Кальциевые буровые растворы

К этой группе растворов относятся растворы, обработанные сульфатом кальция (гипсовые), гидроксидом кальция (известковые) и хлоридами кальция (хлоркальциевые). Двухвалентные катионы кальция или магния ингибируют набухание глинистых пород, удерживая глинистые частицы в пакете. Кальциевые растворы применяют с целью предот­вращения кавернообразования, отвалов глинистых пород и уменьшения загрязнения про­дуктивного пласта.

Отработка таких растворов реагентами-разжижителями приводит к образованию дисперсной системы, в которой глинистые частицы агрегированы, а система, в целом, аг­регативно устойчива. Таким образом, количество связанной воды в системе уменьшается еще и вследствие взаимного слипания глинистых частиц. Это придает раствору низкие реологические свойства, слабую способность к структурообразованию, но высокую водо­отдачу. Обычно необходима отработка раствора понизителями водоотдачи. Дополнитель­ный ввод глины мало влияет на реологические свойства таких растворов. При вводе со­единений кальция наблюдается сильное временное загустевание раствора. Однако конеч­ные значения вязкости и статического напряжения сдвига понижаются в процессе ионного обмена и часто становятся ниже значений, которые имел исходный глинистый раствор.

Пониженная вязкость раствора позволяет иметь в нем относительно высокое со­держание твердой фазы без серьезных отрицательных последствий. Такие системы часто используются как основа для утяжеленных растворов. Кальциевые растворы устойчивы к действию таких электролитов, как соль, цемент и ангидрит. У них ограниченная термоста­бильность. Лишь после внедрения лигносульфонатов их стали применять при температу­рах более 120⁰С. В течение многих лет применяли высокоизвестковые, среднеизвестковые и малоизвестковые растворы. Эти названия характеризуют количество избыточной извести в растворе. Фактическое содержание ионов кальция в растворе невелико в любой разно­видности известковых растворов и выбор определенной разновидности зависит от забой­ной температуры или других факторов, влияющих на свойства раствора. Чем выше кон­центрация извести в растворе, тем ниже предел его термостабильности и выше устойчи­вость к влиянию электролитов и твердой фазы. Для ввода в раствор катионов кальция применяли и хлорид кальция. .Однако у таких растворов труднее поддерживать рабочие свойства и поэтому хлоркальциевые растворы применяются редко. В настоящее время обычной практикой является применение известковых растворов с умеренным содержа­нием извести. Если ожидаются более высокие забойные температуры, то в качестве источ­ника ионов кальция используют гипс. Если гипсовый раствор имеет недостаточную термо­стабильность, то целесообразно перейти на лигнит/л и гносульфонатны и раствор.

Лигносульфонатные глинистые растворы

Применявшиеся первоначально для повышения предела термостабильности каль­циевых растворов лигносульфонатные системы превратились теперь в самостоятельную разновидность глинистых растворов благодаря их способности успешно работать в раз­личных условиях.

Лигносульфонаты, главным образом, применяют как реагент-разжижитель, хотя после обработки различными ионами металлов им можно придать различные свойства. Было установлено, что хромлигносульфонат является сильным разжижителем глинистых растворов, обладающих высокой термостабильностью. Однако экологические сообра­жения привели к применению ферролигносульфонатов, которые имеют несколько худшую термостабильность по сравнению с хромлигносульфонатами.

Вследствие способности к адсорбции на глинистых частицах лигносульфонаты об­ладают также способностью понижать водоотдачу. Адсорбционный слой лигносульфоната в фильтрационной корке находится в постоянном контакте с глинистыми частицами и об­разует вязкий слой. Следовательно, любая твердая частица или жидкая фаза, которые пы­таются пройти сквозь корку лигносульфонатного раствора, должны пройти через этот вяз­кий слой, который мешает их проникновению. Таким образом можно эффективно пони­жать водоотдачу без ввода в раствор полимеров и глины, которые могут вызвать нежела­тельное загущение раствора.

Другим возможным достоинством таких растворов является. Повышенная вязкость фильтрата, содержавшего большое количество лигносульфоната. По сравнению с фильт­ратом необратимого глинистого раствора или раствора, обработанного полимерами, фильтрат обладает ингибирующей способностью, что может способствовать сохранению устойчивости стенок скважины в глинистых порода.

Такие глинистые растворы часто неправильно определяют как «диспергированные» или полностью диспергированные системы. Хотя лигносульфонаты действуют как разжи­жители, они на самом деле предотвращают диспергирование пакетов и агрегатов глини­стых частиц на отдельные элементарные чешуйки.

Заметной особенностью лингосульфонатных глинистых растворов является их спо­собность улучшать устойчивость стенок скважины. Лигносульфонаты обладают доста­точно высокой термостабильностью. Эта особенность объясняется тем, что лигносульфо­наты тяжелых металлов обладают очень прочными связями. Для улучшения и стабилиза­ции реологических и структурных свойств, особенно при высоких забойных температурах, в глинистый раствор можно ввести хромат или бихромат натрия. Такая обработка повы­шает концентрацию хрома в системе и, следовательно, ингибирует разложение лигносуль­фонатов. Хроматы и бихроматы могут быть опасны для здоровья. Чтобы правильно обра­щаться с этими реагентами, нужно пользоваться рекомендациями фирмы-поставщика по безопасному применению реагентов.