Характер действия реагентов понизителей водоотдачи

Понизители водоотдачи представляют собой высоко молекулярные анионногенные полиэлектролиты линейного строения с большой плотностью зарядов. Будучи растворимы в воде, они образуют лиофильные коллоидные системы. В глинистом растворе эти реагенты действуют как защитные коллоиды. Они стабилизируют глинистую суспензию, повышают ее агрегативную устойчивость, поэтому их часто называют реагентами-стабилизаторами.

При обработке понизителями водоотдачи степень дисперсности глинистых частиц не меняется, но частицы, окруженные защитными сольватными оболочками, в процессе фильтрации образуют малопроницаемую глинистую корку.

Как известно структурообразование в глинистых растворах обусловлено слипанием глинистых частиц по краям, где гидратная оболочка мала и имеются ненасыщенные валентности разного знака. При обработке реагентами-стабилизаторами, молекулы реагента “экранируют” глинистую частицу. Возможность слипания частиц уменьшается. Реагент как бы подавляет структурообразование в глинистом растворе. Поэтому СНС, которое характеризует прочность структуры, уменьшается.

Уменьшение интенсивности структурообразования наблюдается до некоторого предела концентрации реагента понизителя водоотдачи. УВ увеличивается, т.к. реагенты обладают высокой вязкостью. При превышении предельной концентрации реагента СНС и УВ начинают расти, это объясняется особенностью формы молекулы реагента.

При малых концентрациях макромолекулы реагента имеют форму свернутых клубов и слабо взаимодействуют между собой. При увеличении концентрации клубки расправляются, приобретая вид спиралей, гармошек. Молекулы сцепляются между собой, способствуя структурообразованию.

Таким образом, при обработке химическими реагентами понизителями водоотдачи под влиянием реагента происходит снижение водоотдачи и повышение условной вязкости (УВ) глинистого раствора. Статическое напряжение сдвига (СНС) при малой концентрации реагента понижается, а при большой – растет. Эти реагенты не коагулируют в присутствии значительного количества электролитов, т.е. поддерживают высокое качество при попадании в раствор посторонних солей. За это качество эти реагенты называют реагентами–стабилизаторами.

ПОНИЗИТЕЛИ ВОДООТДАЧИ

Крахмал

Крахмал-смесь полисахаридов, имеющих общую формулу (С₆ Н₁₀О₅)n, содержится в большинстве растений. Для обработки БР могут использоваться различные виды крахмала: картофельный, кукурузный, рисовый, бататовый и др.

Крахмал применяется в виде щелочного клейстера. Количество щелочи в нем определяется опытным путем. Для клейстеризации в среднем требуется 1,0-1,4% едкого натра от веса сухого крахмала.

Крахмальный реагент готовится с максимальной концентрацией сухого продукта 8-10%, позволяющей сохранить текучесть раствора.

Основное его назначение- регулятор водоотдачи в буровых соленасыщенных растворах. При первичной обработке сильно минерализованных глинистых растворов концентрация крахмала сотавляет 1,5- 3%, считая на твердое вещество к объему обработанного глинистого раствора.

Растворы крахмала подвергаются бактериальному разложению (ферментация), поэтому длительно хранить их до использования не рекомендуется.

В последнее время получает применение экструзионный крахмальный реагент. Это химически и термически обработанный крахмал, хорошо растворимый в воде и не требующий добавок щелочи. Например, он снижает водоотдачу 20% глинистой суспензии из ПКГ, содержащей 26% NaCl при расходе ЭКР – 2% по массе от объема суспензии, до 8см³ за 30 минут. T=130-140⁰С.

Крахмал не термостоек, его не рекомендуется применять при t на забое выше 100⁰С. Он хорошо совместим с другими реагентами, особенно с КМЦ.

Сульфатцеллюлоза (СЭЦ)

Представляет собой натрие6вю соль кислого сернокислого эфира целлюлозы.

Реагент получается путем этерификации целлюлозы серной кислтой в присутствии спирта и дихлорэтана и последующей нейтрализации спиртовым раствором щелочи.

Сульфит целлюлоза растворима в воде и образует с ней высоковязкий коллоидный раствор, обладающий нейтральной или слабощелочной реакцией. Для обработки глинистого раствора используют 5-10% раствор реагента.

Сульфат целлюлоза устойчива к солевой агрессии и стабилизирует глинистый раствор в присутствии одно и двухвалентных катионов, причем стабилизирующая способность СЭЦ растет с увеличением степени минерализации глинистого раствора.

В присутствии солей натрия сульфатцеллюлоза менее эффективна, чем КМЦ, но в условиях кальциевой агрессии эффективность СЭЦ выше, так как кальциевые соли сульфатцеллюлозы растворимы в воде. СЭЦ сохраняет эффективность при содержании кальция в глинистом растворе более 2-%.

Сульфатцеллюлоза менее термостойка, чем КМЦ, и разлагается уже при температуре 100°С, применение антиферментаторов не требуется.

Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ)

Растворяющееся в воде волокнистое вещество желтоватого цвета. Оно представляет собой натриевую соль целлюлозогликолеевой кислоты. КМЦ – получают действием на щелочную целлюлозу монохлоруксусной кислоты или ее натриевой соли.

Плотность сухого реагента 1,7; растворяется КМЦ в кол-ве до 10%, затем растворимость ее ухудшается.

КМЦ - это органический коллоид, применяющийся для регулирования водоотдачи. Структура КМЦ представляет длинную цепь молекул, которая в результате полимеризации может иметь различную длину. Выпускается три класса КМЦ, каждый из которых обеспечивает различную степень вязкости, удерживающей способности и регулирования водоотдачи. Эти три класса обычно называются КМЦ высокой, средней и малой вязкости. Степень их чистоты также различна.

Было выдвинуто четыре теории, объясняющие механизм понижения водоотдачи KMЦ.

1. Вклинивание или набивка длинных цепей в узкие зазоры между частицами

2. Закручивание этих длинных цепей в клубки, образующие пробки.

3. Покрытие пленкой глинистых частиц.

4. Загущение жидкой фазы.

Для обработки обычно используют растворы с концентрацией до 10%. Более концентрированные растворы неудобны в работе из-за их высокой вязкости. Вводить КМЦ следует в глинистый раствор, в котором глинистые частицы достаточно диспергированы. Применять реагент в процессе приготовления глинистого раствора нецелесообразно, так как КМЦ затрудняет диспергирование глины.

KMЦ - эффективный регулятор водоотдачи в большинстве буровых растворов на водной основе, особенно в образованных кальцием системах. Она также стабилизирует содержащие кальция и натрий системы. КМЦ устойчива к бактериальному воздействию и эффективна на протяжении всего щелочного диапазона рН. Эффективность KMЦ как ре­гулятора водоотдачи -понижается при концентрации соли, превышающей 50000 ч/млн. КМЦ подвергается полной деградации при температурах, превышающих 120°С. При более высоких температурах начинается деструкция, то есть расщепление молеку КМЦ на более мелкие обломки. Высоковязкая КМЦ, обладающая высокой степенью полимеризации (n=500-600), сначала в результате диструкции превращается в средневязкую, затем в низковязкую и, наконец, при температуре 200°С разлагается совсем. Таким образом, благодаря высокой степени полимеризации высоковязкая КМЦ сохраняет эффективность и применяется при температурах 150°С и выше. Средневязкая и низковязкая КМЦ быстрее теряют эффективность при повышении температуры.

Выбор класса KMЦ зависит от того, какие параметры бурового раствора необходимы. Когда необходимо, чтобы буровой раствор обладал малой скоростью водоотдачи и хорошей удерживающей способностью, следует применять КМЦ либо высокой, либо сред­ней вязкости. Когда необходима меньшая вязкость и понижение водоотдачи, применяют КМЦ малой вязкости.

Высоковязкая КМЦ имеет такую же степень замещения, как и КМЦ малой и средней вязкости, однако имеет более высокую степень полимеризации. Чем выше степень замещения, тем выше устойчивость к воздействию минерализованной и жесткой воды.

КМЦ низкой и средней вязкости, как правило, получают из целлюлозы древесной. В процессе очистки целлюлозы древесной пульпы происходит некоторая молекулярная деградация, понижающая молекулярный вес. КМЦ высокой вязкости получают из хлопковых волокон, что повышает ее стоимость.

КМЦ обладает способностью стабилизировать глинистый раствор при концентрации в нем NaCl, соответствующей полному насыщению, однако стойкость КМЦ в кальциевой агрессии невелика. При содержании всего только 1% кальция в глинистом растворе полностью теряет свою эффективность. Это объясняется тем, что под влиянием катионов кальция натриевая карбоксиметилцеллюлоза превращается в нерастворимую кальциевую.

На первичную обработку глинистого раствора КМЦ расходуют обычно 0,3-1,5% реагента по весу к объему раствора, а для обработки сильно засоленных растворов - до 2,5%.

Некоторые реагенты-понизители водоотдачи, в том числе КМЦ, обладают способностью разжижать минерализованные глинистые растворы, загустевание которых обусловлено, главным образом, интенсивным структурообразованием. Стабилизируя глинистый раствор и подавляя структурообразование, реагент обеспечивает снижение условной вязкости. Для снижения вязкости минерализованных растворов применяют разбавление раствора КМЦ с концентрацией 1-3%.

Растворы КМЦ с концентрацией 1-3% благодаря большому содержанию в низ воды обладают способностью разжижать и пресные глинистые растворы Разжижающая способность разбавленных растворов КМЦ проявляется тем сильнее, чем выше концентрация твердой фазы в глинистом растворе и чем меньше концентрации раствора реагента.

Гипан (гидролизованный полиакрилонитрил)

Гипан-продукт гидролиза полиакрилнитрита. Выпускается в виде 10-15 процентного водного раствора, это вязкая жидкость желтого цвета . Отечественной промышленностью выпускается Гипан1 и Гипан-07.

Гипан используется как понизитель водоотдачи. Он весьма эффективен, особенно в высокотемпературных условиях (при 140-250С). Обеспечивает устойчивую низкую водоотдачу при большой солености, в особенности в сочетании с другими защитными коллоидами (ССБ с КМЦ, крахмал).

В слабоминерализованных средах при больших забойных температур скважин Ставрополья и Краснодара он широко использовался с УЩР.

В Пермской области при хлорнатриевой агрессии Гипан применяется в сочетании с ССБ.

Расход этого реагента невелик: 0.1-0.3%сухого вещества к объёму раствора.

Гипан1- предназначен для обработки пресных растворов. Оптимальные добавки для снижения водоотдачи - 0.2-1% (в расчёте на сухой) в зависимости от забойных температур. Оптимальный рН-8…9.

Гипан 07- рекомендуется для обработки солёных растворов, содержащих NaCl до насыщения, оптимальная добавка 1-2% (в расчёте на сухой ), рН-8…9.

Для обработки пресных буровых растворов менее удобен, так как. может приводить к повышению их вязкости.

Гипан следует хранить в герметичных щелочестойких ёмкостях или в транспортной таре, избегая воздействия прямых солнечных лучей.

Гипан хранящийся при минусовой температуре, должен быть оттаян и тщательно перемешан до однородного состояния.

Гарантийный срок хранения 3 месяца. Бочка-275 литров. Боится прямых солнечных лучей.