2.5. Активация и дезактивация глинистых частиц.

Активацию глинистых частиц проводят с целью стабилизации глинистого раствора и водоотдачи промывочной жидкости. Проводят ее путем устранения водородного экрана глинистых частиц щелочными реагентами.

Рассмотрим это на примере активации силикатных растворов. Силикаты представляют собой связанные между собой кремнекислородные тетраэдры, состоящие из оксида кремния SiO₂. В воде оксид кремния, как сказано выше, взаимодействует с водой образуя трудорастворимую кремневую кислоту.

SiO₂ +H₂O = SiO₂ ∙H₂O = SiO₂ ∙ OH ∙ H

На поверхности глинистых частиц образуется водородный экран. Среда кислая. В результате наличия такого экрана активность взаимодействия глинистых частиц относительно невысока. При введении в раствор щелочного электролита (например NaOH) ионы OH^- взаимодействуют с ионами водорода, образуя воду и более активную функциональную группу

SiO₂ ∙ OH ∙ H + NaOH = SiO₂ ∙ OH + Na⁺ + H₂O

Повышение активности (гидрофильности) функциональной группы приводит к увеличению количества связанной воды, а., значит, снижению водоотдачи глинистого раствора.; увеличивается толщина гидратного слоя вокруг частиц, а, значит, и стабильность раствора;. уменьшается межмолекулярное взаимодействие глинистых частиц и, значит, таким образом можно регулировать вязкость глинистых растворов.

Однако следует помнить, что превышение щелочного реагента выше оптимального( более 2% от объема глинистого раствора) в результате скопления ионов Na в растворе может произойти обратное явление – снижения активности глинистых частиц, что приведет к загущению раствора и повышению водоотдачи.

В практике бурения для активации глинистых частиц, стабилизации раствора и снижения водоотдачи используют углещелочной реагент (УЩР) или торфощелочной реагент (ТЩР).

Для повышения прочности структуры глинистого раствора иногда дезактивируют глинистые частицы путем снижения их гидрофильности. Чаще всего это происходит стихийно под воздействием пластовых вод в скважине, что ухудшает качество глинистого раствора.

Все глинистые частицы обладают отрицательным зарядом, поэтому для снижения активности их потенциала применяют положительно заряженные катионоактивные электролиты или кислоту.

Снижение потенциала глинистых частиц зависит от заряда катионов.

С увеличением заряда ( валентности) катиона интенсивность снижения потенциала растет. Одновалентные катионы даже при полном насыщении ими раствора не способны снизить потенциал до нуля. Двухвалентные катионы значительно быстрее и при меньшей концентрации снижают потенциал частиц до нуля, что приводит к устранению гидратной оболочки частиц и полной их коагуляции с выделением образованных агрегатов из раствора.

Интенсивность снижения потенциала трехвалентными катионами во много раз сильнее интенсивности снижения потенциала двухвалентными катионами

2.6. Технические средства для приготовления глинистых растворов

Глинистые растворы и растворы реагентов обычно приготавливают в глиномешалках (рис. 2.2) (трехвальных, двухвальных и одновальных, горизонтальных и вертикальны) (табл. 1), ёмкостью 0,3-4,0 м³.Реже раствор готовят в гидромониторных мешалках и во фрезерно-струйных мельницах.

В одновальной глиномешалке глина в воде размешивается в течение 1ч – 1ч 20 мин, а в двухвальной – 30-40 мин при скорости вращения 50-60 об/мин.

В готовый глинистый раствор добавляют химикаты и реагенты, после чего размешивание продолжают еще 10-15 мин.

Приготовление УЩР производится перемешиванием компонентов в течение 1,5-2 ч.

Рис. 2.2. Горизонтальная одновальная глиномешалка:

1 – шкивы; 2 – редуктор; 3 – лопасти; 4 – загрузочный люк; 5 – цилиндрический корпус; 6 – вал; 7 – сливной патрубок.

Гидравлические мешалки - эжекторного типа, устройство непрерывного действия. (рис 2.3) состоит из воронки 1 для загрузки глинопорошков, сопла 4, камеры смешения 5 и бака 2, смонтированных на общей раме 3. К соплу под даввлением подводится вода; при истечении ее в камере смешения образуется вакуум, благодаря чему туда засасывается порошок из воронки. Образовавшаяся пульпа поступает в баки и ударяется о специальный башмак, что способствует измельчению комочков глины и более интенсивному их перемешиванию с водой.Готовый глинистый раствор сливается через выходную трубу в верхней части бака. Поднимаясь кверху, раствор теряет скорость, и из него выпадают на дно комки глины.

Известная гидроворонка конструкции И.Х. Бикбулатова имеет заслонки, регулирующие подачу глинопорошка. Она работает при пониженном давлении жидкости, вследствие чего для ее работы иногда оказывается достаточно напора водопровода.

Рис 2.3. Гидравлическая мешалка эжекторного типа..

Следует отметить, что качество глинистого раствора, приготовленного в гидроворонках, довольно низкое. Несмотря на тонкий помол, частицы глинопорошка в процессе перемешивания с водой должны пройти дальнейшее диспергирование. Однако такое диспергирование происходит недостаточно интенсивно. Правда, со временем за счет броуновсого движения происходит частичная диспергация глины, но качество раствора остается хуже, чем при приготовлении в лопастных глиномешалках. Качество раствора может быть существенно улучшено его многократным пропуском через гидроворонку без добавления твердой фазы.

Централизованное приготовление растворов осуществляется на глиностанциях (рис. 2.3), оборудованных глиномешалками 6, складскими помещениями для глины 9, емкостями 5, 8, насосами 2, 4 для перекачки воды и глинистого раствора. При глиностанциях обычно имеется помещение для лабораторного определения свойств раствора. Здесь же ведется учет потребности в растворе, его качества. На буровые установки раствор доставляется в автоцистернах

2.7 Технические средства для очистки промывочной жидкостиОчистка раствора от шлама чаще всего осуществляется в желобах и отстойниках (рис.2.4) реже в установках ОПР-1.

Длина желобов составляет 15-25 м. В желобах имеются перегородки, изменяющие направление движения раствора. Это способствует разрушению связей между частицами в растворе и выпадению шлама в виде осадка. уклон желобов составляет 0,5-1 см на 1 м длины. Желоба и отстойники периодически должны очищаться от осевшего шлама. Оборудование для желобной системы показано в табл.2.1

Установка для очистки промывочных растворов ОПР-1 конструкции ВИТР гидроциклонного типа предназначена для очистки промывочной жидкости от шлама выбуренной породы. В комплект установки входят щит для монтажа, гидроциклона и три сменных гидроци-клона (производительностью 15-25, 25-60 и 60-100 л/мин).

Подача жидкости в гидроциклоны производится от бурового насоса с забором жидкости из отстойника.

О чистку растворов проводят и прт помощи гидроциклонов (рис. 2.5 а, б), вибросит (2.6, а, б) и сепараторов (рис. 2.7).

Выпускаемый для геологоразведочного бурения гидроциклон 20 ГХ имеет пропускную спсобность до 500 л/мин

Таблица 2.4

Обеспеченность буровых установок оборудованием желобной системы

Геолого-технические условия бурения скважин	Длина желобов, м	Обеспечение ёмкостями
		Приемные емкости		Металлические емкости			Итого
		Количество
		шт	м3	шт	м3	шт		м3
Для станка ЗИФ-650А, глубина бурения до 700 м
Нормальные, по твердым породам...............................................	4	2	15	3	3	5		18
Нормальные, по мягким глинистым породам...........................	13	3	27	3	3	7		42
Для станков ЗИФ-1200А, ЗИФ-1200МР, глубина бурения до 1500 м
Нормальные, по твердым породам..............................................	13	3	29	4	4	7		33
Осложненные, по твердым породам..............................................	25	4	41	4	4	8		45
Нормальные, по мягким глинистым породам..........................	13	3	37	4	4	7		41
Осложненные, по мягким глинистым породам..........................	29	4	49	4	4	8		53
Для станков БА-2000, глубина бурения от 1500 до 2000 м
Нормальные, по твердым и мягким породам...........................	15	3	52	5	5	8		57
Осложненные, по твердым и мягким глинистым породам......	30	4	64	5	5	9		69