Устойчивость реагентов к агрессии солей

Реагент	Функциональная группа	Устойчивость реагентов к агрессии солей,%
		NaCl	CaCl2
Крахмал	-OH-	До насыщения	До 4-6
ММЦ	-OH- -OCH3	До насыщения До насыщения	До 10-15
М-14	-COOH -COOCH3	До насыщения До насыщения	До 0,1
КМЦ 250-350 КМЦ 500-700	-OH+СН2СООNa -OH+СН2СООNa	До 10-15 До насыщения	//
ПАА	-CONH2	До 10-15	//
Метас	-COOH1-CONH2	До насыщения	//
ГПАА	-COO-	До насыщения	//
Гипан	-COONa -CONH2 -CN	До 10-15 До 10-15 До 10-15	//

Таким образом, стабилизировать буровые растворы от хлорнатриевой агрессии можно почти всеми широко применяющимися полимерами. Несмотря на технические условия (регламентирующие применение полимеров в агрессивных средах только до 0,1% СаС1₂) практически многие из них могут применяться для стабилизации малоглинистых растворов в более агрессивных средах.

Процесс дезактивации полимеров при насыщении растворов электролитами можно наблюдать по фотоснимкам, полученным сотрудниками ВНИИБТ (Е.И. Пондовой и др.) на электронном микроскопе при увеличении в 10000 раз (рис. 5.6) [20].

На рис. 5.6а, показана фотография агрегата метаса в пресной воде при рН = 10,6. На фотографии видно, что молекулы метаса (в статическом состоянии раствора) за счет водородных связей связаны друг с другом в виде "метелочек", которые, в свою очередь, своими активными центрами объединяются в агрегаты дендритовидной формы. Совокупности таких агрегатов в растворе и образуют в статическом состоянии гели. При течении раствора крупные агрегаты разделяются на отдельные "метелочки", а "метелочки" на макромолекулы. Эти гидрофильные "метелочки" (гидрофильность видна по их заостренным концам) образуют вокруг себя гидратные слои повышенной прочности, что делает структуру раствора в целом более вязкой и прочной.

Рис.5.6. Электронномикроскопический снимок метаса: а – в пресной воде при рН=10; б – в 10%-ом растворе NaCl (Χ 10000)

Рис.5.7. Электронномикроскопический снимок в 2%-м растворе: а – метаса; б – КМЦ–600

При добавлении в раствор поваренной соли до 2% (рис. 5.7) ионы Na адсорбируются на поверхности агрегатов полимеров и нейтрализуют потенциал функциональных групп, что ведет к гидрофобизации полимеров. Вследствие слабого взаимодействия их с молекулами воды и наличия водородных внутримолекулярных связей в самой макромолекуле происходит глобулизация полимеров (приспособление макромолекулы к новым для нее условиям подобно белкам третичной структуры). Водоотдача из-за гидрофобизации полимера резко повышается.

Глобулизация полимера приводит к снижению прочности структуры и вязкости раствора.

При дальнейшем повышении концентрации соли в растворе нейтрализация поверхности глобул увеличивается, диэлектрический гидратный слой уменьшается, что позволяет частицам сближаться и слипаться друг с другом. Образуются крупные гидрофобные агрегаты (подобно белкам четвертичной структуры, рис. 5.6.б). Гидрофобность агрегатов полимера видна по их закруглённым краям. Гидрофобизация и укрупнение агрегатов (коагуляция частиц) ведет к понижению прочности структуры и вязкости метаса (рис.4.7). Водоотдача несколько понижается.

В отличие от метаса КМЦ имеет жёсткие макромолекулы, поэтому агрегаты КМЦ в пресной воде имеют лучинкообразную форму (рис.5.8.а).

При введении в раствор КМЦ 2% поваренной соли (рис.5.7.б) поверхность КМЦ так же гидрофобизирует, но из-за большой жесткости макромолекул они не свёртываются в клубки и ведут себя подобно глинистым частицам. При их дезактивации прочность структуры и вязкость раствора в отличие от раствора метаса повышаются (рис.4.7).

При повышении концентрации соли от 0 до 10% наблюдается укрупнение агрегатов полимера (рис.5.8) прочность структуры и вязкость несколько понижаются, но при концентрации свыше 10% СНС вязкость вновь возрастают. Таким образом, стадии коагуляции макромолекул КМЦ не наблюдается.

Обращает на себя внимание то, что в момент укрупнения агрегатов их поверхность становится более гидрофильной (рис, 5.8). Очевидно это связано с избытком в объёме раствора ионов хлора.

Рис.5.8. Электронномикроскопический снимок КМЦ-600: а – в пресной воде; б – в 10%-м растворе