Утяжелители
Буровые растворы, приготовленные из бентонитовых глин, имеют плотность 1,04-1,08 г/см3, а из каолинит-гидрослюдистых 1,15-1,25г/см3. Но высокое содержание глинистой (твердой) фазы снижает показатели механического бурения. Поэтому для повышения плотности бурового раствора используются различные утяжелители, которые должны иметь высокую плотность, быть химически инертны, малообразивны и химически безопасны. Предел утяжеления любым утяжелителем определяется исходя из его фактической плотности, деленной на 2. Например, если утяжелитель имеет плотность 3,0 г/см3, то буровой раствор можно утяжелить до р=1,5 г/см3. Все растворы на водной основе перед утяжелением должны иметь параметры: СНС1=15-25дПа; Т=25-30 с; Ф = не более 15 см3/30 мин. При больших значениях СНС и вязкости при утяжелении произойдет резкое загустевание раствора, а при большей фильтрации - седиментация утяжелителя.
В зависимости от плотности, являющейся основной характеристикой, утяжелители подразделяются на три основные группы.
1 группа – материалы с низкой плотностью (2,6-3,0г/см3) со сравнительно невысокой гидрофильностью и абразивностыо. Это мергели, мел, известняк. Вследствие достаточной инертности ими можно утяжелять буровые растворы до плотности 1,5 г/см3. Важное значение эти утяжелители имеют при вскрытии продуктивных пластов, т.к. активно реагируют с HCl (кислоторастворимость 95-97%, восстановление проницаемости на 98%).
2 группа - барит, сидерит, магбар и железистые утяжелители с плотностью 3,7-4,5 г/см3.
Барит (BaSO4) - минерал с плотностью 4,0-4,25 г/см3, в зависимости от примесей серого, бордового и желтого цветов, обладает невысокой твердостью и малой абразивностыо. В основном используются флотационные баритовые концентраты производства обогатительных фабрик цветной металлургии. По качеству флотационный барит значительно хуже гравитационного (получаемого при гравитационном обогащении баритовых руд) ввиду наличия в нем примесей флотореагентов, вспенивающих раствор и ухудшающих смачивание барита.
Сидерит (FeCO3) состоит из карбоната железа с примесями оксида железа, доломита, кварца. Имеет плотность 3,7-3,9 г/см3, обладает невысокой твердостью, малообразивен, экологически безопасен. Утяжеляющая способность до ρ=1,8 г/см3, растворяется в горячей HCl.
Гематит (Fe2O3) оксид железа, ρ=4,15-4,44 г/см3, обладает высокой твердостью и абразивностью, имеет черный или стальной цвет. В настоящее время применение ограничено.
Магнетит (FeO*Fe2O3) - двойной оксид железа, имеет плотность 4,2-4,52 г/см3, обладает высокой твердостью и абразивностью, имеет черный цвет с металлическим блеском. Обладает сильными магнитными свойствами, что приводит к образованию плотного осадка на поверхности бурильных труб, способствующего их прихвату. Поэтому применение его ограничено.
Магбар - порошкообразная смесь из 50% магнетита и 50% флотационного барита, с плотностью 4,4 г/см3, малой абразивностью.
3 группа - материалы с плотностью 6,5-7,69 г/см3.
Ферросилиций – ρ=6,52 г/см3 (предел утяжеления раствора до 3,3г/см3).
Галенит (PbS) - ρ=7,4-7,6 г/см3 (предел утяжеления раствора до 3,8г/см3).
Феррофосфор - ρ=7,69 г/см (предел утяжеления раствора до 3,85г/см3).
Утяжелители этой группы представляют собой сплавы и концентраты руд, которые применяются только в экстренных случаях из-за их высокой стоимости и гидролитического разложения с образованием токсичных и взрывчатых продуктов. Поэтому они вводятся в раствор, предварительно утяжеленный баритом до ρ=2,0-2,2 г/см3.