буемого количества воды и после кратковременного перемеши­ вания вводят все расчетное количество глины. После растворе­ ния глины в полученную пасту постепенно вливают расчетный объем нефти. Затем нефтяную пасту разбавляют оставшейся водой и непрерывно перемешивают в течение 1 ч до образования эмульсионного раствора. Иногда нефтеэмульсионные глинистые растворы вспениваются, поэтому вводят пеногасители, в частно­ сти НЧК.

При бурении в растворе необходимо поддерживать заданное^ количество нефти, так как с течением времени концентрация ее уменьшается за счет потерь со шламом и керном, образования фильтрационных корок и др. Так как существующие способы определения количества нефти в жидком растворе довольно сложны, можно принимать ежесуточные потери нефти из рас­ чета 0,5— 1%.

Необходимо отметить, что применение нефтеэмульсионных растворов может привести к преждевременному износу резино­ вых деталей насосов и шлангов. Однако интенсивность износа не носит угрожающего характера.

Эмульсионные глинистые растворы широко применяются при бурении* в соляных толщах и солесодержащих породах В этих случаях стараются поддержать в растворе одинаковую минерализацию с пластовой солью.

В эмульсионный можно перевести практически любой гли­ нистый раствор, в том числе и ингибированный. Такие раство­ ры, сохраняя исходные свойства, приобретают все качества эмульсионных растворов.

Глинистые растворы с добавками веществ специального назначения

В глинистые растворы вводят вещества, придающие им спе­ цифические технологические свойства. В качестве исходных мо­ гут служить как необработанные, так и обработанные химиче­ скими реагентами глинистые растворы. Получение таких раст­ воров сводится, как правило, к добавке соответствующего ве­ щества в процессе циркуляции глинистого раствора в скважине. В некоторых случаях введение реагента определенного функцио­ нального назначения требует добавки реагентов, сохраняющих остальные свойства исходного раствора.

Следует указать, что деление растворов в соответствии с назначением той или иной добавки условно, так как большин­ ство таких добавок имеет многофункциональное, комплексное действие.

Растворы с улучшенными смазочными свойствами получают при добавке до 5% нефти, до 1% графита, 0,2% полиакрилами­ д а или гипана, 0,15% К-4, 0,2% кремнийорганических жидко­ стей, а также при комбинации этих веществ. Кроме того, ши­ роко применяются поверхностно-активные антифрикционные

сульфонолы, сульфатное мыло, талловое масло, эмульсолы. Так как эти добавки представляют собой эмульгаторы, растворы со временем переходят в эмульсионные с высокой степенью дис­ персности масляной фазы. Однако эмульсионными глинистыми растворами их не называют.

Эти ж е растворы имеют пониженные гидравлические сопро­ тивления вследствие пластифицирующих свойств большинства из перечисленных добавок, понижают твердость горных пород при бурении, сохраняют проницаемость продуктивных горизон­ тов. Следует также иметь в виду, что концентрация добавок в процессе бурения постоянно понижается; это приводит к сни­ жению соответствующего эффекта.

Необходимость введения в глинистые растворы ингибиторов коррозии обусловлена окисляющим действием промывочной - среды на буровое оборудование и инструмент. В первую оче­ редь это растворы, содержащие поливалентные соли, а также воздух. Д ля легкосплавных бурильных труб наиболее эффек­ тивна добавка 2—3% смад-1, 5% жидкого стекла, 0,5% кар­ боната кальция, 1% графита, гексаметафосфата и 0,3% триполифосфата натрия, а такж е 0,2% специального ингибитора. Для стальных труб используют до 2% водорастворимых суль­ фонатов; 1% смеси гудронов; 0,3% ДС-РАС; 0,1% специальных ингибиторов ИКБ-4; 0,2% И-1-Д и др.

Глинистые растворы с добавками, снижающими температу­ ру замерзания, содержат большое количество солей, главным образом NaCl и КС1 (до 10— 15%). Такие растворы готовят на рассолах и для стабилизации предварительно обрабатывают КССБ (до 10— 12%), полимерами (до 1—2% ) окзилом (до 3% ), крахмалом (до 4%) или их комбинациями.

Реже глинистые растворы используются для бурения в со­ леносных породах. В таких случаях их готовят на рассолах со­ ответствующих солей, которые и являются функциональными добавками.

В качестве добавок, придающих раствору термоустойчи­ вость, применяются хроматы, бихроматы, фенолы эстонских сланцев (ФЭС), которые вводят в количестве 0,1—0,2%. Одна­ ко добавки хроматов увеличивают водоотдачу, а основная зада­ ча получения термостабильных растворов заключается в со­ хранении минимальной водоотдачи в условиях повышенных за­ бойных температур. Поэтому в качестве термостабилизирующих добавок применяются чаще реагенты-стабилизаторы: N a-кар- боксилметилцеллюлоза, КМЦ-600 и производные КМЦ (карбофен, карбамин,карбаминол), концентрация которых может дохо­ дить до 2,5—3%. Добавки КМЦ и ее производных используют­ ся также для получения термоустойчивых глинистых растворов. В этом случае вещества-структурообразователи выступают в качестве добавок специального назначения.

Утяжеленные глинистые растворы

К утяжеленным глинистым растворам относятся растворы с повышенной плотностью (до 2,2 г/см'* и более), содержащие тонкодиспергированные утяжелители. Эти растворы применяют при бурении неустойчивых горных пород, а также для преду­ преждения водопроявлений, выбросов нефти и газа в пластах с высоким давлением.

Качественные глинистые растворы, имеющие невысокую вяз­ кость, но способные удерживать частицы утяжелителя во взве­ шенном состоянии, обрабатывают утяжелителем. Обычно утя­ желяют глинистые растворы, предварительно обработанные химическими реагентами. Особое внимание уделяют структур­ но-механическим свойствам исходного раствора. Статическое напряжение сдвига подлежащего утяжелению раствора должно быть не менее 2 Па через 1 мин.

Утяжелители к растворам добавляют в перемещивающие устройства, реже на буровых установках в процессе циркуля­ ции раствора.

где ру, рг, pi — плотности соответственно утяжелителя, заданная глинистого раствора, исходного раствора, кг/м3.

С учетом влажности утяжелителя

Утяжеление глинистых растворов сопровождается сущест­ венным повышением их вязкости и статического напряжения сдвига. Снижение вязкости путем разбавления водой нецеле­ сообразно, так как это ухудшает параметры раствора и вызы­ вает необходимость добавки дополнительного утяжелителя. Поэтому понижать вязкость утяжеленных глинистых растворов следует химическими реагентами, содержащими небольшое ко­ личество воды, например хромлигносульфонатом, ПФЛХ. Д о­ бавки реагентов подбираются опытным путем.

Использование утяжеленных глинистых растворов приводит к существенному снижению механической скорости бурения.

Аэрированные глинистые растворы

Глинистые растворы, насыщенные воздухом, применяются для борьбы с поглощениями в неустойчивых породах. Аэриро­ ванные глинистые растворы имеют пониженную плотность, меньшую, чем у исходного раствора, водоотдачу, повышенные статическое напряжение сдвига и вязкость, обладают высокой

очистной способностью. Они хорошо совместимы с различными видами химической обработки.

Аэрированные растворы характеризуются либо воздухосодержанием — количеством воздуха в единице объема, либо сте­ пенью аэрации, которая представляет собой отношение объем­ ного расхода воздуха при нормальных условиях к объемному расходу жидкости.

Реологические свойства аэрированных глинистых растворов во многом зависят от воздухосодержания, что рассмотрено вы­ ше. Повышение плотности исходных глинистых растворов при­ водит к резкому увеличению реологических параметров аэри­ рованных растворов. Поэтому для аэрации следует использо­ вать качественные глинистые растворы с небольшим содержа­ нием твердой фазы. Аэрируются практически все промывочные жидкости на водной основе. При степени аэрации более 40 аэ­ рированные жидкости, в том числе и глинистые растворы, пе­ реходят в пены.

§ 3. МЕЛОВЫЕ РАСТВОРЫ

Меловые растворы представляют собой труппу растворов различного целевого назначения, в которых основной компо­ нент твердой фазы — мел.

В процессе бурения водорастворимых неглинистых отложе­ ний, при вскрытии минерализованных подземных вод в глинис­ том растворе всегда происходит сложное физико-химическое взаимодействие глинистой фазы с дисперсионной средой, в ре­ зультате чего качество раствора ухудшается вплоть до гидро­ фобной коагуляции твердой фазы. Интенсивность этих про­ цессов часто настолько велика, что химическая обработка гли­ нистых растворов оказывается неэффективной. Меловые раст­ воры в таких условиях, выполняя все функции промывочных жидкостей, оказываются более устойчивыми.

Меловой порошок не дает в воде агрегативно устойчивой суспензии вследствие недостаточной гидратации поверхности. Стабилизация водной суспензии мела достигается введением 15% таких реагентов, как КССБ, ССБ, УЩР, 1—2% полимеров и ряда других веществ. Так как дисперсность мела меньше, чем дисперсность глин, и в процессе бурения она практически не изменяется, при использовании в качестве стабилизаторов лигносульфонатов необходимо вводить структурообразователь. Обычно это 0,5—2% жидкого стекла, но иногда добавляют 4—

условной вязкости с ростом плотности для мелового (кривая

выми и высококальциевыми, известковыми, эмульсионными, силикатными, когда содержание жидкого стекла увеличивается до 10%. Параметры мелового раствора определяются его хими­ ческим составом.

По назначению меловые растворы классифицируются сле­ дующим образом.

1. Растворы для нормальных геологических условий: мело­ вые растворы плотностью 1,2— 1,26 г/см3 с обычной обработ­ кой защитным коллоидом.

2.Растворы для бурения в осыпающихся аргиллитах и гли­ нистых сланцах. Сюда относятся кальциевые, высококальцие­ вые и силикатно-меловые растворы.

3.Растворы для бурения в ангидритах и мелах — эмульси­ онные меловые и известковые меловые растворы.

4.Растворы для вскрытия высоконапорных горизонтов — ме­ ловые растворы плотностью до 1,6 г/см:*.

5.Меловые растворы для бурения в поглощающих горизон­ тах — глинисто-меловые.

Меловые растворы готовят из порошкового или комового мела в ФСМ или глиномешалках. Несмотря на низкую механи­ ческую прочность, мел диспергируется значительно хуже, чем глина, вследствие чего на приготовление мелового раствора требуется примерно в 2 раза больше времени, при этом разме­ ры частиц мела имеют значительно большие размеры, чем час­

мела.

При необходимости меловые растворы аэрируются одним из методов, описанных выше.

Сапропелевые растворы представляют собой смесь сапро­ пеля с водой при содержании его от 1 до 10%. Так как в орга­ нической массе сапропелей преобладают гуминовая и углевод­ ная (гидролизуемая) группы веществ, в состав таких растворов входит до 0,5% NaOH или КОН. Однако даж е в естественном состоянии дисперсии сапропелей после перемешивания образу­ ют при концентрации твердой фазы 3—5% буровые растворы, пригодные для бурения в неосложненных условиях.

В сапропелях присутствуют все необходимые минеральные и органические вещества, биополимеры и природные ПАВ, ко­ торые обеспечивают высокую агрегативную устойчивость дис­ персий сапропелей в воде. Особенность минеральной части са­ пропелей — наличие в ее составе аморфных форм кремния, ж е­ леза, кальция и фосфора, поэтому минеральная составляющая играет активную роль в формировании коллоидно-дисперсных структур буровых растворов.

По своим свойствам, и в первую очередь по структурно-рео­ логическим и фильтрационным, растворы из сапропелей не ус­ тупают растворам из глинопорошков лучших марок. При кон­ центрации твердой фазы до 1% сапропелевые растворы ведут себя как ньютоновские жидкости. По мере нарастания ее кон­ центрации растворы обнаруживают аномалию вязкости за -счет ориентации симметрических комплексов в процессе течения.

В зависимости от концентрации и вида сапропеля техноло­ гические свойства растворов колеблются в широких пределах: плотность 1,01— 1,1 г/см3, а в минерализованных растворах до 1,3 г/см3, условная вязкость 25—40 с, показатель фильтрации

Сапропелевые растворы делятся на высокоминерализован­ ные, ингибированные, эмульсионные. Последние могут быть и обратными. Параметры таких растворов: плотность 1,01— 1,02 г/см3, вязкость 80—90 с, водоотдача 0—3 -см3, статическое напряжение сдвига 1—3 Па. Высокоминерализованные сапро­ пелевые растворы не требуют крахмальной обработки.

Сапропелевые растворы имеют ряд преимуществ: 1) эконо­ мится дефицитная высококачественная глина; 2) уменьшается

активные вещества, частицами выбуренной породы. Кинетика

мых пород и степени их диспергирования, физико-химического состава дисперсионной среды, степени взаимодействия твердой и жидкой фаз, активности поверхностно-активных веществ и

т.д.

Вотличие от глин частицы неглинистых минералов, образу­

ющиеся в процессе бурения, имеют изодиаметрическую форму, а обменная емкость неглинистых пород незначительна: 1,78— 10,8 ммоль. Небольшая обменная емкость этих пород опреде­ ляет незначительное физико-химическое сродство их с водной -средой, что в конечном счете, наряду с формой частиц, опреде­ ляет свойства естественных промывочных жидкостей, способ­ ность сохранять физико-химические свойства в зонах интенсив­ ного солевого воздействия.

Повышение гидрофильности частиц неглинистых пород и, следовательно, увеличение устойчивости дисперсной системы происходит в результате образования на их поверхности адсор­ бционных слоев поверхностно-активного вещества. Необходи­ мое условие стабилизации концентрированных дисперсных си­ стем — образование адсорбционных слоев, обладающих доста­ точно высокой структурной вязкостью, упругостью и механи­ ческой прочностью на сдвиг. С увеличением концентрации по­ верхностно-активных веществ — стабилизаторов — устойчивость системы возрастает.

ПАВ избирательно адсорбируются на породах, поэтому для каждой разновидности пород применяется наиболее эффектив­ ное из них. В ряде случаев использование смеси нескольких ПАВ дает больший эффект, чем каждое вещество в отдель­ ности.

Для обработки естественных промывочных жидкостей наи­ более распространены УЩР, ССБ, КССБ, КМЦ, сульфат цел­ люлозы (СЦ), окисленный лигнин (ОЛ) и др.

Придание раствору структурно-механических свойств дости­ гается введением реагентов-электролитов и полимеров. При добавке электролитов к синтетическим ПАВ образуются слои с более сильными структурно-механическими свойствами, об­ ладающие высокой стабилизационной способностью. Здесь наи­ большее распространение получили каустическая сода, кон­ центрированные фосфаты, карбонат натрия, жидкое стекло, хлористый кальций, хлористый натрий, крахмал и др. В каче­ стве структурирующей добавки используются и небольшие ко­ личества бентонитовых глин.

Необходимо иметь в виду, что в ряде случаев воздействие электролитов может привести к снижению агрегативной устой­ чивости и гидрофобной коагуляции промывочных жидкостей на основе выбуренных пород.