Приготовление глинистого раствора

Если в разрезе скважины имеются толщи коллоидальных глин, глинистый раствор образуется в скважине самопроизвольно во время бурения. В этом случае закачиваемая в скважину вода диспергирует глину, выбуриваемую долотом, и переводит ее в раствор.

Свойства раствора, образующегося в скважине, регулируются изменением количества воды в растворе и добавлением химических реагентов. Этот метод приготовления глинистого раствора является самым дешевым и легким.

Когда в разрезе скважины нет глин должного качества, глинистый раствор готовят на поверхности – непосредственно на буровой или на глинозаводе. В последнем случае приготовленный глинистый раствор доставляется на буровую по глинопроводам или автоцистернами.

Как на буровой, так и на глинозаводе для приготовления глинистого раствора применяют натуральную глину, добытую на ближайших к разбуриваемой площади глинокарьерах, или глинопорошки (самыми лучшими качествами обладают бентонитовые глины и, следовательно, глинопорошки, приготовленные из них).

Для приготовления глинистого раствора применяют механические и гидравлические глиномешалки, а также фрезерно-струйные мельницы, в которых глинистый раствор получается путем интенсивного перемешивания глины с водой. При необходимости в составляемые растворы добавляются по заранее разработанной рецептуре те или иные химические реагенты.

Реагенты

Очень часто приготовить глинистый раствор с нужными параметрами без применения химических реагентов не удается.

В настоящее время применяется большое количество химических реагентов. Несмотря на это, все реагенты можно разделить на две группы в зависимости от характера их действия на растворы.

К первой группе относятся реагенты, понижающие водоотдачу растворов, ко второй – реагенты, при добавлении которых повышаются структурно-механические свойства растворов (вязкость, статическое напряжение сдвига).

Кратко рассмотрим наиболее распространенные реагенты каждой группы.

1. Реагенты – понизители водоотдачи. Из этих реагентов наиболее широко применяются углещелочной реагент, сульфит-спиртовая барда и карбоксиметилцеллюлоза.

Углещелочной реагент получают из бурого угля и каустической соды (NaOH). В результате реакции образуются натровые соли гумино-вых кислот – гуматы натрия, являющиеся вместе с избытками каустической соды основными активными веществами реагента.

Избыток каустической соды приводит к расщеплению (пептизации) глинистых частиц. Всегда имеющаяся в глинистом растворе физически связанная вода расходуется на обволакивание вновь образовавшихся частиц и утолщение существующих гидратных оболочек, что приводит к уменьшению водоотдачи. Одновременно с этим на поверхностях глинистых частиц адсорбируются гуматы натрия, что приводит к интенсивному утолщению гидратных оболочек. В результате этого способность к слипанию глинистых частиц резко падает, статическое напряжение сдвига уменьшается. Поэтому глинистые растворы, чрезмерно обработанные углещелочным реагентом, в связи с высокой дисперсностью глинистых частиц являются вязкими, но бесструктурными.

Таким образом, при обработке раствора углещелочным реагентом следует очень внимательно следить за показателями вязкости и статического напряжения сдвига. Уменьшение статического напряжения сдвига ниже 10 мг/см²за 1 минсигнализирует о необходимости прекращения химической обработки этим реагентом и принятия мер по улучшению свойств раствора. В этих целях вязкость уменьшается путем добавления воды, что приводит к росту водоотдачи, а восстановление структурно-механических свойств осуществляется введением в раствор высококачественного свежеприготовленного глинистого раствора. Вторичная обработка раствора в целях снижения водоотдачи может быть начата после доведения статического напряжения сдвига до 20–30 мг/см² за 1 мин.

Сульфит-спиртовая барда является отходом целлюлозной промышленности. Содержащиеся в сульфит-спиртовой барде лигносульфоновые кислоты и их соли хорошо снижают водоотдачу глинистых растворов, подвергшихся воздействию минерализованных пластовых вод.

Активность сульфит-спиртовой барды как понизителя водоотдачи пропорциональна количеству ее в растворе. Расход реагента обычно велик и достигает 50 % от объема обрабатываемого раствора. Действие ее на глинистые растворы, не содержащие минерализованных вод, менее эффективно.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) предназначена для обработки сильно минерализованных глинистых растворов, однако с успехом применяется и для снижения водоотдачи глинистых растворов, не содержащих солей. Карбоксиметилцеллюлоза представляет собой натровую соль целлюлозно-гликолевой кислоты и получается при переработке древесины. Чем больше степень минерализации раствора, тем больше следует добавлять реагента. Первичная обработка раствора обычно производится 10%-ным, а вторичная – 3–4 %-ным раствором реагента.

Карбоксиметилцеллюлоза является универсальным реагентом, который активно улучшает почти все параметры глинистого раствора.

2. Реагенты, повышающие структурно-механические свойства растворов. Наибольшее распространение из реагентов этой группы получили жидкое стекло, поваренная соль и гашеная известь.

Жидкое стекло Na₂Si0₃ позволяет изменять вязкость и статическое напряжение сдвига в довольно широких пределах. Если требуется незначительно увеличить статическое напряжение сдвига, то жидкого стекла нужно добавить не более 0,75 % к объему глинистого раствора. При добавлении к глинистому раствору 2,5–3 % жидкого стекла можно получить высоковязкий раствор с большим статическим напряжением сдвига, пригодный для борьбы с поглощениями.

Поваренная соль NaCl обеспечивает значительное повышение статического напряжения сдвига растворов, пересыщенных углещелочным реагентом.

Известь гашеная даже при небольших добавках (до 5 %) вызывает резкое повышение вязкости и водоотдачи.