Глінопорошок-матеріал для бурових розчинів - Мінерал Ресурс
Розвиток глибокого буріння зажадав розширення досліджень у галузі створення матеріалів для бурових розчинів. Особливо інтенсивно ці роботи проводилися в США, де глибоке буріння почало розвиватися вже в 30-ті роки. до суттєвого розширення асортименту хімічних реагентів та добавок, що надають буровому розчину необхідні властивості. Нині США виробляють понад 600 найменувань реагентів і добавок для бурових розчинів. Зусиллями АНІ хімічні реагенти, обтяжувачі та глинопорошки були стандартизовані та розроблені необхідні рекомендації щодо їх застосування. В даний час фірми США продовжують вести роботи зі створення нових, ефективніших матеріалів для бурових розчинів.
Перші бурові розчини були сумішшю води і будь-якого типу глини, тверді частки якої значний час можуть перебувати у зваженому стані. В'язкі, липкі глини, звані "5" "гумбо" , розглядали як глини гарної якості для приготування бурового розчину; добавка в воду рекомендувалася близько 20% за вагою глини.
У 1921 р. було зроблено першу спробу регулювання властивостей бурових розчинів шляхом застосування спеціальних добавок. Починаючи з 1920 р., застосовувані розчини, обтяжені баритом, мали в'язкість і структурні властивості, недостатні для того, щоб частинки бариту стійко перебували у зваженому стані. Це стало причиною початку обробки розчинів хімічними реагентами, призначеними лише підвищення в'язкості розчину, з метою запобігання осадження частинок обтяжувача.Першими хімічними реагентами були каустична сода та алюмінат натрію.
У 1929 р. були видані патенти Кросу і Харту, що запропонували використовуватибентонітові глини з окисом магнію як добавку для поліпшення структурних властивостей розчину. Придатність глин для бурових розчинів встановлювали по виходу розчину, по міцності гелю, яка характеризується різницею граничної статичної напруги зсуву безпосередньо після перемішування та після 10-хвилинного спокою, кіркоутворюючими властивостями. Вихід розчину визначали кількістю розчину певної в'язкості (зазвичай 15 сП), отриманого з 1 т глини, затвореного на прісній або морській воді. Таким чином, вихід є якісним показником при приготуванні розчину і багато споживачів вимагають, щоб бентоніти давали 14,3 м3 розчину в'язкістю 15 сП на 1 т глини. Такий вихід є звичайним для чистих форм натрієвого бентоніту, наприклад, вайомінгського, але його неможливо досягти при використанні кальцієвих бентонітів або суббентонітів. Вони зазвичай мають вихід розчину близько 48-95 м3/т.
У зв'язку з цим було здійснено спроби обробки глин з метою збільшення виходу розчину. Пропоновані реагенти для збагачення глин можна розділити на дві групи: -неорганічні (кальцинована сода, перманганати, алюмінат натрію, окис магнію); -органічні (водорозчинні поліакрилові кислоти , етиленмалеїновий ангідрид у комбінації з іншими речовинами)
У деяких випадках рекомендують спільне використання органічних і неорганічних реагентів. Одним із широко використовуваних способів збагачення кальцієвих глин є спосіб добавки до глини пептизуючого реагенту, такого, як карбонат натрію (кальцинована сода) у кількості від I до 10%.Оптимальна кількість – 3-5%. Цей метод основного обміну іонів кальцію на іони натрію не завжди був успішним, тому що іонний обмін неможливо змусити йти до завершення. Не всі глини добре збагачуються кальцинованою содою. Рекомендується застосовувати перманганати для тих глин, які погано збагачуються содою. Кількість солей перманганату невелика –0,2-0,4%. Вихід розчину з вайомінгського бентоніту збільшується з 13,55 м3/т до 18,75 м3/т при обробці 0,4% КМnО4, а вихід вайомінгського розчину бентоніту з початковим виходом 17,0 м3/т збільшується до 22,05 м3/т , тобто. на 29,7%. Перманганатом добре збагачуються натрієві бентоніти.
Для збільшення виходу розчину з кальцієвогобентоніту ісуббентоніту застосовують кополімери етиленмалеїнового ангідриду з сполуками лужних металів, які є водорозчинними, іонізованими і мають аніон, здатний реагувати з кальцієм, утворюючи водонерозчинний осад. Найкращі результати дає застосування кальцинованої соди. Вважають, що функція цієї добавки полягає у створенні іонів натрію для обміну з іонами кальцію в кальцієвому монтморилоніті, перетворюючи останній на натрієвий монтморилоніт. Однак такий обмін не дозволяє перетворити кальцієвий монтморилоніт на істинно натрієвий, такий, як вайомінг-ський бентоніт, тому для подальшого збільшення виходу розчину використовують кополімери етиленмалеїнового ангідриду з гексаідієном (1,5%) або діаліловим ефіром. Кількість кальцинованої соди становить 3-5%; кополімеру - 0,02-0,12% від ваги глини. Фірмова назва етиленмалеїнового ангідриду з питомою в'язкістю 0,1-DX-840-31, а натрієва сіль етиленмалеїнового ангідриду з питомою в'язкістю 0,1 отримала назву DX-849-54.
При обробцівайомінгського бентоніту реагентом DX-840-31 вихід розчину збільшується до 227 м3/т; при обробці цьогобентоніту реагентом DX-840-31 з добавкою 0,9% MnO4 вихід розчину збільшується до 30,3 м3/т. Хороші результати дає обробка глин водорозчинними поліакриловими кислотами. А-3 - фірмова назва водорозчинної поліакрилової кислоти із середньою молекулярною вагою 7500. При обробці вайомінгського бентоніту 0,06% реагенту Акрісол А-3 вихід розчину збільшується до 30,8 м3/т. Хорошу дію надає спільна обробкабентоніту полімером Акрісол А-3 та оцтовокислими солями кальцію або натрію.
Для визначення в'язкості широко використовують ротаційний віскозиметр Фанна, який може бути використаний для виміру структурної в'язкості, граничних динамічної та статичної напруги зсуву та інших показників розчину. . Більш точним і зручним приладом є ротаційний віскозиметр Фанна VG-34, який безпосередньо без перерахунків показує в'язкість в сантипуазах і напруга зсуву (статична і динамічна). Водовіддачу визначають за допомогою приладу фірми Бароїд. США. Із загальної кількості глинопорошків, що випускаються в США, 68,4% виробляють з бентоніту, 24,4% з інших глин та 7,2% з аттапуль-гіту.
Найбільш вигідною сировиною єбентоніт, що дає великий вихід розчину (12,0 м3 з 1 т порошку). Бентонітові порошки (фірмові найменування - акваджел, магкоджел) мають вологість не більше 10%, дуже тонкий помел (92% проби порошку повинні проходити через сито 200 меш), легко розмокають; з 1 т порошку при мінімальній щільності (1,03 г/см3) одержують 15,25 м3 глинистоїсуспензії в'язкістю не менше 15-20 сП (за Стормером), з водовіддачею 15-20 см3. Вартість 1 т бентоніту 30 доларів.
Поряд із виробництвом порошкоподібного бентоніту випускають порошки з місцевих глин двох типів:з середнім (6 -12 м3) імалим(до 6м3) виходами розчину з 1 т . Глини з низькою розпускністю потрібні тоді, коли необхідно отримати велику щільність і знехтувати в'язкістю та кіркоутворюючими властивостями розчину. Порошки з місцевих глин у ряді випадків удвічі дешевші, ніж з бентоніту. Глинопорошком з малим виходом розчину є, наприклад, порошок ЕР-95, що випускається в Каліфорнії: І т цього порошку виходить 1,5 м3 розчину щільністю 1,44 г/см3.Глинопорошок "ксатклей", вартість якого на 20% вище порошку ЕР-95, також дає малий вихід розчину: 4,4 м3/т, водовіддача розчину 15 см3 АНІ. Споживання глини такого типу нині скоротилося до 3 тис. т на рік.
Фірмою Магкобар випускаютьсякомбіновані порошки глин, що складаються з суміші 80-85% порошкунизкосортної глини типу "ксатклей", 15-20%бентоніту та 2,5%кальцинованої соди. Ця суміш дешевша за першосортний бентоніт на 27%. При 10%-ної концентрації цієї суміші в розчині вихід його становить близько 8,8 м3/т. Для приготування бурових розчинів на солоній воді протягом 20 років широко застосовується аттапульгіт. Ця глина при повному розпусканні в соленасыщенной воді створює таку ж в'язкість, як і прісної. Бентоніт та іншого типу глини цими властивостями не мають.
Суспензії аттапульгіту мають достатню в'язкість і несуть властивості, але, на жаль, вони характеризуються високою водовіддачею (140 см3 за 30 хв). На практиці така висока водовіддача зазвичай конденсується добавками желатин-крохмалю, лігносульфонату або квебрахо. З I т ат-тапульгіту при розчиненні в соленасищеній воді можна отримати 2I м3 бурового розчину в'язкістю 15 сП. Для бурових розчинів, затворених на солоній воді, аттапульгітової глини потрібно менше, ніж монтморіллонітової.Атапульгіт у буровому розчині досить повільно підвищує його в'язкість і тому для збільшення в'язкості бурового розчину після добавок аттапульгіту потрібно деякий час.
Основними постачальниками матеріалів для бурових розчинів у США є фірми Бароїд та Магкобар. Фірмою Бароїд випускаються такі види глинопорошків: акваджел, бароко, куїкджел, цеоджел.
Акваджел - глинопорошок, розроблений фірмою в 1928 році, являє собою тонкоподрібнену бентонітову глину. На вигляд це порошок білого або світло-сірого кольору. Щільність 2,5 г/см3. Застосовується як звичайний гелеутворюючий колоїд для регулювання в'язкості, СНР і зменшення водовіддачі. Вихід розчину - 15,9 м3/т в'язкістю 15 сП на 1 т.
Барокко - сухий мелений суббентоніт, використовується для бурових розчинів з концентрацією солі від низької до помірної, вихід становить 7,2 м3 розчину в'язкістю 15 сП на І т глини, що зачинена на прісній воді. Хороші результати виходять при додаванні води, що містить 15% солі.
Куїктджел - модифікований бентоніт, який дає в 2 рази більший вихід розчину, ніж звичайний вайомінгський бентоніт (32 м3/т).
Магкоджел - чистий вайомінгський бентоніт.
Куїктик - спеціально приготовлений стійкий ефектний бентоніт з виходом розчину близько 31,8 м3/т з в'язкістю 15 сП. Він швидко утворює тонку фільтраційну глинисту кірку.
Солтджел - високі сорти аттапульгітової глини з виходом 15,9 м3/т соленанасиченого розчину з в'язкістю 15 сП. При флокулюючому впливі пластових вод розчини на основі солтджела не змінюють своїх властивостей.
С. А. Рябоконь - Монографія -Технологічні рідини для закачування та ремонту свердловин.