Підвищення термостійкості розчинів.

Треба мати на увазі, що хромати підвищують термостійкість тільки тих розчинів, які стабілізовані реагентами, не ушкодженими термоокислюючою деструкцією. Вже деструктуровані реагенти внаслідок окислення хроматами втрачають ефективність.

При підвищених температурах хромати виконують функції термостабілізуючих та інгібуючих добавок, підвищують ефективність захисних реагентів.

Хромати додають до різних типів розчинів (прісних, мінералізованих, емульсійних та ін.) і, зокрема, до обважнених розчинів. Кількість біхроматів, необхідна для розрідження розчинів, становить 0,1%. Застосовують їх у вигляді розчинів 5—10-процентної концентрації. Обов'язковою умовою досягнення ефективності від їх застосування є наявність у буровому розчині органічних речовин — реагентів ССБ, КССБ, ВЛР, КМЦ та ін. їх оптимальної дії досягають при рН = 9—11.

Хромати і біхромати токсичні. При роботі з ними необхідно дотримуватися правил техніки безпеки.

Фосфати, поліфосфати. До цієї групи неорганічних реагентів належать солі фосфорної (орто­фосфорної) і конденсованих поліфосфорних (піро- і метафосфорних) кислот. Натрієва сіль ортофосфорної кислоти — це білий кристалічний порошок, добре розчинний у воді. Конденсо­вані фосфати (поліфосфати) — це склоподібні з неправильною формою кусочки, які досить повільно розчиняються у воді.

► Застосовують для:

• розріджування розчинів;

• зв'язування іонів кальцію;

• одержання деяких реагентів (наприклад, гідролізованого поліакриламіду — РС-2);

• посилення гідрофільних властивостей емульсійних бурових розчинів.

Додають їх до бурових розчинів у вигляді водних розчинів 5—10-процентної концентрації. Обов'язковою умовою досягнення їх ефективної дії є дотримання рН= 9

Силікат натрію або калію (рідке скло — Na₂SiO₃ ) — в'язка рідина від світло-жовтого до жовто-коричневого кольору (густина 1360—1500 кг/м³, рН= 11 — 12).

Одержують реагент шляхом сплавлення піску з кальцинованою содою і подальшим розва­рюванням реакційної суміші в автоклаві.

► Застосовують для:

• приготування спеціальних силікатних бурових розчинів, здатних попереджувати набухання і гідратацію схильних до обвалювання глинистих сланців;

• приготування спеціальних рідин для закупорювання і закріплення тріщин та каверн;

• підвищення термостійкості бурових розчинів, оброб­лених КМЦ, до 180°С (добавки до 2—5%);

• прискорення тужавіння цементів.

Реагент обмежено стійкий до катіонів полівалентних металів, з якими утворює малорозчинні або нерозчинні сполуки. При роботі з силікатами натрію або калію треба дотримуватися правил техніки безпеки, передбачених для роботи з лугами.

Реагенти на основі гумінових кислот. Доступність сировинного матеріалу і порівняно невелика його вартість сприяли широкому поширенню таких реагентів на основі гумінових кислот, як вугільнолужний (ВЛР) і торфолужний (ТЛР).

Гумінові кислоти — це суміш органічних колоїдних речовин з концентрованими ароматич­ними ядрами, які мають бічні ланцюги і різні функціональні групи (карбоксильні, карбонільні, фенольні, метоксильні та ін.).

Гумінові кислоти здатні до обмінних реакцій катіонів. З підвищенням рН по 10 досягають повного диспергування гумінових кислот. Кількість лугу, необхідного для насичення обмін­ного комплексу гумінових кислот катіонами натрію, становить 0,12 г NaOH на 1 г гумінових кислот.

► ВЛР застосовують для обробки прісних або слабо мінералізованих (1,5—2%) бурових розчинів, а також вапняних розчинів з метою:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів;

• зни­ження в'язкості бурових розчинів.

Із збільшенням концентрації гумінових кислот збільшується здатність ВЛР зни­жувати показник фільтрації, але при цьому знижується його дія як понижувача в'язкості. Якість і кількість бурого вугілля у ВЛР визначає його ефективність як хімреагенту. Концентрація вугілля в реагенті, який призначають для зниження показника фільтрації, повинна становити 10—15%.

В даний час одержують також порошкоподібний ВЛР.

Для обробки бурових розчинів можна застосовувати ВЛР в сухому вигляді або у вигляді 5— 10-процентного водного розчину (для розрідження). Оптимальна добавка ВЛР для зниження показника фільтрації до 5 см³/30 хв становить від 1 до 5%.

Передумови застосування ТЛР ті самі, що і для ВЛР. Як понижувач в'язкості ТЛР малоефективний.

Сульфований нітрогуматний реагент (СНГР) одержують методом окислення бурого вугілля 8-процентною азотною кислотою при температурі 50—60°С з перемішуванням протягом 4 год. Відтак продукт реакції окислення декантують і сульфують бісульфітом натрію в присутності лугу протягом 3 год при температурі 92—95°С. На 600 кг бурого вугілля беруть 300 л NaHS0₃ (36-процентної концентрації) і 300 л NaOH (10-процентної концентрації).

СНГР порівняно з ВЛР більш ефективно знижує в'язкість та СНЗ і має підвищену термо­стійкість.

При роботі з ВЛР, ТЛР та СНГР треба користуватися захисними окулярами, гумовими фартухами і рукавицями.

Лігносульфонатні реагенти. До цієї групи реагентів належать:

• сульфіт-спиртова барда (ССБ);

• конденсована сульфіт-спиртова барда (КССБ);

• хлорована сульфіт-спиртова барда (ХССБ);

• феррохромлігносульфонат (ФХЛС).

ССБ — це густа темно-коричнева рідина із запахом, що нагадує запах кави або дріжджів. Вона є відходом при одержанні целюлози сульфітним способом (розчином кальцієвих солей лігносульфонових кислот), коли варіння деревини здійсню­ють в розчині сірчистої кислоти або її солей (бісульфіту натрію або кальцію).

► ССБ застосовують для:

• регулювання параметрів вапняних і кальцієвих глинистих розчинів;

• надання термостійкісті буровим розчинам до 190 — 200°С;

•розріджування розчинів(у суміші із каустичною содою).

Оптимальна добавка ССБ при первинній обробці 1—3% (з розрахунку на сухий продукт), при повторних обробках — не менше 1%. Для стабілізації високомінералізованих бурових розчинів необхідна кількість добавки може сягати 20—30%.

Суттєвим недоліком відомих марок ССБ є їх висока піноутворююча здатність. Для попе­редження або ліквідації цього додають піногасники (МАС-200, Т-66 (80), триксан та ін.).

При комбінуванні добавок ССБ і ВЛР, ССБ і хроматів та інших досягають більшого техноло­гічного ефекту і економії витрат ССБ.

КССБ є продуктом конденсації відходів целюлозно-паперового виробництва з формальдегі­дом і фенолом в кислому середовищі з наступною нейтралізацією лугом.

Відомі основні марки даного реагенту:

•КССБ-1 — з добавкою 1% фенолу;

•КССБ-2— з добавкою 2% фенолу в кислому середовищі з наступною нейтралізацією лугом;

• КССБ-4 готують окисленням лігносульфонатів хромпіком і конденсацією з формальдегідом в сірчанокислому середовищі з наступною нейтралізацією каустичною содою.

Всі марки КССБ готують також у вигляді порошків; їх водні розчини можуть відрізня­тися густиною, значенням рН.

► КССБ застосовують для:

• зниження показника фільтрації бурових розчинів (як прісних, так і мінералізованих при нормальній і підвищеній температурі);

• зни­ження в'язкості кальцієвих бурових розчинів.

При обробці мінералізованих розчинів краще застосовувати КССБ разом із КМЦ у співвідно­шенні від 1:1 до 5:1. Додають КССБ у вигляді водного розчину 20— 30-процентної концентрації або у сухому вигляді.

Якщо добавка перевищує 4%, то можливе запінення розчину, яке усувають додаванням піногасника — синтетичних вищих жирних спиртів (СВЖС), соапстоку, сивушних масел, ГКЖ-10 та ін.

Найбільш ефективне застосування КССБ у розчинах з рН= 9,5—10,5.

В Україні, зокрема, одну з модифікацій КССБ — конденсований лігносульфонат моди­фікований (КЛСМ) — виготовляють на Вигодському хімзаводі (сел. Вигода Долинського р-ну Івано-Франківської обл.).

ХССБ одержують окисленням ССБ хлором з наступною нейтралізацією продуктів реакції лугом.

ФХЛС — це продукт взаємодії сульфіт-дріжджової барди з сірчанокислим залізом і біхроматом натрію.

Лігносульфонати тривалентних катіонів заліза і хрому стабільніші, ніж лігносульфонати кальцію чи натрію. Вони підвищують термостійкість бурових розчинів. Із збільшенням вмісту іонів хрому ФХЛС набуває властивості знижувати в'язкість, а із збільшенням катіонів заліза — знижувати показник фільтрації.

► ФХЛС застосовують для:

• зниження в'язкості гіпсових бурових розчинів;

• зниження показника фільтрації бурових розчинів.

• посилення інгібуючих властивостей бурових розчинів (до ФХЛС додають гіпс (CaSO₄· 2H₂O) в кількості 2—3%, каїніт (КСІ· MgS0₄·3H₂0) — 4—5% або суміш КСІ і NaCl - 3%.

Для обробки застосовують реагент у сухому вигляді або у вигляді ЗО— 40-процентного водного розчину, додавши попередньо каустичну соду для підтримання рН в межах від 8,5 до 9,5. Як правило, необхідно додати 20% NaOH від маси ФХЛС з розрахунку на суху речовину.

Опти­мальна добавка при первинній обробці бурового розчину — 2—3%, при повторних — 0,2—0,5% (з розрахунку на суху речовину).

Для покращання технологічних характеристик ФХЛС до розчину додають нафту або інші змащу­вальні добавки.

Сухий ФХЛС належить до групи нетоксичних сполук і алергічної дії не спричиняє.

Фенольно-лігнінові реагенти. Це сполуки переважно рослинного походження. Лігнін входить до складу деревини і різних рослин. У деревині його вміст може складати від 35 до 90%. Лігнін містить суміш різних полімерів з метаксильними групами — ОСН₃ і гідроксильними групами — ОН.

Спосіб переробки деревини визначає можливість одержання різних хімреагентів для обробки бурових розчинів.

Нітралігнін. Сировиною для одержання нітролігніну слугує гідролізний лігнін, що є відхо­дом виробництва спирту з деревини, а також відходом переробки різних рослин (кукурудзи, бавовни, соняшника та ін.).

Продукт як реагент для обробки бурових розчинів випускають у вигляді жовто-коричневого сипкого порошку, який добре розчиняється у лужних розчинах.

► Нітролігнін застосовують для розрідження (зниження в'язкості, СНЗ) прісних, вапняних, слабомінералізованих, а також сильномінералізованих бурових розчинів.

Термостійкість реагенту — 130°С, але її можна підвищувати, додаючи хромати.

Оптимальна добавка нітролігніну з розрахунку на сухий продукт становить:

•до прісних, вапняних і слабомінералізованих розчинів — 0,2—0,3%;

• до високомінералізованих — 0,5—0,6%.

Для обробки бурових розчинів застосовують 5-процентні лужно-водні розчини.

Хлорлігнін. Одержують реагент хлоруванням гідролізованого лігніну хлорною водою або газо­подібним хлором.

За властивостями хлорлігнін близький до нітролігніну, але дещо поступається йому в активності.

Використовують його у вигляді 5-процентних розчинів у 1—2-процентних розчинах лугу.

Суніл. Одержують суніл сульфуванням нітролігніну солями сірчистої кислоти (бісульфіт або піросульфіт натрію та ін.) в нейтральному середовищі з наступною нейтралізацією 20-процентним розчином лугу. Суніл є полімером, що має глобулярну форму.

► Суніл застосовують для:

• зниження в'язкості всіх типів глинистих розчинів;

• обмеження набрякання глинистих порід;

• зниження показника фільтрації мінералізованих розчинів.

Застосовують його у вигляді 10-процентного розчину, 0,1—0,2% якого (з розрахунку на сухий продукт) достатньо для зниження в'язкості від не вимірюваних значень до 25—30 с. Термостійкість сунілу становить 160°С.

Перевагою сунілу є й те, що для його розчинення не потрібно лугу (це дуже важливо для застосування реагенту в умовах буріння гірських порід, складених сланцями, схильними до обвалювання).

Недоліком сунілу є те, що він не досить ефективно понижує СНЗ надважких бурових розчинів (2200—2300 кг/м³).

Квебрахо. Цей реагент одержують шляхом екстракції розчинами лугів подрібнених дерев квебрахо, що ростуть у Південній Америці.

► Реагент ефективно знижує в'язкість, сприяє зниженню показника фільтрації і СНЗ.

Застосовують квебрахо в суміші з 10—40% бурого вугілля.

Крохмальний реагент (КР) продукують шляхом клейстеризації крохмалю водними розчинами NaOH. Найбільш поширені реагенти з концентрацією 5—8% крохмалю у воді і з співвідношенням крох­малю і лугу від 5:1 до 5:2. Крохмаль вилучають із зерна кукурудзи (маїсовий), пшениці, рису, із коренів і бульб рослин (картопляний, тапіоковий).

► Крохмальний реагент застосовують для:

• зниження показ­ника фільтрації при обробці прісних розчинів (<3 % NaCl);

• зниження в'язкості та показ­ника фільтрації при обробці мінералізованих розчинів (із загальною мінералізацією понад 15%).

Додають його або в сухому вигляді, або найчастіше у вигляді 5—10-процентного розчину, підтримуючи високі значення рН. Стабілізуючу здатність крохмальних реагентів можна підвищу­вати шляхом комбінування його з КМЦ, гіпаном та ін. Недоліком цих реагентів є схильність до ферментативного розкладу і обмежена термостійкість (100—120°С).

Відомі різні модифікації крохмальних реагентів (МК). Вони пов'язані головним чином із способом готування реагенту (наприклад, екструзивним) та природою і комбінацією антиферментуючих добавок (параформальдегідів, сульфідів, піридинів та ін).

Гуарова смола. Вона є природним полімером — неіоногенним полісахаридом з розгалуженим ланцюгом. Джерелом одержання гуарової смоли є однорічна морозостійка бобова культура, яку вирощують в штаті Техас (США). Реагент продукують у порошкоподібному вигляді.

► Головне призначення гуарової смоли — зниження показника фільтрації і підвищення стійкості стовбура свердловин.

Обмеження щодо обсягів застосування пов'язані з малою термостійкістю і схильністю до ферментативного розкладу. Умови застосування гуарової смоли такі самі, як крохмальних реагентів вітчизняного виробництва.

Реагенти на основі целюлози. Целюлоза складає основу рослинних клітин; 70—80.% целюлози міститься у деревині, у волокні бавовни — понад 90% (природній полімер).

Целюлоза важко піддається хімічному модифікуванню. Передусім для одержання хімічних реагентів здійснюють її лужну обробку.

До таких належать:

• карбоксиметилцелюлоза(КМЦ);

• гідроксиетилцелюлоза(ГЕЦ);

• сульфатцелюлоза(СЦ);