11.1 Класифікація хімічних реагентів
Хімічні реагенти і матеріали класифікують за різними ознаками. До 70-их років минулого століття реагенти поділяли на три групи (за П.О.Ребіндером):
1) реагенти стабілізатори;
2) реагенти-структуроутворювачі;
3) реагенти коагулятори.
Класифікують хімічні реагенти також за хімічною природою (органічні і неорганічні); за стійкістю до температури (термостійкі і нетермостійкі): за стійкістю до вмісту солей (солестійкі і не солестійкі).
В 70-80 роках минулого століття започаткували класифікацію хімічних реагентів за призначенням, яка є найбільш зручнішою для практичного використання в практиці буріння свердловин. За цією класифікацією реагенти поділені на дві групи:
– реагенти і матеріали загального призначення;
– реагенти спеціального призначення.
Реагенти і матеріали загального призначення застосовують для приготування базового розчину і регулювання його структурно-механічних властивостей.
1. Регулятори рН, як правило неорганічні сполуки, які змінюють концентрацію іонів водню у бурових розчинах. До цих реагентів відносяться каустична сода (NaOH) їдке калі (КОН), гашане вапно (Са(ОН)2), кальцинована сода, карбонат натрію. (Na2CO3) та бікарбонат натрію NaHCO3.
2. До структуроутворювачів відносяться ті матеріали і реагентти, які надають буровим промивальним рідинам тікоотронних властивостей. В першу чергу це глини, для розчинів на вуглеводневій основі органофільні глини та бітуми. Як структуроутворювач застосовують також азбест. Для розчинів без твердої фази роль структуроутворювача виконують спеціальні органічні полімери із класу полісахаридів, а також синтетичні полімери.
3. Реагенти понижувачі фільтрації забезпечують низьке відділення дисперсійного середовища із бурового розчину через проникні горизонти. До цієї групи реагентів відносяться:
– реагенти на основі гумінових кислот ВЛР, ТЛР, РГГ;
– реагенти на основі полісахаридів крохмаль, декетрин.
– реагенти на основі водорозчинних ефірів целюлози (КМЦ, ОЕЦ, ММЦ);
– реагенти на основі лінгносульфонатів;
– реагенти на основі акрилових полімерів (гіпан, ПАА, метас, М-14 і ін.)
4. Реагенти для зменшення умовної в’язкості.
Умовну в’язкість зменшують водними розчинами ВЛР, а також реагентами на основі лігносульфонатів (нітролігнін, ферохромолігносульфонат окзил, поліфеноли пісохімічні).
З неорганічних сполук умовну в’язкість зменшують комплексні фосфати: гексаметиафосфат натрію (NaPO3)6, триполіфосфатнатрію (Na3H3O10), нітрилтриметиленфосфонова кислота (НТФК).
Реагенти третьої і четвертої групи в практиці оброблення бурових розчинів часто називають реагентами стабілізаторами, які стримують коагуляцій ні процеси в бурових промивальних рідинах.
Основним методом запобігання, утримування та регулювання коагуляції у бурових розчинах є стабілізація і колоїдний захист. Фізичний зміст стабілізації зводиться до створення таких умов при яких не будуть реалізовані сили міжмолекулярної взаємодії у близькому max ( див. лекцію 7). Для таких умов вирішаюче значення має механічна міцність високо структурованих стабілізаційних прошарків які і є в бар’єром, що запобігає зближенню частинок.
В звичайних умовах ці шари утворюються при взаємодії реагенту із обмінними катіонами і частково з поверхневими катіонами кристалічної гратки.
Коли вводиться у буровий розчин полімер із короткою ланкою і у цього реагента низька концентрація він при взаємодії з твердою фазою обгортає її навколо позитивно заряджених країв. Це робить обидва краї і поверхню твердої фази від’ємно зарядженими, що призводить їх до відштовхування. У цьому випадку реагент працює як розріджувач (рис. 11.а)
Довга і середня ланка полімера діє як флокулянт (рис. 11.б).
Полімери із довгою ланкою або полімери з високою концентрацією діють як стабілізатори. Коли полімера багато він завдяки адсорбції обгортає глинисті частинки і не дає їм диспергуватись (рис.11.в).
Стабілізація здійснює:
– захист бурового розчину від концентрованого загущення (реагенти – розріджуючи);
– зменшення міцності коагуляційних структур;
– полегшення пересуванню окремих шарів бурового розчину при течії;
– зменшення умовної в’язкості та тіксотропії в цілому.
Хімічні реагенти спеціального призначення застосовують для надання буровим розчинам спеціальних властивостей (мастильних, інгібуючих, емульгуючих тощо) або для усунення недоліків чи покращання ефективності реагентів загального призначення (зменшення піноутворення, термічної нестійкості, забезпечення стійкості впливу агресивних іонів сірководню та ін.).
а
б
в
а – розріджувач; б – флокулянт; в – стабілізатор
Рисунок 11.1 – Схеми дії хімічних реагентів на глинисту складову бурового розчину
1. Реагенти-інгібітори глинистих порід і сланців гальмують і запобігають гідратації і набряканню глинистої складової гірських порід, які розбурюються.
Це неорганічні речовини: вапно Ca(OH)2 хлористий кальцій CaCl2, гіпс CaSO4, сіль NaCl, хлористий калій КCl, силікат натрію Na2SiО3, сполуки алюмінію та заліза.
Особливо ці реагенти ефективні у сумісному застосуванні із високомолекулярними сполуками, які виконують функцію стабілізаторів.
2. Реагенти для зв’язування іонів кальцію і магнію, які забруднюючи розчин погіршують його властивості.
До цієї групи реагентів належать в першу чергу кальцинована сода Na2CO3, полі фосфати та бікарбонат натрію NaHCO3.
3. Мастильні домішки зменшують тертя між бурильним інструментом і стінкою свердловини і надають розчину змащуючи властивостей. До таких реагентів належать: нафта, графіт, окислений тетролатум (СМАД-1), гудрони від переробки нафти.
4. Піногасники служать для запобігання піноутворення у буровому розчині під час його обробки лігносульфонатами чи поверхнево-активними речовинами.
До піногасників відносяться: сивушні масла, соапсток, МАС-200, резинова крошка в дизельному паливі і ін.
5. Термостабілізуючі реагенти, які запобігають загущенню бурового розчину при високих температурах.
Як домішки, що підвищують термостабільність бурового розчину застосовують хромати і біхромати натрію чи калію, феноли естонських сланців, аміноспирти і ін.
6. Поверхнево-активні речовини, які зменшують поверхневий натяг на межі розділу фаз (рідина – рідина, рідина – газ, рідина – тверде тіло) ПАР застосовують для якісного розкриття продуктивних горизонтів.
Найпоширеніші ПАР в практиці оброблення бурових розчинів сульфазол (іоноген ний тип ПАР) та ОП-10 (неіоногенний тип ПАР) Ці дві речовини також використовують у якості емульгаторів для приготування розчинів на нафтовій основі.
7. Флокулянти – полімерні речовини які сприяють флокуляції твердої фази з подальшим вилученим її із розчину. Най частіше для цього застосовують реагенти акрилових полімерів.
Ще до реагентів спеціального призначення належать інгібітори корозії, піноутворювачі антисептики, закупорювачі тріщин і пор гірських порід.
Ці реагенти в практиці хімічного оброблення бурових розчинів зустрічаються рідко, тільки в особливих випадках, коли подальше буріння без них неможливе.
В таблиці 11.1 наведені відомості про найголовніші хімічні реагенти, які застосовуються для регулювання структурно-механічних властивостей бурових розчинів.