68. Реагенты, связывающие ионы кальция и магния.

Карбонат натрия, кальцинированная сода Na₂CO₃ представляет собой белый мелкокристаллический порошок с р = 2.533 г/см³, рН 11.2 и применяется, в основном, для удаления агрессивных ионов кальция и магния, попадающих в раствор с пластовыми водами, гипсом, ангидритом и цементом, а также для повышения рН пресных буровых растворов, приготовления некоторых химреагентов (УЩР, НЛГ и др.), буровых растворов из глин кальциевого типа (пептизатор), увеличения выхода раствора (меняется обменный комплекс) и снижения жесткости воды. Добавка Na₂CО₃ составляет до 0.5% в порошкообразном виде к объему раствора и 2-3% в виде 5-15%-ной концентрации. Так как Na₂CO₃, плохо связывает ионы Mg²⁺ при низких температурах (лучше при повышенных), то их удаление можно производить добавкой NaOH при любой температуре. Na₂CО₃ может быть с успехом заменена бикарбонатом натрия — NaHCO₃ (питьевая сода), которая иногда более эффективна, так как при гидролизе дает только одну молекулу щелочи, которая нежелательна, особенно при разбуривании цементного камня.

Са(ОН)₂ + NaНСО₃ → CaC0₃↓ + NaOH + Н₂0 Са(ОН)₂+ Na₂СО3 → CaCO₃↓ + 2NaOH.

Согласно первому уравнению 1 кг NaHC0₃ реагирует с 0.915 кг гидроксида кальция, или 1.1 кг цемента, при этом обработка будет успешной лишь при условии, что рН обрабатываемого раствора будет равен 8.3 и более. При рН раствора 7 и менее будет осаждаться только гидроксид кальция, а кальций в виде сульфата и других солей останется в растворе и будет способствовать росту ПСНС и фильтрации бурового раствора. Порча пресного раствора при разбуривании цементного камня происходит из-за реакции ионов кальция с частицами глины с переводом последней в суббентонит и избыточного содержания гидроксильной группы (ОН^-), способствующей росту вязкости, СНС и фильтрации. Известно, что в раствор попадает до 10% прочного цементного камня, тогда можно подсчитать количество гидроксида кальция, загрязняющего раствор. Мешок цемента весит 50 кг, а в цементе содержится около 60% оксида кальция — СаО, тогда вес последней составит 30 кг или 600 кг/т цемента. Учитывая, что гидратация цемента идет по схеме:

СаО+Н₂О → Са(ОН)₂, то из 1 мешка цемента образуется 39.4 кг гидроксида кальция — Са(ОН)₂, а из 1 т цемента — 788 кг. Объем, раствора, получающегося из 1 мешка цемента обычно составляет 0.036 м³, а из 1 т цемента 0.036*1000/50 = 0.72 м³. Зная диаметр скважины и высоту цементного моста, можно рассчитать общий вес затвердевшего цемента. Поскольку использование бикарбоната и карбоната натрия при разбуривании цементного камня приводит к образованию дополнительной твердой фазы в виде карбоната кальция (СаСО₃) и росту структурно-механических свойств раствора, то применение их ограничено. Для предупреждения загустевания в данном случае используются раздельные добавки лигносульфонатов, ГКЖ-11Н, 0.03% НТФ или их комбинации. При попадании в раствор гипса или ангидрита, вредное влияние также оказывает ион кальция и сульфат-ион, превращая глинистые частицы в суббентонит, коагулируя их, с повышением фильтрации раствора и ПСНС в начале процесса загрязнения. При повышенном содержании гипса или ангидрита происходит снижение вязкости и СНС, рост фильтрации и оседание частиц из-за явления коагуляции. Поэтому для удаления вредных фильтрат-ионов чаше всего используется кальцинированная сода, карбонат калия, фосфаты, ГКЖ-11Н и другие неорганические вещества, имеющие щелочную реакцию.

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄,

По этой реакции 1 кг Na₂CO₃ осаждает 1.283 кг сульфата кальция. Однако кальцинированная сода имеет высокое рН, способствующее застудневанию глинистой суспензии, а наличие сульфата натрия приводит к росту ПСНС. Поэтому перед вводом кальцинированной соды необходимо добавлять понизители вязкости.