13.5 Лигниноглинистые растворы

На площадях Красноярского края значительная часть геологического разреза представлена соленосными отложениями, проводка скважин, в которых связана с возникновением осложнений.

Применение растворов на нефтяной основе (ВИЭР, ИБР) в силу вышеуказанных причин (в прервую очередь токсичности) нецелесообразно, соленасыщенные глинистые растворы, стабилизированные полимерами обладают невысокими технологическими параметрами или требуют большого ассортимента дефицитных реагентов.

Основные недостатки соленасыщенных глинистых растворов высокая водоотдача и низкие структурно-механические показатели.

С целью устранения этих недостатков делались попытки замены глины солестойкой твердой фазой (в том числе мелом, конденсированной твердой фазой, лигнином).

Особый интерес представляют растворы на основе суспензий активированного гидролизного лигнина, которые помимо гидрофильности, низкой раствороспособности, высокой солестойкости обладают рядом других достоинств: хорошей закупоривающей способностью, сорбирующими по отношению к ионам поливалентных металлов свойствами, низкой материалоемкостью и себестоимостью.

В Красноярске только на биохимическом заводе в виде отходов получают десятки тысяч тонн сухого гидролизного лигнина в год, что полностью удовлетворит все потребности в сырье всех производственных объединений Сибири.

Активацией гидролизного лигнина впервые занимался В.Д. Городнов. Им установлено, что с увеличением рН активность (гидрофильность) и растворимость гидролизного лигнина возрастает: при рН = 10 она равна 76-79 % , при рН = 11 она увеличивается до 82-84 % , а при рН = 12 достигает84-86 % .Гидролизный лигнин тогда использовался в качестве понизителя вякости и рН силикатных растворов. В промывочную жидкость его вводили через ФСМ.

В целях выявления возможности использования местного гидролизного лигнина и разработки рецептур для эффективной промывки скважин при

вскрытии соленосных отложений на площадях Красноярского края в Красноярском отделе бурения скважин ВостСибНИИГСиМС и Красноярском институте цветных металлов были проведены исследования с использованием гидролизного лигнина.

Активацию гидролизного лигнина производили следующим образом. В глиномешалку наливали воду и при включенной глиномешалке с небольшой частотой (10 об/мин) засыпали расчетное количество лигнина. Перемешанную в течение 10 мин суспензию подавали на дисковую мельницу с профилированной гарнитурой, осуществляли размол в течение 15 мин при зазоре между дисками 1 мм, затем в течение 25 мин при зазоре 0,3 - 0,06 мм. За 5 мин до окончания размола в суспензию вводили 5 % (по соотношению к сухому лигнину) каустической соды. Состав активированного лигнина: лигнин Классона - 69,7 %, трудногидролизуемые полисахариды - 24,6 %, растворимые вещества - 1,1 % , смолы и жиры - 2,8 % , зола - 1,42 % , гидроксильные группы - 9,7 %. Диаметр частиц лигнина 10-100 нм.

Для приготовления промывочных жидкостей в больших объемах гидролизный лигнин просушивали в специалъном вентиляторе с интенсивным электроподогревом и размалывали в стержневой мельнице. Размалывание высушенного гидролизного лигнина в стержневой мельнице значительно повысило производительность подготовительных работ. Кроме того, активация щелочью сухого лигнина тонкого помола проводилась значительно интенсивнее и в более короткие сроки.

На основе активированного щелочью лигнина готовили соленасыщенные буровые растворы. Данные о составе и свойствах растворов показаны в табл.13.8.

Соленасыщенные растворы на основе активированного лигнина имеют удовлетворительные технологические свойства, улучшенные по сравнению с растворами на основе черногорского глинопорошка (табл.13.8).

Однако и эти растворы оказались недостаточно совершенны. Как видно из табл.13.8, при малом содержании гидролизного лигнина (менее 3 %) растворы не имеют структуры, а при содержании гидролизного лигнина более 3 % растворы становятся весьма вязкими, что отрицательно сказывается на механической скорости бурения.

Таблица 13.8

Состав и свойства соленасыщенных растворов на основе активированного лигнина

Состав, %				Свойства
Активированный лигнин	NaOH	КМЦ-600	NaCl	Т, с	В, см3/30мин	1/10, Па	, кг/м3
2 3 4 5 6	0,15 0,15 0,20 0,20 0,50	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	28 28 28 28 28	36 56 64 80 -	4 8 7 6 9	0/0 2,4/64 4,8/10 16/64 144/160	1130 1130 1130 1130 1130

Для улучшения реологических показателей в раствор с малой концентрацией активированного лигнина добавили 3 - 5 % черногорского глинопорошка, а для удержания водоотдачи на низком уровне концентрацию КМЦ-600 увеличили до 1,5. Состав полученных растворов приведен в табл.13.9.

Из таблицы 13.9 видно, что полученные растворы обладают хорошими технологическими свойствами, в первую очередь вязкостью и структурно- механическими свойствами. Низкое содержание твердой фазы позволит повысить производительность бурения, а весьма малая стоимость структурообразователя  понизить денежные затраты на приготовление раствора.

Таблица 13.9

Состав и свойства соленасыщенных лигнино-глинистых растворов

Состав, %				Свойства
Черногорский глинопорошок	Активированный гидрол. лигнин	КМЦ-600	NaCl	Т, с	В, см3/30мин	1/10, Па	, кг/м3
3,0 3,0 5,0 5,0	0,5 1,0 0,5 1,0	1,5 1,5 1,5 1,5	28,0 28,0 28,0 28,0	32 32 20 38	4 5 6 5	0/0 6/16 2/10 8/21	1130 1130 1150 1150

Для снижения денежных затрат КМЦ-600 можно частично заменять активированным отходом волокна «нитрон». Так, Нижне-Волжским НИИ был синтезирован солестойкий реагент Б-10 следующего состава: КМЦ-600 - 3-5 %, NaOH - 6 %, отходы химволокна - 5-12 %. При насыщении солью NaCI 8%-го бентонитового раствора, стабилизированного 20 %-м реагентом Б-10 раствор имел вязкость 44 с, водоотдачу 7 см³/30 мин, СНС 1/10 - 0/3 Па. При стабилизации 5%-м Б-10 вязкость 24 с, водоотдача 20 см³/30 мин, СНС 1/10 - 6/9 Па.