2.3. Ингибирующие глинистые растворы.

Ингибиторы – это катионоактивные легкорастворимые в воде соединения одновалентных и поливалентных металлов NaCl, KCl, CaCl₂, а также коллоидные (труднорастворимые) соединения поливалентных металлов: основания, кислоты и соли, предназначенные для подавления активности глинистых частиц горной породы и предупреждения насыщения ее водой

Катионы ингибиторов нейтрализуют потенциал отрицательно заряженных глинистых частиц горной породы, снижают толщину гидратной оболочки частиц, увеличивают их межмолекулярное взаимодействие, что приводит к коагуляции частиц, снижению водопоглощения глины и повышению ее прочности.

Достоинством ингибиторов с одновалентными катионами является то, что они могут только частично понижать потенциал глинистых частиц горной породы, и не допускают полной коагуляции глинистого раствора, даже при полном насыщении ими раствора. необходимую концентрацию ингибитора легко контролировать.

Однако следует помнить, что при малой концентрации ингибиторы NaOH, KOH работают как активаторы глинистых частиц, устраняют водородный экран частиц и повышают гидрофильность.

H⁺ + OH^- = H₂O

И только при концентрации более 2% NaOH или KOH, когда в растворе накапливается значительное количество катионов, они работают как ингибиторы: нейтрализуют отрицательный заряд частиц. Но одновременно с этим повышается прочность связей между глинистыми частицами раствора, раствор загущается.

Более существенно нейтрализует отрицательный заряд глинистых частиц соединения с поливалентнными соединениями (например CaCl₂ рис 2.2.) Они активно (при малой концентрации) нейтрализуют заряд частиц перебуриваемой породы. Они способны не только нейтрализовать заряд частиц, но и сшивать их и таким образом повышать прочность глины .

Но, с другой стороны, они также активно сшивают глинистые частицы раствора и быстро выводят раствор из строя. Регулировать концентрацию таких ингибиторов весьма сложно, поэтому их не ипользуют при бурении легкодиспергирующих глин.

Для бурения таких пород применяют труднорастворимые соединения – коллоидные растворы, которые вследствии слабой их растворимости выделяют незначительное количество поливалентных катионов (Ca(OH)₂, Mg(OH)₂,Al(OH)₃). Растворимость ингибиторов - оснований в воде можно регулировать введением в раствор щелочи.

Наибольшее распространение получили кальцевые ингибиторы: известковые и гипсовые, способные в воде образовывать слаборастворимые коллоиды.

Известковые коллоиды получают при растворении гашеной извести

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ – слаборастворимая щелочь с pH = 9-9,5. В природе встречается в виде минерала портландита. Это саморегулируемый ингибитор, медленно растворяется по мере расходования ионов Ca²⁺ , поэтому концентрация ионов в растворе, в течение длительного времени, сохраняется постоянной.

Для еще большего снижения растворимости ингибитора в раствор вводят дополнительное количество щелочи до pH = 10 – 12, а для повышения растворимости кислоту HCl

Ca(OH)₂ + HCl = CaCl₂ +H₂O

Гипс( CaSO₄) – слаборастворимый гидрофильный коллоид, хороший ингибитор, активно образует гидрофильную структуру – гидрогель.

Кроме кальциевых ингибиторов при приготовлении буровых растворов широко используют силикатные и алюминизированные ингибиторы, способные образовывать гидрофильые коллоиды: силикогель и алюмогель.По химическому составу эти ингибиторы имеют родство с глинами (алюмосиликатами) и способны активно заполнять ее поры .

Силикогели (SiO₂ ∙H₂O) получают путем растворения в воде жидкого стекла и образования слаборастворимой кремнеевой кислоты

SiO₂ + H₂o = SiO₂ ∙H₂O (силикагель)

Алюмогели получают при растворении солей алюминия.

Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ +3H₂SO₄

AlCl₃ + H₂O = Al(OH)₃ + HCl

Для нейтрализации кислоты в раствор вводят щелочь NaOH до pH = 8 – 9

HCl + NaOH = NaCl + H₂O.

Алюминий амфотерный поэтому он в воде может образовыавать как щелочь так и кислоту

2Al(OH)₃ + H₂O = Al(OH)₃ + HCl

= Ингибирующие растворы обладают малым СНС и вязкостью, поэтому их используют в комбинации с глинистым раствором. В состав ингбириующих глинистых растворов вводят кроме глины, ингибитора и щелочи еще защитные коллоиды ( полимеры) для защиты глинистых частиц от коагуляци.

Для повышения качества раствора и снижения вязкости в раствор дополнительно вводят понизители вязкости (табл 2.2.)

Состав ингибирующих растворов. Таблица 2.2

Раствор	Структуро- Образователь, %	Ингибитор, %	Щелочь, %	Защитный коллоид, %	Понизитель вязкости, %
Хлоркалиевый	Глина 5-10	KCl 3 - 5	KOH 0,5-1	КМЦ 0,5 -1	-
Хлокальциевый	Глина 8 – 20	CaCl2 1-2 Ca(OH)2 0,3-0,5	NaOH 0,3-0,5	КМЦ 1 – 2	КССБ 0,5 – 7
Известковый	Глина 8 – 12	Ca(OH)2 0,3-0,5	NaOH 0,3-0,5	КМЦ 0,1 -0,2	ССБ 3 – 5
Гипсовый	Глина 6 - 15	Гипс 1,5-2,0	KOH 0,2– 0,3	КМЦ 0,3 -0,5	Окзил
Алюминизированный	Глина 6 – 15	AlCl3 0,3-0,5 Al2(SO4)3 0,3-0,5	NaOH 0,1-0,3	КМЦ 0,3 -0,5	Окзил(ОССБ)
Силикатный	Глина 3	Na2SiO3- 5	-	КМЦ 0,9	-