2.2 Компонентний склад бурових промивальних рідин

Глини – неорганічні колоїдні сполуки – основний структуро- та кіркоутворюючий компонент бурових розчинів на водній основі. Вони також входять у склад дисперсної фази, розчинів на вуглеводневій основі. Глинами називають полімінеральні, полідисперсні алюмосилікатні сполуки, які здатні при контактуванні з водою переходити в пластичний стан. За своїм складом і будовою вони є складними полімерними і полімінеральними системами. В основі будови лежить кремній (Si), вміст якого від числа атомів всіх елементів у земній корі становить 16,7 % . Глини ще називають гідросилікатними сполуками, оскільки мінерали, в склад яких входить кремній, у природних умовах містять, як правило, гідратаційну воду. Глини відносяться до осадових порід і становлять 70 % всіх осадових порід. Суттєвими ознаками глин, які їх відрізняють від решти гірських порід є висока дисперсність, гідрофільність, здатність до адсорбції та катіонного обміну, а також до прояву набухання, тіксотропних властивостей у всіх тих суспензіях, до складу яких вони входять. Водні суспензії глин утворюють стійкі тіксотропні структури – найбільш розповсюджений та унікальний тип бурового роз чину.

Для розчинів на вуглеводневій основі (розчини на нафтовій основі) у якості дисперсної фази застосовують бітум нафтовий високо окисний, оксид кальцію СаО, крейда, барит тощо. Бітум – колоїдна складова розчинів на нафтовій основі, яка регулює його структурно-механічні та фільтраційні властивості. Склад та колоїдно-хімічні властивості бітумів залежать від природи сировини і умов його окислення. Бітуми містять масла, смоли, асфальтени та карбони.

В якості дисперсійного середовища у бурових промивальних рідинах застосовують воду, нафту і дизельне паливо. Вага цих рідин в дисперсних системах надзвичайно важлива і вона обумовлена фізико-хімічними особливостями їх будови, а також їх властивостями. Так вода, на відміну від багатьох інших природних сполук володіє рядом відмінних фізичних особливостей:

– скачкоподібним збільшенням теплоємності під час нагрівання та кипіння, яке супроводжується не розширенням, а стисканням;

– зменшенням в’язкості із ростом тиску до 200-300 МПа в інтервалі температур 273303 К;

– надзвичайно високою діелектричною проникністю 80 ф/м у порівнянні з 1050 ф/м для інших полярних розчинників.

Ці властивості води пов’язують із незвичною її структурою, яка полягає у наявності водневого зв’язку, утвореного у молекулі води внаслідок неподільності електронних пар (див. курс загальної хімії).

Спеціалістів, зайнятих буровими промивальними рідинами, вода цікавить у більшості випадків, як рідина, що характеризується мінералізацією та жорсткістю. За ступенем мінералізації воду поділяють на прісну (вміст солей < 0,1%), мінералізовану (вміст солей < 0,1  5%) та розсоли (вміст солей > 5%). В залежності від мінералізації води вона по-різному взаємодіє із глиною. Чим більша мінералізація води, тим гірша взаємодія її з глиною. Загальна жорсткість води ділиться на карбонатну і некарбонатну. Карбонатна жорсткість обумовлена присутністю у воді карбонатів і бікарбонатів Са²⁺ і Мg²⁺; некарбонатна – рештою солей цих катіонів (хлоридів, сульфатів тощо). Жорсткість води оцінюється в моль/л. За жорсткістю вода поділяється на:

– м’яку 1,5  3 м моль/л

– помірно жорстку 3  5 м моль/л

– жорстку 5,5  9 м моль/л

– дуже жорстку 9  10 м моль/л

Якість води має важливе значення для приготування та хімічного оброблення бурових розчинів. Нею визначається вибір типу глинопорошків і хімічних реагентів. Найбільш придатною для приготування бурових розчинів є прісна вода, яка дає змогу отримати максимальний вихід бурового розчину із 1т глини з необхідною в’язкістю та структурно-механічними властивостями. Жорстка і мінералізована вода дає менший вихід бурового розчину із 1т глинопорошку.

В якості дисперсійного середовища для приготування бурових розчинів на вуглеводневій основі застосовують нафту і нафтопродукти. Часто для цього застосовують також дизельне паливо. Стан асфальтенів, основного колоїдного компоненту розчинів на нафтовій основі, залежить від вмісту в дисперсійному середовищі ароматичних та парафінових вуглеводнів. Перші пептизують асфальтени, другі спричиняють їхню коагуляцію. Із врахуванням цього оптимальним для дизпалива є вміст 10-20 % ароматичних вуглеводнів та 30-50 % парафінових.

Нафту також застосовують для приготування розчинів на вуглеводневій основі. Її склад коливається в вузьких межах: вуглець – 83,5-87 %; водень –11,5-14 %. Решта – сірка, азот, кисень. Дуже в малих кількостях у нафті є метали (хром, нікель, магній, натрій тощо). Чим більше у нафті водню, тим вона легша та більш текуча. Густина нафти коливається від 750 до 930 кг/м³.