6.9.1 Характеристика хімічних реагентів

• Каустична сода (гідроксид натрію — NaOH)— застосовується для обробки майже всіх видів промивних рідин на водній основі. Це безколірна непрозора кристалічна речовина густиною 2130 кг/м³, добре розчинна у воді.

Одержують NaOH шляхом електролізу розчинів NaCl.

► Застосовують для:

• регулювання рН розчинів;

• нейтралізації сірководневої агресії;

• приготування лужних реагентів;

• розчинення органічних реагентів;

• зв’язування двохвалентних катіонів;

• пом'якшення жорсткості води.

Незначні домішки каустичної соди викликають диспергування частинок глини, зниження в'язкості і водовіддачі бурового розчину. Домішки NaOH в більшій кількості (0,5—0,8%) можуть викликати коагуляцію глинистого розчину, що супроводжується його загущенням, підвищенням показника фільтрації і втратою стабільності. Тому рекомендують додавати NaOH у вигляді водних розчинів 5—10-процентної концентрації невеликими порціями (0,l—0,2%).

Примітка. NaOH — сильний луг. При попаданні на шкіру може викликати хімічні опіки, а при три-валій дії спричинити виразки, екземи. Небезпечним є попадання NaOH в очі. Для попередження шкідливої дії необхідно дотримуватися правил хімічної безпеки: працювати під час застосування NaOH в костюмах з бавовняної тканини, в гумових рукавицях і захисних окулярах.

• Гідроксид калію — КОН. Це біла кристалічна речовина густиною 2040 кг/м³, добре розчинна у воді (112 г на 100 г води при 20°С).

► Застосовують для:

• регулювання рН розчинів інгібованих калієвих бурових розчинів;

• приготування лужнорозчинних реагентів.

Застереження щодо дотримання вимог техніки безпеки при роботі з КОН такі самі, як і зі NaOH.

• Гашене вапно (гідроксид кальцію —Ca(OH)₂) — широко використовується для регулювання властивостей глинистих розчинів.

► Застосовують для:

• загущення глинистих розчинів;

• підвищення структурних властивостей розчинів;

• збільшення катіонів кальцію

• підвищення лужності глинистих розчинів.

• Кальцинована сода (карбонат натрію, вуглекислий натрій) — Na₂CO₃. Це дрібнокристалічний порошок білого кольору густиною 2050 кг/м³. Внаслідок гідролізу розчин Na₂CO₃ має високолужну реакцію (рН= 12). Розчинність у воді порівняно невелика (близько 16% при 15°С, максимальна розчинність близько 34% при 34°С). Застосовують Na₂CO₃ у сухому вигляді або у вигляді водного розчину 10—15-процентної концентрації.

► Застосовують для:

• зв'язування іонів кальцію і магнію (забруднювачі бурового розчину);

• диспергування глин під час приготування бурових розчинів з використанням глинистих мінералів (глинопорошків), що містять кальцієві глини;

• зв’язування двохвалентних катіонів, які можуть поступати в розчин при розбураванні гіпсів,ангідритів,цементу, або з пластовою водою;

• підвищення лужності глинистих розчинів.

Треба зауважити, що даний реагент інтенсивно пептизує глинисті частинки, коли його надлишок невеликий.

Надмірна кількість Na₂CO₃ спричиняє коагуляцію глинистих частинок, що супроводжується значним підвищенням в'язкості та показника фільтрації.

Роботи з технічною кальцинованою содою персонал повинен виконувати в спецодязі, в спецвзутті та захисних окулярах.

• Хромати і біхромати лужних металів — натрієві або кальцієві солі (Na₂CrO₄, K₂Cr0₄, Na₂Cr₂0_7, К₂Сг₂О₇) хромової Н₂СrО₄ або біхромової Н₂Сг₂0₇ кислоти. Це порошкоподібні речовини жов­того (хромати) або оранжевого (біхромати) кольору, добре розчинні у воді.

Одержують хромати з природного хромистого залізняка (FeO • Сг₂О₃) шляхом окислювально­го спікання в суміші з содою і вапняком. Хромат переводять у біхромат, додаючи сірчану кислоту.

► Застосовують для:

• попередження загущення бурових розчинів при температурах від 60 до 200°С і вище.

• підвищення термостійкості розчинів.

Треба мати на увазі, що хромати підвищують термостійкість тільки тих розчинів, які стабілізовані реагентами, не ушкодженими термоокислюючою деструкцією. Вже деструктуровані реагенти внаслідок окислення хроматами втрачають ефективність.

При підвищених температурах хромати виконують функції термостабілізуючих та інгібуючих добавок, підвищують ефективність захисних реагентів.

Хромати додають до різних типів розчинів (прісних, мінералізованих, емульсійних та ін.) і, зокрема, до обважнених розчинів. Кількість біхроматів, необхідна для розрідження розчинів, становить 0,1%. Застосовують їх у вигляді розчинів 5—10-процентної концентрації. Обов'язковою умовою досягнення ефективності від їх застосування є наявність у буровому розчині органічних речовин — реагентів ССБ, КССБ, ВЛР, КМЦ та ін. їх оптимальної дії досягають при рН = 9—11.

Хромати і біхромати токсичні. При роботі з ними необхідно дотримуватися правил техніки безпеки.

• Фосфати, поліфосфати. До цієї групи неорганічних реагентів належать солі фосфорної (орто­фосфорної) і конденсованих поліфосфорних (піро- і метафосфорних) кислот. Натрієва сіль ортофосфорної кислоти — це білий кристалічний порошок, добре розчинний у воді. Конденсо­вані фосфати (поліфосфати) — це склоподібні з неправильною формою кусочки, які досить повільно розчиняються у воді.

► Застосовують для:

• розріджування розчинів;

• зв'язування іонів кальцію;

• одержання деяких реагентів (наприклад, гідролізованого поліакриламіду — РС-2);

• посилення гідрофільних властивостей емульсійних бурових розчинів.

Додають їх до бурових розчинів у вигляді водних розчинів 5—10-процентної концентрації. Обов'язковою умовою досягнення їх ефективної дії є дотримання рН= 9

• Силікат натрію або калію (рідке скло — Na₂SiO₃ ) — в'язка рідина від світло-жовтого до жовто-коричневого кольору (густина 1360—1500 кг/м³, рН= 11 — 12).

Одержують реагент шляхом сплавлення піску з кальцинованою содою і подальшим розва­рюванням реакційної суміші в автоклаві.

► Застосовують для:

• приготування спеціальних силікатних бурових розчинів, здатних попереджувати набухання і гідратацію схильних до обвалювання глинистих сланців;

• приготування спеціальних рідин для закупорювання і закріплення тріщин та каверн;

• підвищення термостійкості бурових розчинів, оброб­лених КМЦ, до 180°С (добавки до 2—5%);

• прискорення тужавіння цементів.

Реагент обмежено стійкий до катіонів полівалентних металів, з якими утворює малорозчинні або нерозчинні сполуки. При роботі з силікатами натрію або калію треба дотримуватися правил техніки безпеки, передбачених для роботи з лугами.

• Реагенти на основі гумінових кислот. Доступність сировинного матеріалу і порівняно невелика його вартість сприяли широкому поширенню таких реагентів на основі гумінових кислот, як вугільнолужний (ВЛР) і торфолужний (ТЛР).

Гумінові кислоти — це суміш органічних колоїдних речовин з концентрованими ароматич­ними ядрами, які мають бічні ланцюги і різні функціональні групи (карбоксильні, карбонільні, фенольні, метоксильні та ін.).

Гумінові кислоти здатні до обмінних реакцій катіонів. З підвищенням рН по 10 досягають повного диспергування гумінових кислот. Кількість лугу, необхідного для насичення обмін­ного комплексу гумінових кислот катіонами натрію, становить 0,12 г NaOH на 1 г гумінових кислот.

► ВЛР застосовують для обробки прісних або слабо мінералізованих (1,5—2%) бурових розчинів, а також вапняних розчинів з метою:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів;

• зни­ження в'язкості бурових розчинів.

Із збільшенням концентрації гумінових кислот збільшується здатність ВЛР зни­жувати показник фільтрації, але при цьому знижується його дія як понижувача в'язкості. Якість і кількість бурого вугілля у ВЛР визначає його ефективність як хімреагенту. Концентрація вугілля в реагенті, який призначають для зниження показника фільтрації, повинна становити 10—15%.

В даний час одержують також порошкоподібний ВЛР.

Для обробки бурових розчинів можна застосовувати ВЛР в сухому вигляді або у вигляді 5— 10-процентного водного розчину (для розрідження). Оптимальна добавка ВЛР для зниження показника фільтрації до 5 см³/30 хв становить від 1 до 5%.

Передумови застосування ТЛР ті самі, що і для ВЛР. Як понижувач в'язкості ТЛР малоефективний.

Сульфований нітрогуматний реагент (СНГР) одержують методом окислення бурого вугілля 8-процентною азотною кислотою при температурі 50—60°С з перемішуванням протягом 4 год. Відтак продукт реакції окислення декантують і сульфують бісульфітом натрію в присутності лугу протягом 3 год при температурі 92—95°С. На 600 кг бурого вугілля беруть 300 л NaHS0₃ (36-процентної концентрації) і 300 л NaOH (10-процентної концентрації).

СНГР порівняно з ВЛР більш ефективно знижує в'язкість та СНЗ і має підвищену термо­стійкість.

При роботі з ВЛР, ТЛР та СНГР треба користуватися захисними окулярами, гумовими фартухами і рукавицями.

• Лігносульфонатні реагенти. До цієї групи реагентів належать:

• сульфіт-спиртова барда (ССБ);

• конденсована сульфіт-спиртова барда (КССБ);

• хлорована сульфіт-спиртова барда (ХССБ);

• феррохромлігносульфонат (ФХЛС).

ССБ — це густа темно-коричнева рідина із запахом, що нагадує запах кави або дріжджів. Вона є відходом при одержанні целюлози сульфітним способом (розчином кальцієвих солей лігносульфонових кислот), коли варіння деревини здійсню­ють в розчині сірчистої кислоти або її солей (бісульфіту натрію або кальцію).

► ССБ застосовують для:

• регулювання параметрів вапняних і кальцієвих глинистих розчинів;

• надання термостійкісті буровим розчинам до 190 — 200°С;

• розріджування розчинів (у суміші із каустичною содою).

Оптимальна добавка ССБ при первинній обробці 1—3% (з розрахунку на сухий продукт), при повторних обробках — не менше 1%. Для стабілізації високомінералізованих бурових розчинів необхідна кількість добавки може сягати 20—30%.

Суттєвим недоліком відомих марок ССБ є їх висока піноутворююча здатність. Для попе­редження або ліквідації цього додають піногасники (МАС-200, Т-66 (80), триксан та ін.).

При комбінуванні добавок ССБ і ВЛР, ССБ і хроматів та інших досягають більшого техноло­гічного ефекту і економії витрат ССБ.

КССБ є продуктом конденсації відходів целюлозно-паперового виробництва з формальдегі­дом і фенолом в кислому середовищі з наступною нейтралізацією лугом.

Відомі основні марки даного реагенту:

• КССБ-1 — з добавкою 1% фенолу;

• КССБ-2 — з добавкою 2% фенолу в кислому середовищі з наступною нейтралізацією лугом;

• КССБ-4 готують окисленням лігносульфонатів хромпіком і конденсацією з формальдегідом в сірчанокислому середовищі з наступною нейтралізацією каустичною содою.

Всі марки КССБ готують також у вигляді порошків; їх водні розчини можуть відрізня­тися густиною, значенням рН.

► КССБ застосовують для:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів (як прісних, так і мінералізованих при нормальній і підвищеній температурі);

• зни­ження в'язкості кальцієвих бурових розчинів.

При обробці мінералізованих розчинів краще застосовувати КССБ разом із КМЦ у співвідно­шенні від 1:1 до 5:1. Додають КССБ у вигляді водного розчину 20— 30-процентної концентрації або у сухому вигляді.

Якщо добавка перевищує 4%, то можливе запінення розчину, яке усувають додаванням піногасника — синтетичних вищих жирних спиртів (СВЖС), соапстоку, сивушних масел, ГКЖ-10 та ін.

Найбільш ефективне застосування КССБ у розчинах з рН= 9,5—10,5.

В Україні, зокрема, одну з модифікацій КССБ — конденсований лігносульфонат моди­фікований (КЛСМ) — виготовляють на Вигодському хімзаводі (сел. Вигода Долинського р-ну Івано-Франківської обл.).

ХССБ одержують окисленням ССБ хлором з наступною нейтралізацією продуктів реакції лугом.

ФХЛС — це продукт взаємодії сульфіт-дріжджової барди з сірчанокислим залізом і біхроматом натрію.

Лігносульфонати тривалентних катіонів заліза і хрому стабільніші, ніж лігносульфонати кальцію чи натрію. Вони підвищують термостійкість бурових розчинів. Із збільшенням вмісту іонів хрому ФХЛС набуває властивості знижувати в'язкість, а із збільшенням катіонів заліза — знижувати показник фільтрації.

► ФХЛС застосовують для:

• зниження в'язкості гіпсових бурових розчинів;

• зниження показника фільтрації бурових розчинів.

• посилення інгібуючих властивостей бурових розчинів (до ФХЛС додають гіпс (CaSO₄· 2H₂O) в кількості 2—3%, каїніт (КСІ· MgS0₄·3H₂0) — 4—5% або суміш КСІ і NaCl - 3%.

Для обробки застосовують реагент у сухому вигляді або у вигляді ЗО— 40-процентного водного розчину, додавши попередньо каустичну соду для підтримання рН в межах від 8,5 до 9,5. Як правило, необхідно додати 20% NaOH від маси ФХЛС з розрахунку на суху речовину.

Опти­мальна добавка при первинній обробці бурового розчину — 2—3%, при повторних — 0,2—0,5% (з розрахунку на суху речовину).

Для покращання технологічних характеристик ФХЛС до розчину додають нафту або інші змащу­вальні добавки.

Сухий ФХЛС належить до групи нетоксичних сполук і алергічної дії не спричиняє.

• Фенольно-лігнінові реагенти. Це сполуки переважно рослинного походження. Лігнін входить до складу деревини і різних рослин. У деревині його вміст може складати від 35 до 90%. Лігнін містить суміш різних полімерів з метаксильними групами — ОСН₃ і гідроксильними групами — ОН.

Спосіб переробки деревини визначає можливість одержання різних хімреагентів для обробки бурових розчинів.

• Нітралігнін. Сировиною для одержання нітролігніну слугує гідролізний лігнін, що є відхо­дом виробництва спирту з деревини, а також відходом переробки різних рослин (кукурудзи, бавовни, соняшника та ін.).

Продукт як реагент для обробки бурових розчинів випускають у вигляді жовто-коричневого сипкого порошку, який добре розчиняється у лужних розчинах.

► Нітролігнін застосовують для розрідження (зниження в'язкості, СНЗ) прісних, вапняних, слабомінералізованих, а також сильномінералізованих бурових розчинів.

Термостійкість реагенту — 130°С, але її можна підвищувати, додаючи хромати.

Оптимальна добавка нітролігніну з розрахунку на сухий продукт становить:

• до прісних, вапняних і слабомінералізованих розчинів — 0,2—0,3%;

• до високомінералізованих — 0,5—0,6%.

Для обробки бурових розчинів застосовують 5-процентні лужно-водні розчини.

• Хлорлігнін. Одержують реагент хлоруванням гідролізованого лігніну хлорною водою або газо­подібним хлором.

За властивостями хлорлігнін близький до нітролігніну, але дещо поступається йому в активності.

Використовують його у вигляді 5-процентних розчинів у 1—2-процентних розчинах лугу.

• Суніл. Одержують суніл сульфуванням нітролігніну солями сірчистої кислоти (бісульфіт або піросульфіт натрію та ін.) в нейтральному середовищі з наступною нейтралізацією 20-процентним розчином лугу. Суніл є полімером, що має глобулярну форму.

► Суніл застосовують для:

• зниження в'язкості всіх типів глинистих розчинів;

• обмеження набрякання глинистих порід;

• зниження показника фільтрації мінералізованих розчинів.

Застосовують його у вигляді 10-процентного розчину, 0,1—0,2% якого (з розрахунку на сухий продукт) достатньо для зниження в'язкості від не вимірюваних значень до 25—30 с. Термостійкість сунілу становить 160°С.

Перевагою сунілу є й те, що для його розчинення не потрібно лугу (це дуже важливо для застосування реагенту в умовах буріння гірських порід, складених сланцями, схильними до обвалювання).

Недоліком сунілу є те, що він не досить ефективно понижує СНЗ надважких бурових розчинів (2200—2300 кг/м³).

• Квебрахо. Цей реагент одержують шляхом екстракції розчинами лугів подрібнених дерев квебрахо, що ростуть у Південній Америці.

► Реагент ефективно знижує в'язкість, сприяє зниженню показника фільтрації і СНЗ.

Застосовують квебрахо в суміші з 10—40% бурого вугілля.

• Крохмальний реагент (КР) продукують шляхом клейстеризації крохмалю водними розчинами NaOH. Найбільш поширені реагенти з концентрацією 5—8% крохмалю у воді і з співвідношенням крох­малю і лугу від 5:1 до 5:2. Крохмаль вилучають із зерна кукурудзи (маїсовий), пшениці, рису, із коренів і бульб рослин (картопляний, тапіоковий).

► Крохмальний реагент застосовують для:

• зниження показ­ника фільтрації при обробці прісних розчинів (<3 % NaCl);

• зниження в'язкості та показ­ника фільтрації при обробці мінералізованих розчинів (із загальною мінералізацією понад 15%).

Додають його або в сухому вигляді, або найчастіше у вигляді 5—10-процентного розчину, підтримуючи високі значення рН. Стабілізуючу здатність крохмальних реагентів можна підвищу­вати шляхом комбінування його з КМЦ, гіпаном та ін. Недоліком цих реагентів є схильність до ферментативного розкладу і обмежена термостійкість (100—120°С).

Відомі різні модифікації крохмальних реагентів (МК). Вони пов'язані головним чином із способом готування реагенту (наприклад, екструзивним) та природою і комбінацією антиферментуючих добавок (параформальдегідів, сульфідів, піридинів та ін).

• Гуарова смола. Вона є природним полімером — неіоногенним полісахаридом з розгалуженим ланцюгом. Джерелом одержання гуарової смоли є однорічна морозостійка бобова культура, яку вирощують в штаті Техас (США). Реагент продукують у порошкоподібному вигляді.

► Головне призначення гуарової смоли — зниження показника фільтрації і підвищення стійкості стовбура свердловин.

Обмеження щодо обсягів застосування пов'язані з малою термостійкістю і схильністю до ферментативного розкладу. Умови застосування гуарової смоли такі самі, як крохмальних реагентів вітчизняного виробництва.

• Реагенти на основі целюлози. Целюлоза складає основу рослинних клітин; 70—80.% целюлози міститься у деревині, у волокні бавовни — понад 90% (природній полімер).

Целюлоза важко піддається хімічному модифікуванню. Передусім для одержання хімічних реагентів здійснюють її лужну обробку.

До таких належать:

• карбоксиметилцелюлоза (КМЦ);

• гідроксиетилцелюлоза (ГЕЦ);

• сульфатцелюлоза (СЦ);

• етансульфонатцелюлоза (ЕСЦ) та інші.

КМЦ (карбоксиметилцелюлоза). Це один із найпоширеніших і найефективніших реагентів для регулювання технологічних характеристик бурових розчинів.

З хімічної точки зору КМЦ є простим ефіром целюлози і гліколевої кислоти. Властивості ефірів целюлози залежать від ступеню полімеризації, ступеню заміщення і виду заміщених груп. Залежно від цих показників марки КМЦ позначають:

КМЦ-85/250; КМЦ-85/350; КМЦ-85/500 і т. ін., де чисельник — ступінь заміщення, знаменник — ступінь полімеризації.

►КМЦ застосовують для:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів;

• понижувати в'язкість соленасичених розчинів (особливо коли рецептура їх обробок пов'язана із застосуванням крохмалю та акрилових полімерів).

Всі марки КМЦ найбільш ефективні при рН= 8—9. Як правило, КМЦ підвищує умовну в'язкість та СНЗ прісних бурових розчинів. При вмісті понад 10% NaCl добавки реагенту можуть порушувати структуру і викликати стабілізаційне розрідження.

Для підтримання фільтрації бурових розчинів у межах від 3 до 5 см³ за ЗО хв при темпера­турі до 140—160°С концентрація КМЦ в мінералізованих розчинах (до 15% NaCl і 0,5% СаС1₂) не повинна перевищувати 1,3—1,5%, а при вмісті 30% NaCl і до 1,5% СаС1₂ — 2,0—2,5%.

Як правило, для обробки прісних і слабомінералізованих бурових розчинів оптимальна добавка КМЦ становить 0,3—0,5% (з розрахунку на сухий продукт).

Границя термостабільності КМЦ становить 140—160°С, її підвищенню сприяють такі інгре­дієнти бурових розчинів, як КССБ, ФХЛС, СМАД, феноли естонських сланців (ФЕС) та ін.

КМЦ є речовиною нетоксичною, вибухобезпечною, незаймистою.

СЦ (сульфатцелюлозу) одержують шляхом етерифікації целюлози сірчаною кислотою або газоподібним сірчаним ангідридом з наступною нейтралізацією кислого сірчанокислого ефіру гідроксидом натрію. Отже, СЦ є натрієвою сіллю кислого сірчанокислого ефіру целюлози, вона відрізняється від КМЦ складом функціональних груп.

►СЦ знижує СНЗ і показник фільтрації, а також підвищує в'язкість прісних і мінералізованих глинистих розчинів.

СЦ порівняно з КМЦ більш стійка до катіонів полівалентних металів.

ГЕЦ (гідроксиетилцелюлоза). Це простий оксиетильований ефір целюлози, який одержують шляхом взаємодії оксиду етилену з лужною целюлозою. Виробляється у вигляді білої порошкопо­дібної речовини, яка добре розчиняється у воді (98,5%).

►ГЕЦ застосовують для:

• зниження показника фільтрації;

• регулю­вання структурно-реологічних властивостей бурових розчинів (мінера­лізованих) та технологічних рідин іншого призначення.

Термостійкість ГЕЦ становить 160°С. Додають її у сухому вигляді або у вигляді водного розчину 50-процентної концентрації.

• Поліакрилати. Акрилові полімери — поліакрилонітрил (ПАН), поліакриламід (ПАА) — вирізняються підвищеною термостійкістю. Ці полімери безпосередньо у воді не розчиняються (ПАН) або погано розчиняються (ПАА), але внаслідок їх гідролізу одержують водорозчинні продукти, які, власне, і є реагентами для одержання і обробки бурових розчинів. Серед них найбільшого поширення набули гідролізований поліакрилонітрил — гіпан, гідролізований поліакриламід — ГПАА (РС-І, РС-2) та ін.

Гіпан одержують омиленням поліакрилонітрилу (полінаку) еквімолекулярною кількістю каустичної соди при температурі 96— 100°С.

Оптимальне співвідношення між полінаком, лугом і водою відповідно 5,6:4:90.

Готують продукт 4—15-процентної концентрації.

► Гіпан застосовують для:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів, підвищення стій­кості стовбура свердловин;

• регулювання структурно-реологічних властивостей бурових розчинів.

Реагент характеризується стабілізуючою здатністю в умовах сольової агресії (NaCl) аж до насичення, але він нестійкий до дії полівалентних катіонів (Са²⁺, Mg²⁺ та ін.).

Термостійкість гіпану у прісних розчинах — до 200°С, у високомінералізованих — до 180°С.

Оптимальна добавка:

• до прісних розчинів складає 0,2—1,0% (з розрахунку на сухий продукт);

• до мінералізованих, залежно від вмісту солей і привибійної температури, 1,0—2,0%. Внаслідок додавання гіпану до прісних розчинів підвищується їх в'язкість, у зв'язку з чим є необхідність в додатковому введенні реагентів-розріджувачів. Для зменшення витрат доцільно застосовувати гіпан в комбінації з лігносульфонатами, хроматами, ВЛР, КМЦ, нітролігніном.

«Реагент К-4» одержують шляхом неповного гідролізу ПАН каустичною содою при співвідношенні компонентів 2,5:1,0.

Завдяки неповному гідролізу разом з функціональними групами COONa в молекулі цього реагенту в більшій мірі збережені групи CN, що покращує його здатність знижувати показник фільтрації і не так значно підвищувати в'язкість, як гіпан.

Гідролізований поліакриламід (ГПАА). Гідроліз ПАА здійснюють із допомогою каустичної соди та добавками кальцинованої соди, ТПФН чи інших сполук залежно від умов застосування реагенту.

ГПАА можна одержувати безпосередньо на буровій. Для цього в глиномішалку завантажу­ють 600 кг 8—10-процентного розчину ПАА і 90 кг NaOH. Доливають до повного об'єму водою і впродовж перемішування додають 60 кг Na₂C0₃.

Співвідношення компонентів можна змінювати залежно від умов застосування реагенту. Так, для прісних і слабомінералізованих розчинів готують реагент із 10 частин 8-процентного ПАА і 1,5 частини NaOH або з 4 частин 8-процентного ПАА, 6 частин кремнійорганічної рідини ГКЖ-10 і 0,5 частин NaOH. Для мінералізованих розчинів (10—15% NaCl і 0,2% СаСІ) готують реагент із 10 частин 8-процентного ПАА, 5 частин NaOH і 1 частини Na₂CO₃a!oo ТПФН.

Для потреб бурових підприємств ГПАА виробляє ВАТ «Оріана» (м. Калуш Івано-Франків­ської обл.).

► ГАПА застосовують для:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів;

• флокуляції тонкодисперсної глинистої фази.

Для флокуляції краще використовувати реагент 0,1-процентної концентрації, додаючи його до розчину в кількості 0,005—0,01% (масових).

Для зниження показника фільтрації додають ГПАА до бурових розчинів у кількості 0,15— 0,20% (масових). Під час хімічної обробки мінералізованих розчинів комбінують добавку ГПАА з КССБ і нафтою.

• Поверхнево-активні речовини (ПАР) здатні адсорбуватися на поверхнях розділу фаз «рідина — рідина», «рідина — тверда речовина», «рідина — газ», «тверда речовина — газ», а також значно знижувати поверхневий натяг, тобто силу, яка діє в площині, дотичній до поверхні розділу фаз.

ПАР можуть бути водо-, водонафто- та нафторозчинними, що визначає співвідношення гідрофільної і гідрофобної частин молекули, тобто так званий -гідрофільно-ліофільний баланс.

►У бурінні, зокрема під час обробки бурових розчинів, ПАР застосовують для:

• зменшення міцності гірських порід;

• гідрофобізації глинистих порід;

• підвищення змащувальних властивостей;

• підвищення термостійкості;

• емульгування;

• аерації;

• дегазації;

• зменшення негативного впливу фільтратів бурових розчинів на проникність привибійної зони продуктив­них пластів.

Таку велику різновидну функціональну дію можуть виконувати навіть ПАР одного типу.

Залежно від мети проводять вибір ПАР, за допомогою лабораторних дослідів установлюють оптимальне дозування, розробляють технологію їх застосування.

Згідно з його класифікацією відрізняють чотири групи ПАР.

До першої групи належать речовини, які концентруються на поверхні розділу «рідина — газ». Такі ПАР можуть викликати незначне запінення, і тому їх, зокрема, застосовують для утворення нестійкої піни під час флотації. Використовують ці ПАР також як піногасники.

До другої групи належать ПАР, які адсорбуються на межі розділу двох рідин і на межі «рідина — тверде тіло». Вони не утворюють структури ані в об'ємі, ані на поверхні. Такі ПАР сприяють руйнуванню порід, а також диспергуванню твердих тіл, вони можуть бути деемульга­торами, але не мають стабілізуючої дії.

До третьої групи входять ПАР, які утворюють гелеподібну структуру в адсорбційному шарі і в розчині. Вони можуть бути стабілізаторами суспензій (попереджувати коагуляцію), але разом з тим через невелику поверхневу активність не виконують функції пептизаторів.

Четверту групу складають речовини, які мають проявляти властивості, характерні для трьох попередніх груп: знижувати міжфазний натяг, гідрофілізувати і змочувати поверхні та утворювати структури в об'ємі і в поверхневих шарах. Отже, ПАР четвертої групи є одночасно диспергаторами і стабілізаторами суспензій та емульсій. Меншу частину ПАР цієї групи станов­лять гідрофобізатори, а дещо більшу — миючі засоби.

Дозування ПАР обґрунтовують за даними лабораторно-експериментальних визначень, потреба в них складає від сотих долей відсотка до 0,5%, в окремих випадках від 0,5 до 1,0%.

Раніше в найбільших обсягах застосовували переважно ПАР імпортного виробництва, з неіоногенних — дисольван, привоцел, проксанол, неонол; з аніонних — сульфонол, ПО-1, тіпол; з катіонних — катапін, катамін, етоній та ін. Перелік вітчизняних ПАР, придатних для обробки бурових розчинів і технологічних рідин іншого призначення в спорудженні свердловини (за ре­зультатами науково-дослідних робіт, проведених в ЦНДЛ ВАТ «Укрнафта»), наведено в таблиці 6.5.

Таблиця 6.5−ПАР вітчизняного виробництва для обробки бурових розчинів

Поверхнево-активна речовина	Хімічний склад	Характеристика	Тип	Виробник
Сукринол АФ9-12	СН2СОО(СН2СН20)І2ОС,НІ9CH -COONa S03Na	В'язка рухома рідина від світло-жовтого до коричневого кольору. Температура кипіння 95 °С, молекулярна маса 550—570. Основної речовини — не менше 50—80%, домішок Na2CO^ 1 — 2%, води 20-50%	Змішаний аніонно-неіоногенний	ВАТ «Краситель», м. Рубіжне Луганської області
Сукринол 2ИАФ„-12Ф	СНСОО(СН2СН20)І2ОС„Н„ CH-SOjNa СОО(СН2СН20)12ОС9НІ9	В'язка рухома рідина від світло-жовтого до коричневого кольору. Основної речовини — не менше 50%, домішок Na2CO3 0,5 — 1 ,0%, води — до 50%	Те саме	Те саме
Совенол	Суміш гідратованих неоно'лів АФ,-10 — АФ9-12 з поліетиленгліколем	В'язка рухома рідина світло-жовтого кольору. Основної речовини — не менше 90%	Неіоногенний	ВАТ «Барва», м. Івано-Франківськ
Жиринокс	R-COO-O(CH2-CH2O)~H, де R—COO — кислотний залишок жирів; п — кількість оксиетильованих груп	В'язка рідина жовто-коричневого кольору	Неіоногенний напівколоїдний	Те саме
Пропінол Б-400	Блоксополімер на основі оксиду пропілену	В'язка нафторозчинна рідина світло-жовтого кольору	Неіоногенний	— «—
Препарат «МП»	Суміш ПАР з органічними і неорганічними компонентами ПАР, продукти омилення рослинних масел	Гранульований порошок від білого до світло-жовтого кольору. Основної речовини — не менше 75%; розмір гранул 0,1— 2,5мм	Аніонний	НВП «Гран», м. Київ
пінол-1, пінол-5	Продукти нейтралізації амбарного кислого гудрону	Рідина або пастоподібна речовина від темно-коричневого до чорного кольору. Основної речовини — не менше 45%	Аніонний напівколоїдний	ППП «Бір», м. Дрогобич Львівської обл.
Препарат «CM»	Продукт нейтралізації смоляних і жирних кислот	Рідина або пастоподібна речовина від світло-коричневого до темно-коричневого кольору. Основної речовини 40—45%, мінеральних солей 5 — 10%, залишки лігніну і целюлозних волокон, води ЗО — 35%	Те саме	цпк, м. Жидачів Львівської обл.

• Реагенти-піногасники. Фізико-хімічні способи гасіння пін передбачають застосування ПАР, сивушних масел, синтетичних вищих жирних спиртів (СВЖС), поліметилсилоксанів, тваринних і рослинних жирів, нафти і нафтопродуктів, гумової, каучукової, поліетиленової крихти та ін.

Піногасник, що адсорбується на поверхні піни, витісняє реагент-піноутворювач. Додавання нафти сприяє піногасінню тільки в тому випадку, коли гідрофобна частка піноутворювача активніше адсорбується на поверхні «нафта — вода», ніж на поверхні «повітря — вода». Піногасіння проходить, якщо піноутворювач більш активний з речовиною, яку додають як піногасник, ніж із повітрям.

Нафта є не досить активним сорбентом щодо таких піноутворювачів, як ССБ, КССБ.

► Застосування:

• Ґуму, поліетилен як піногасники застосовують з подрібнених матеріалів у вигляді суспензій, які готують на дизельному пальному або гасі. Вони досить ефективно гасять піну в бурових розчинах, оброблених ССБ, КССБ, гідролізованими поліакрилатами, але витрати цих піногас-ників значні (до 5%).

• Сивушні масла — суміш спиртів, які вилучають під час очищення сирого спирту в процесі бродіння рослинної сировини. Для піногасіння використовують їх безпосередньо або після роз­чинення у нафтопродуктах (дизельному пальному, гасі, газоконденсаті та ін.). Витрати сивушних масел становлять 0,1—0,5%.

• СВЖС — продукт нафтохімічної промисловості, який одержують шляхом окислення киснем легких нафтопродуктів. Разове додавання СВЖС для піногасіння бурових розчинів становить 0,1-0,2%.

• Соапсток є відходом маслозаводів, які виробляють рафіновані рослинні масла. Витрачають 0,3—0,5% соапстоку від об'єму ССБ або КССБ, додаючи їх під час обробки бурових розчинів 'одночасно.

• Поліметилсилоксан (ПМС) — це лінійний полімер. Додавання цього піногасника в кількості 0,001% сприяє повному гасінню піни. Додають ПМС у вигляді емульсії на водній основі,-яку одержують за допомогою милоподібних ПАР.

• Окислений парафін розчиняють у дизельному пальному (у співвідношенні 1:1) і одержують піногасник, відомий під назвою ОКП-50. Додають його в кількості 0,5—2,0%.

MAC-2QO, AM-5їй інші — група піногасників на основі різних модифікацій аеросилу. Викорис­товують їх після попереднього розчинення у дизельному пальному або гасі.

Витрати цих піногасників з розрахунку на сухий продукт не перевищують 0,1—0,2%.

• Спиртові масла карболінеум — відходи лісохімічних заводів. За ефективністю не відрізня­ються від сивушних масел.

Зазначені вище та інші речовини, що діють як піногасники, слід застосовувати з дотриман­ням правил техніки безпеки і з врахуванням особливостей їх токсичності та впливу на екосферу.

Слід враховувати наступне:

• введення інгібіторів в глинистий розчин без попередньої обробки викликає коагуляцію і різке підвищення структурно-механічних властивостей розчину. Тому їх вводять після стабілізації розчину реагентами, який стабілізує дисперсну систему;

• в якості регуляторів лужності можна ще використовувати силікат натрію, кальциновану соду, фосфати, гідроксид кальцію;

• більшість мастильних добавок володіють емульгаційними, а також структуроутворюючими властивостями;

• емульгатори застосовують для одержання емульсійних бурових розчинів, а також розчинів на нафтовій основі. Це речовини комплексної дії. Так як вони володіють поверхневою активністю, їх добавки приводять до збільшення механічної швидкості буріння, стійкості бурильного інструменту, зменшення коефіцієнту тертя;

• пластифікатори добре кольматують і гідрофобізують гірські породи, підвищують їхню стійкість;

• хромати і біхромати токсичні – застосування заборонено.

6.10 Бурові розчини та технологія застосування

6.10.1 Розчини на водній основі

Вода (безглинистий буровий розчин )

Вода першою використовувалась при бурінні свердловин для видалення шламу завдяки своїй легко доступності і дешевизні.

• Воду доцільно застосовувати:

• тільки при розбурюванні стійких, достатньо міцних і нерозчинних порід непродуктивних горизонтів, механічні властивості яких прак­тично не змінюються при зволоженні (на невеликих глибинах). Як правило, при цьому у воду додають 2—3% хлориду кальцію;

• під час розбурювання пластів, у яких відсутні аномально високі пластові тиски та інші фактори, що ускладнюють буріння;

• розсоли - при розкритті продуктивних пластів з дещо підвищеним коефіцієнтом аномальності і при розбурюванні деяких хемогенних порід.

Вода успішно видаляє з вибою і свердловини частинки вибуре­ної породи, охолоджує деталі долота і вибійних двигунів, створює протитиск, достатній для попередження флюїдопроявів з об'єктів, які мають нормальний коефіцієнт аномальності. її молекули вільно проникають у пори і мікротріщини, завдяки чому прискорюється вирівнювання перового тиску в привибійній зоні і тиску стовпа промивальної рідини, що полегшує руйнування породи долотом.

Солевий склад застосовуваної в бурінні води коливається в ши­рокому діапазоні як в районах буріння, так і в різних свердловинах в інтервалах буріння. Якщо буріння починають з промивання прісною водою, то в міру поглиблення свердловини в неї надходять мінералі­зовані води і солі із розбурюваних порід і водоносних пластів. Най­поширеніші солі натрію (галіт), калію (сільвін), магнію (бішофіт), кальцію (гіпс, ангідрит, хлористий кальцій).

Вода володіє високою охолоджувальною і відносно низькою мастильною здатністю, а також високою поверхневою активністю стосовно більшості гірських порід, розчинною здатністю щодо хе­могенних порід (галіт, бішофіт, карналіт).

Вода, як відомо, має малу в'язкість (16—20 мПа-с), відносно малу густину (1000—1020 кг/м³), вона є добрим розчинником, знижує міцність гірських порід, добре фільтрується. З промиван­ням свердловини водою проходка на долото підвищується на 10—15%, механічна швидкість — на 20—40%, зменшуються гідравлічні втрати, витрата доліт, час і затрати на приготування і обробку бурових розчинів

► Приготування. Для промивання використовується вода з найближчих джерел: рік, озер, морів. Іноді її беруть з водоносних пластів, для чого бурять спеці­альні свердловини.

При розбурюванні хемогенних порід досить широке використання отримали розсоли ( технічну воду насичують сіллю).

► Хімічна обробка. Якщо промиванням водою розкривають продуктивні пласти, то реко­мендують додавати поверхнево-активні речовини (ПАР) і водорозчинні солі, що зменшує нега­тивний вплив води на фільтраційні властивості порід-колекторів.

► Переваги застосування води:

• підвищення показників роботи долота завдяки створенню на вибій відносно низького гідростатичного і диференціального тиску, високим охолоджувальним і фільтраційним властивостям, поверх­невій активності;

• зменшення втрат тиску на подолання гідравлічних опорів в циркуляційній системі внаслідок низької в'язкості, відсутності опо­ру зсуву і, таким чином, можливості підведення до вибійного двигу­на і долота більшої потужності;

• зручність очистки від шламу та газу на поверхні завдяки відсутності структуроутворення, що не потребує спеціальних очис­них механізмів;

• відсутність прихватів бурильної колони, що виникають із-за липкості фільтраційної кірки;

• полегшення умови роботи бурової бригади;

• дешевизна і недефіцитність в більшості районів;

• можливість підвищення при необхідності густини до 1200 кг/м³ шляхом введення солей.

► Негативні наслідки застосування води як промивного агента:

• неможливість оперативного регулювання густини, створення достатнього протитиску на пласти з аномально високим тиском;

• нездатність утримувати шлам у змуленому стані, у зв'язку з чим виникає небезпека при раптовому припиненні циркуляції, так як шлам починає осідати, утворюючи шламову пробку. Це може при­звести до прихвату бурильної колони, забивання долота і вибій­ного двигуна шламом та інших ускладнень;

• неможливість застосування для розкриття продуктивних пластів внаслідок різкого зниження проникності привибійної зони;

• підвищується густина внаслі­док поступової її глинизації, зменшується проникність продуктивних горизонтів;

• послаблюється стійкість окремих ділянок стовбура свердловини;

• швидке розчинення хемогенних порід (солі), що збільшує каверноутворення і підвищує корозійну активність;

• мала в'язкість і відсутність дисперсної фази, здатної закупо­рювати канали невеликого перерізу, може призвести до промиву рі­зьбових з'єднань.