Читайте также:
|
При бурении скважин в глинистый раствор могут попадать соли щелочных и щелочноземельных металлов, значительно изменяющие свойства раствора. Соли могут поступать в раствор из состава разбуриваемых пород или вместе с минерализованными пластовыми жидкостями. Наиболее распространенными представителями их являются хлористый кальций, гидрооксид кальция, гипс, хлористый натри, хлористый калий, бишофит и др.
Вместе с тем эти соли применяются в практике бурения, как реагенты
а) для связывания двухвалентных катионов, вызывающих коагуляцию и ухудшение свойств глинистого раствора (Na2CO3)
б) для осуществления реакции катионного обмена на глинистых частицах и придания раствору ингибирующих свойств (Ca(OH)2; ; CaSO4)
в) для регулирования щелочности глинистого раствора (NaOH); для разработки рецептур силикатных и силикатно-солевых растворов (Na2O·SiO2)
Химические реагенты - электролиты или посторонние электролиты, попадающие в глинистый раствор при бурении, изменяют строение и размеры двойного электрического слоя мицелл глинистых частиц. Тем самым электролиты влияют на один из факторов, обеспечивающих агрегативную устойчивость глинистой суспензии.
Характер действия реагентов этой группы на основе свойства глинистого раствора можно рассмотреть на примере очень распространенного в бурении реагента – кальцинированной соды (Na2CO3). Этот реагент обычно применяется для обработки глинистого раствора, приготовленного из местных комовых глин. В составе этих глин преобладают катионы кальция. Раствор из таких глин обладает структурой, толстой коркой.
При введении в раствор небольшого количества кальцинированной соды анионы CO3 связывают часть катионов кальция, образовывая нерастворимый углекислый кальций.
Са++ + СО3-- = СаСО3
Катионы натрия - замещают в диффузном слое глинистых частиц - катионы кальция. Подобный катионный обмен приводит к повышению степени гидратации глинистых частиц. Происходит как бы частичная стабилизация глинистого раствора. Катионы натрия, вытесняя Са++ из промежутков между чешуйками глины, ослабляют связь между ними. Это приводит к повышению степени гидратации глинистых частиц. Глина начинает набухать. Крупные глинистые комочки распадаются на более мелкие частицы, происходит стабилизация раствора. Образуется менее проницаемая глинистая корка. Водоотдача раствора уменьшается.
Из-за повышения гидратации частиц происходит снижение СНС, а это приводит к снижению условной вязкости.(обл.1)
При увеличении концентрации реагента, а, следовательно, и катионов Na в гл.растворе, часть катионов переходит из диффузного слоя в неподвижный слой - это приводит к сжатию диффузного слоя и к частичной потере гл. част. гидратной оболочки. В результате обнажения краев гл.частиц, улучшаются условия для коагуляционного структурообразования в гл.растворе. Растут его СНС и УВ. За счет укрупнения гл. частиц и увеличения проницаемости глинистой корки - несколько увеличивается водоотдача (обл.2).
Если еще больше увеличить концентрацию Na2CO3 , то произойдет дальнейшее сжатие диффузного слоя. Частицы почти полностью потеряют свои гидратные оболочки, и произойдет полная коагуляция раствора. Это приведет к катастрофическому росту водоотдачи, снижению СНС и вязкости (обл.3)
При достаточной концентрации глины снижение УВ и СНС может не произойти даже при очень высоком процентном содержании реагента в глинистом растворе.
Рассмотренный механизм действия Na2CO3 характерен для случая обработки глинистого раствора из кальциевой глины. При обработке гл. раствора из натриевой глины уже при малых концентрациях происходит коагуляция. При обработке. раствора из глин смешанного типа (Na+Ca) наблюдается в той или иной мере стабилизация раствора. Чем больше катионов кальция, тем выше будет концентрация реагента.
Наличие области стабилизации характерно только для Na2CO3 остальные реагенты – электролиты, в том числе NaOH и в особенности те, которые содержат в своем составе катионы кальция, уже при самых малых добавках вызывают коагуляцию гл. раствора.
Характер действия электролитов на свойства глинистых растворов зависит от вида катионов и анионов электролита. Катионы играют роль коагулирующих ионов для глинистой суспензии.
По возрастанию коагулирующей способности одновалентные катионырасполагаются в следующий ряд:
Li+ < Na+ < K+ < NH4+ < Rb +< Cs+
Коагулирующая способность двухвалентных катионов на два порядка выше, чем у одновалентных, и возрастает в следующей последовательности:
Mg++ < Ca++ < Ba++
Коагулирующая способность трехвалентных катионов на порядок выше, чем у двухвалентных.
Влияние анионов на свойства промывочных жидкостей проявляется следующим образом. Например, они могут связывать катионы H+ иповышать рН раствора, способствуя его стабилизации. Они могут связыватьионы Са++ и удалять их из раствора. Так, анион СО3-- с Са++ образуют трудно растворимое соединение – мел СаСО3.
На практике различное действие анионов легко заметить. Так если NaOH и Na2CO3 дают ярко выраженную область стабилизации, то NaCl вызывает только структурообразование и коагуляцию.
КАЛЬЦИНИРОВАННАЯ СОДА
(углекислый натрий) Na2CO3
Белый кристаллический порошок плотностью 2,5 г/см3; доставляемый на буровые в четырехслойных бумажных мешках, массой 60 кг. Водный раствор Na2CO3 имеет сильно щелочную реакцию (рН=12).
Кальцинированная сода плохо растворяется в холодной воде. С повышением температуры растворимость ее увеличивается.
Na2CO3 - один из наиболее употребляемых реагентов. Она дает возможность получить пригодные для бурения растворы из глин, которые без химической обработки не могут быть использованы.). Она применяется для связывания ионов Са в растворах, содержащих гипс, ангидрид, цемент.
Добавки соды должны составлять до 0,5 % в сухом виде и 2-3 % в виде раствора. Небольшие добавки соды способствуют снижению УВ и водоотдачи растворов, а большие - росту УВ, СНС и коагуляции раствора.
При концентрации соды до 1% набухание глин возрастает, а выше 1% остается таким же, как в воде. С ростом концентрации соды до 2% период набухания глин возрастает.
Na2CO3 вредно действует на глаза и при обработке с нею необходимо одевать защитные очки. Хранить ее следует в сухих закрытых помещениях.
Каустическая сода ( едкий натр ) NaOH
Гидроокись натрия представляет собой бесцветную непрозрачную кристаллическую массу (плотность 2,02 г/см3), хорошо растворимую в воде. Поставляется в твердом виде в мерных барабанах массой 100-200 кг и в виде раствора 40-47 % концентрации.
Как твердая, так и жидкая каустическая сода сильно впитывает пары воды, имеющиеся в воздухе. Поэтому ее всегда надо держать закрытой. Каустическая сода действует на показатели БР подобно кальцинированной, однако она не обладает способностью удалять из раствора ионы кальция.
Каустическая сода значительно дороже кальцинированной и как самостоятельный реагент применяется мало.
NaOH используют в основном на буровых предприятиях для. Небольшие добавки щелочи вызывают временное диспергирование регулирования рН раствора частиц глины, увеличение электрокинетического потенциала и в результате чего вызывает снижение вязкости и водоотдачи бурового раствора.
Большие добавки NaOH (0,5-0,8%) могут привести к повышению вязкости, водоотдачи, вызываемых явлением коагуляции. Поэтому не рекомендуется добавлять NaOH непосредственно в раствор. Каустическая сода, широко используется как составная часть реагентов – защитных коллоидов.
При работе с каустической работой необходимо соблюдать повышенную осторожность, надевать защитные очки, резиновые сапоги, перчатки, передник, т.к. она разъедает ткани, а при попадании на кожу вызывает ожоги.
Жидкое стекло ( силикат натрия или калия )
Общая химическая формула щелочных силикатов R2O·nSiO2, где R2O может быть Na2O или К2О; n-число молекул кремнезема.
В бурении получил применение силикат натрия, водный раствор которого представляет собой вязкую жидкость, с плотностью 1,30…1,80 г/см3.
Хранят жидкое стекло в закрытых емкостях, т.к. на воздухе оно разлагается с выделением нерастворимого осадка – аморфного кремнезема. Жидкое стекло, как и каустическая сода, имеет сильно щелочную реакцию и при работе с ней нужно соблюдать такие же меры предосторожности.
При добавлении жидкого стекла в буровой раствор в количестве до 3-5% по весу от объема, УВ и СНС его сильно повышается.
Жидкое стекло способствует повышению рН БР. Добавление его к раствору может привести к росту рН до 12 и выше.
Его применяют, главным образом, при борьбе с поглощениями, как при повышении вязкости, так и для составной части быстросхватывающихся паст для закупоривания трещин и каверн, в которые происходит уход БР.
Кроме того, на жидком стекле приготовляют специальные «силикатные». Жидкое стекло используют для предотвращения термокислой деструкции, в условиях повышенных температур. Жидкое стекло не рекомендуется использовать вместе с ССБ.
Поваренная соль ( хлористый натрий ) NaCl
Это белый кристаллический продукт плотностью 2,17 г/см3. Получают NaCl дроблением природной каменной соли, выпариванием рапы соленых озер и морской воды.
1. Поваренная соль используется в основном для насыщением водной фазы Бра перед вскрытием соленосных отложений для предупреждения растворения стенок скважины и образования каверны.
2. Хлористый натрий может использоваться, как структурообразователь перестабилизированных пресных водных растворов. Добавки соли при этом не превышают 0,1-0,3% от объема раствора.
3. NaCl используется как антиферментатор крахмала.
4. С ростом концентрации NaCl до 5% набухание глинистых пород, представляемых глинистыми минералами монтмориллонитового рода, резко снижается и при добавках более 5% изменяется незначительно. С увеличением концентрации соли период набухания всех глин снижается.
Из технологии обработки необходимо помнить, что:
1. Ввод NaCl в соленасыщенные БРы на водной основе проводится после его стабилизации реагентами – понизителями фильтрации. Если приготовление минерализованного раствора проводится на соленой воде и глина предварительно не гидратирована в пресной воде, плотность раствора из-за худшего распускания глины получается выше, а структурно-механические свойства слабее.
2. При вводе кристаллического NaCl резко возрастают структурно-механические свойства, и происходит вспенивание раствора. Желательно БР обработать насыщенным раствором соли или расчетного количества соли вводить в виде рассола, а остальную часть в кристаллическом виде.
3. Насыщение раствора поваренной солью приводит к снижению РН раствора до 7. Для улучшения работы химических реагентов, как понизителей фильтрации, так и понизителей УВ, необходимо предусмотреть ввод каустической соды 1-2% от объема раствора, при этом РН будет в пределах 7,5-8,5.
4. При приготовлении гидрофобно-эмульсионных растворов нельзя вводить нефтяную фазу в рассолы (водную среду) во избежание образования непрокачиваемой пасты.
5. Контроль содержания NaCl в водной фазе можно проводить по плотности фильтрата. Насыщенный раствор NaCl имеет плотность 1,20 г/см3 при 20 0С.
Са(ОН)2 – Известь
Гидроокись кальция (гашеная известь) Са(ОН)2 – сильная щелочь, представляет собой куски или порошок белого цвета плотностью 3,16 г/см3.Окись кальция при длительном хранении вступает в реакцию с углекислым газом воздуха и образует СаСО3. Насыщенный раствор извести имеет сильно щелочную реакцию (РН=12). Гашеная известь Са(ОН)2 - ингибитор набухания и диспергирования глинистых пород, а также регулятор рН высококалиевых БРов.
В бурении известь используется:
1. Для приготовления ингибированных, гипсовых, известково-калиевых растворов
2. В соленасыщенных растворах при бурении в интервалов глинистых пород, хорошо диспергирующих в насыщенных растворах хлористого натрия.
3. Для регулирования РН хлоркальциевых растворов.
4. Как структурообразователь для загущения растворов на водной основе при борьбе с поглощениями.
5. Как структурообразователь и активный наполнитель растворов на углеводородной основе.
Следует помнить что:
1.интенсивное загущение исходного раствора при переводе его в известковый, произойдет при большем содержании глины. Для предотвращения этогопроцесса следует осуществить известкование в 2-3 цикла. При раздельном вводе компонентов следует сначала вводить каустическую соду и лигносульфанаты, а затем известь. Разжижение раствора наблюдается в течение 1-2 циклов циркуляции.
2.ввод извести необходимо производить за виброситами для предотвращения сброса загустевшего раствора в отвал.
Хлористый калий KCl
Хлористый калий KCl (сильвин) – нейтральный электролит, мало меняющий щелочность среды, образующий бесцветные кубические кристаллы, хорошо растворимые в воде.
Хлористый калий применяется как ингибитор гидратации, набухания и дезинтеграции сланцев и глинистых пород. Он используется для приготовления специальных калиевых растворов, особо эффективных при бурении в неустойчивых глинистых породах.
Срок хранения 6 месяцев со дня изготовления. Хранить в закрытом помещении. Хлористый калий пожаро и взрывобезопасен.
Сульфат кальция (гипс)
Сульфат кальция CaSO4 х 2Н2О – белое порошкообразное вещество плотностью 2320 кг/ куб.м. труднорастворимое в воде. В присутствии NaCl растворимость его возрастает в 2,5 – 2,8 раза. С небольшим количеством воды гипс быстро образует твердеющую массу. Добывается он из природных залежей.
Применяется сульфат кальция как ингибитор гидратации и набухания сланцев и глинистых пород. Добавляют его совместно с реагентами – понизителями фильтрации и ФХЛС для приготовления ингибированных гипсовых растворов.
При работе с порошком гипса в случае его распыления необходимо пользоваться проттивопылевыми респираторами и очками.
Хлористый кальций
Хлористый кальций CaCl2 бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Выпускается либо в жидком виде (28-30%-ной концентрации), либо в сухом (гранулированном), очень гигроскопичен, поэтому хранение сухого хлористого кальция в незапечатанной таре не допускается,
Применяется как ингибитор гидратации и набухания сланцев в глинистых растворах, а так же для приготовления ингибированных хлоркальциевых растворов.
Добавляется CaCl2 в раствор в виде 30-50%-го раствора. Безвреден.
Бишофит
Бишофит -MgCl2 6H2O- шестиводная соль хлорида магния хорошо растворяется в воде любой минерализации. Реагент предназначен для получения буровых растворов на основе гидрогеля магния, а также для насыщения буровых растворов при разбуривании солевых отложений с пропластками карналлита и бишофита. Для получения насыщенного раствора добавляют к объему воды 306% бишофита. При этом первоначальный объём увеличивается в 1,5 раза. Бишофит обладает высокой гигроскопичностью, поэтому хранить его необходимо в закрытых мешках.
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 426 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |