдачи – Ф30↓ - для чего применять высокомолекулярные реагенты – КМЦ, акриловые полимеры, крахмал; • снижается (много NaCl) – надо повысить рН; • необходимо связывать двухвалентные катионы для обеспечения эффективного действия высокомолекулярных реагентов, глина в растворе находится в состоянии гидрофобной коагуляции – проблемы в создании структурных свойств нет – хорошо, но: надо повысить удерживающую способность (несущую способность), выносящую способность; • глинистые частицы лишены глинистой оболочки, поэтому надо: • обрабатывать защитными реагентами КМЦ, КССБ и др.; • для связывания катионов Ca+2, Mg+2 вводят Na2CO3, еще надо вводить NaOH; • для снижения показателя фильтрации (Ф30↓) надо вводить крахмал, КМЦ, полиакрилаты; • для улучшения смазочных свойств – нефть + графит, СМАД-1; • для повышения несущей способности – полигорскит; • в условиях высокой минерализации КМЦ, полиакрилаты (линейные полимеры) разжижают растворы, надо вводить крахмал – разветвленный полимер (амилоза – линейный + амилопектин – разветвленный полимер) – увеличивается вязкость; • совместная обработка позволяет получить эффект синергизма – усиление действия каждого из используемых реагентов. • соленасыщенные получают за счет насыщения солями NaCl для бурения отложений каменной соли NaCl. Проблемы регулирования параметров – применяют нестабилизированные растворы; • насыщенные полимерализованные растворы получают при насыщении ими солью NaCl – применяют для перебуривания осложнений NaCl с наличием пропластков: • KCl – сильвина; • MgCl2·6H2O – бишофит; • KCl· MgCl2·6H2O – карнолит. Такие разрезы необходимо перебуривать с применением стабилизированных растворов, так как при насыщении этих растворов по NaCl возможность растворения пропластков карнолита, бишофита не исключается. Их надо насыщать в том числе и по MgCl2 (бишофит) – чтобы стабилизировать растворение MgCl2·6H2O (бишофит) и KCl· MgCl2·6H2O (карнолит). Насыщение растворов по MgCl2 создает проблемы: • затрудняется регулирование водоотдачи, так как высокая концентрация Mg+2; • необходимо повышать щелочность раствора (рН↑); • так как глина в растворе находится в стадии гидрофобной коагуляции – надо обеспечивать удерживающую способность, поэтому регулирование свойств: сначала растворы насыщают MgCl2 (растворяют бишофит). 1. Малосиликатные растворы. Область применения – неустойчивые глинистые породы; • присутствие жидкого стекла (Na2O·nSiO2) обеспечивает взаимодействие между глинистыми частицами (в стенках скважины) и жидким стеклом – в результате образуется на стенках скважины пленка из продуктов взаимодействия CaSiO2 – силикат кальция +2; • уменьшают способность глины к катионному обмену, а значит, молекулы воды меньше адсорбируются; • гидратация уменьшается; • задерживается разупрочнение глинистых пород под влиянием этого малосиликатного раствора. Состав: • основа малосиликатного раствора – глинистый раствор; • добавляют 2-7% жидкого стекла, которое: • обеспечивает крепящее действие; • повышают щелочность рН; • выполняет функции антиоксиданта органических реагентов. • для снижения Ф30↓ вводят КМЦ, так как при высоких температурах усиливается термоокислительная диструкция, а антиоксидант – жидкое стекло замедляет. Особенность: • если вводят сначала жидкое стекло, а потом КМЦ – раствор загущается; • к малосиликатным растворам сначала вводят в глинистый раствор жидкое стекло, то молекулы жидкого стекло адсорбируется глинистыми частицами, а ввод КМЦ – загущает раствор, так как усиливается связь молекул H2O и КМЦ – подвижность снижается; • если вводят сначала КМЦ, то последующий ввод жидкого стекла ослабляет взаимодействие частиц глины и воды – разжижение очевидно рН↑ после ввода жидкого стекла, а в щелочной среде идет диструкция молекул КМЦ – разжижение, так как снижается молекулярная масса КМЦ. Очевидно – связано с активностью силикатионов SiO2, которые взаимодействуют с глинистыми частицами, адсорбируясь на них – вытесняя молекулы КМЦ. • повышение щелочности за счет введения Ca(OH)2 – известь, NaOH (рН↑); • снижение фильтрации достигается за счет ввода крахмала (разветвленный полимер); • удерживающая способность увеличивается за счет ввода полыгорскита, асбеста; • улучшение смазочных способностей – за счет ввода нефть + графит (в том числе снижают Ф30↓. • если сначала вводят КМЦ, а потом жидкое стекло – раствор разжижается, очевидно, ввод жидкого стекла вызывает глобулизацию молекул КМЦ; • для разжижения и увеличения ингибирующей способности вводят NaCl – коагулятор. Также малосиликатные растворы могут быть и пресные, и вплоть до насыщения. Для разжижения таких растворов применяют: • нитролигнин; • ПФЛХ (при небольшом содержании соли). Термостойкость таких растворов до 180-200°С (так как жидкое стекло повышает термостойкость). Проблемы возникают в регулировании свойств в присутствии двухвалентных катионов, так как возникает реакция жидкого стекла с образованием нерастворимых силикатов: Na2O·nSiO2+Ca+2→CaSiO2 Для их связывания применяют Na2CO3: Ca+2+ Na2CO3→СaCO3 Ионы SO4-2 – нежелательны (из гипса ангидрита), поэтому при попадании в раствор SO4-2, их осаждают хлористым барием: SO4-2+BaCl2→BaSO4+Cl или BaCO3+ SO4-2→ СaCO3+ BaSO4 2. Кальциевые глинистых растворы. Применяют для разбуривания неустойчивых глин, глиносодержащих пород, особенно в интервалах содержащих пласты с АВПД (можно их утяжилять, так как глина в растворе плохо диспергирует раствор малой вязкости). Ингибирующим компонентом является находящийся в фильтре катион Ca+2, который взаимодействует с обменными катионами глин, превращает их в Ca+2 - вую, уменьшая их способность к гидратации и диспергированию в растворе, а также повышает сопротивляемость глин разупрочняющему действию глинистого раствора - повышает устойчивость стенок скважин. Разновидности Ca+2 (калициевых) растворов. 2.1. Известковые глинистые растворы: а) с высоким рн (содержанием Са+2 до 200 мг/л); б) с пониженным рН (Са+2 катионов до 800-1000 мг/л). 2.2. Гипсовые. 2.3. Хлоркальциевые глинистые растворы (высококальциевые растворы). 2.1. Известковые: а) с высоким рН (рН=12, Са+2 до 200 мг/л): - основа глинистый раствор; - известь в виде известкового молока, источник Са+2 это Са(ОН)2; - разжижитель нужен, так как при вводе Са(ОН)2 происходит коагуляция, для устранения которой добавляют ССБ. ССБ - традиционный разжижитель, однако ССБ разжижает при условии, если содержание Са+2 в фильтрате не более 200 мг/л, т.е невысокое. Поэтому растворимость Са(ОН)2 надо уменьшать, что бы вязкость была не очень высокая - регулируют вводом NaOH: - при содержании NaOH ~ 5 г/л рН раствора = 12 (Са+2 - 200 мг/л); - комбинация ССБ и NaOH дает хорошую текучесть глинистому раствору; - Ф30 уменьшается за счет добавок УЩР, КМЦ, полиакрилатов; - уменьшают загущение при увеличении температуры зачет введения хроматов (Na2Cr2O7, K2Cr2O7). Порядок ввода реагентов в глинистый раствор: сналала: ССБ + NaOH; потом: +Ca(OH)2; далее: + УЩР, КМЦ или полиакрилаты. Особенности свойств известковых растворов: - характерны низкие значения СНС (слабоструктурные растворы); - хорошая текучесть - низкая вязкость; высокое рН (щелочная среда, рН=12). Преимущества: - способность сохранять текучесть (подвижность) при высокой концентрации глины; - глина, попадающая в раствор не диспергируется, не распадается, поэтому вязкость раствора при перебуривании глинистых пород мало меняется, что особо важно для применения тампонажных растворов (для АВПД), поэтому: - высокая стойкость к агрессии электролитов. Недостатки: - высокое содержание твёрдой фазы; - склонность таких растворов к интенсивному загустеванию при повышенных температурах, для устранения необходимо вводить хроматы, а без них температурная стойкость не более 130 градусов С, т.к. при ее увеличении Галина реагирует с известью. б) известковые с пониженным рН (Са+2 до 800 -1000 мг/л): - устраняют недостаток - загустевание при температуре более 130 градусов С; - если вместо ССБ для расжижения ... то не надо уменьшать растворимость извести (см. выше в зависимости от содержания NaOH), вязкость нормальная при 200 мг/л; - для такого раствора содержание NaOH еще ниже, чем в обычном известковом растворе (менее 5 г/л NaOH) - поэтому рН низкое; - добавками Са(ОН)2 можно обеспечить содержание Са+2 до 800-1000 мг/л, при этом рН 8.5-9.5 (т.е. оптимально); - для уменшения Ф30 необходимо вводить КМЦ; - ввод хроматов увеличивает термостойкость до 160 градусов С (т.е. с низким рН за счет ввода кислых реагентов окзил и ФХЛС вместо ССБ и NaOH). 2. Гипсовые растворы: - CaSO4 * 2H2O - поставщик Са+2; - содержание Са+2 до 800-1200 мг/л; - для разжижения применяют окзил (окисленный и замещенный лигнин) или ФХЛС (феррохромлигносульфонат); - растворение гипса приводит ....; - для рН применяют Са(ОН)2 и в небольших количествах NaOH; - источник Са+2 - CaSO4 * 2H2O (гипс) или строительный гипс - алебастр (CaSO4 * 0.5H2O); - для уменьшения Ф30 применяют КССБ, крахмал, КМЦ, нефть (+графит); - для повышения термостойкости применяют хроматы; - рН = 8.5-10 таких растворов (т.е. оптимально). Особенности гипсовых растворов: - по сравнению с известными растворами гипсовые более подвижные, незагустевают и более просты с точки зрения устранения загустевания - они более текучие. Недостаток: - высокая концентрация твёрдой фазы в растворе. 2.3. Хлоркальциевые растворы - это высококальциевые растворы: - в них стремятся еще более повысить содержание Са+2, так как не всегда сохраняется устойчивость стенок скважин при бурении с другими растворами - известковыми и гипсовыми; - CaCl2 хорошо растворимые в воде до 726 г/л. Область применения: - неустойчивая породы, аргилитосодержащие толши, устойчивость стенок скважин в них повышается, так как CaCl2-растворы позволяют достигать содержание Ca+2 до 4000 мг/л. Это создаёт сложности в регулировании свойств; - обеспечение низкой водоотдачи - уменьшение Ф30 засчет ввода крахмала или КССБ; - необходимо повышать рН, так как при вводе CaCl2 падает рН раствора - NaOH - не подходит, надо рН увеличивать с помощью Са(ОН)2. Состав СаCl2 - растворов: - глинистый раствор основа; NaOH: - не вводят, поэтому глины устойчивые и не диспергируются; - и потому что NaOH- уменьшает растворимость Са+2, следовательно для повышения щелочности рН применяют Са(ОН)2; - для разжижения применяют ФХЛС или окзил (кислые реагенты); - для снижения Ф30 вводят крахмал или КССБ; - СаСl2 источник катионов Са+2 до 4000 мг/л. Особенности СаСl2 - растворов: - преимущества: - низкие значения рН =8. - недостатки: - относительно высокая водоотдача, так как при высоком содержании Са+2 эффективность реагентов низкая; - термостойкость до 100 градусов С - низкая. 3. Калиевые или хлоркалиевые растворы, глинистые КСl- растворы. Назначение: - бурение в не устойчивых глинистых породах. Применение КСl растворов обусловлено: особыми свойствами К+, который обладает: - высокой подвижностью; - способностью проникать в глину (межплоскостное пространсто); - имеет размеры, соответствующие размеру лунки тетраэдрического слоя глинистых минералов между атомами кислорода; - попадая в межпакетные промежутки кристаллической решётки глин К+ прочно скреплят частицы глин между собой, уменьшая способность глины к гидратации и диспергированию. Тетраэдрический слой у монтморилонита: Состав КСl глинистых растворов: - КСl источник К+ в концентрации 50-70 г/л (5÷7 % КСl); - так как катионы К+ в присутствии других катионов теряют подвижность и уменьшают принимающую способность, то 2-х валентные катионы надо связывать К2СО3 (Са+ + К2СО3 → СаСО3 - карбонат калия); - если рН будет понижается, то для повышения щелочности надо вводить КОН, то есть вводят теже К+ катионы; - разжижают раствор за счет ввода КССБ + КМЦ или если не достаточно, то окзил или ФХЛС; - пеногаситель Т-66 - флото реагент.