Застосування хлоркальцієвих глинистих розчинів найбільш ефективне під час буріння в аргілітових відкладах, схильних до осипання і обвалювання.

► Готують хлоркальцієвий глинистий розчин так: глинисту суспензію обробляють КМЦ і КССБ; одночасно з КССБ додають піногасник; відтак додають хлорид кальцію, вапно, каус­тичну соду. Для приготування 1 м³ розчину необхідно: глини — 80—200 кг; води — 870—920 л; КССБ - 50-70 кг; КМЦ (або крохмалю) - 10-20 кг; СаС1₂ - 10-20 кг; Са(ОН)₂ - 3-5 кг; NaOH — 3—5 кг; піногасника — 3—5 кг.

Вапно додають у вигляді вапняного молока густиною 1000—1200 кг/м³.

Хлорид кальцію виконує функцію інгібуючої добавки. Як відомо, полівалентні катіони зменшують ступінь гідратації і диспергування глин, що попереджує зростання в'язкості і СНЗ глинистого розчину. Хлорид кальцію, як недорога і доступна речовина, набув широкого застосування.

► Хімічна обробка. Для забезпечення необхідної інгібуючої дії вміст іонів кальцію у фільтраті хлоркальцієвого глинистого розчину має складати 3000—5000 мг/л. Сильний коагулюючий вплив іонів кальцію спричиняє великі ускладнення в регулюванні технологічних параметрів цього типу бурових розчинів. Виникає потреба у витратах значної кількості реагентів-стабілізаторів.

Так, для зниження показника фільтрації до 5—6 см³/30 хв необхідний вміст КССБ стано­вить 20—25% (об'ємних). Рекомендують покращувати властивості хлоркальцієвого розчину з допомогою додавання вапна, КССБ разом з КМЦ, крохмалем та ін.

Готують хлоркальцієвий глинистий розчин так: глинисту суспензію обробляють КМЦ і КССБ; одночасно з КССБ додають піногасник; відтак додають хлорид кальцію, вапно, каус­тичну соду. Для приготування 1 м³ розчину необхідно: глини — 80—200 кг; води — 870—920 л; КССБ - 50-70 кг; КМЦ (або крохмалю) - 10-20 кг; СаС1₂ - 10-20 кг; Са(ОН)₂ - 3-5 кг; NaOH — 3—5 кг; піногасника — 3—5 кг.

Хлоркалієвий буровий розчин

► Застосовують для зниження гідратації глин. Головним є те, що іони натрію на обмінних краях набухаючої глини монтморилоніту заміщуються дегідратованими іонами калію. Цей комплекс практично не розширюється. З цією метою в розчин вводять хлорид калію для забезпечення надлишкової кількості іонів калію, що конкурують із замінними іонами, які є в глинистих сланцях. Кількість хлориду калію залежить від кількості монтмори­лоніту, який є в пласті.

Параметри цього бурового розчину є такими: густина — 1300—1400 кг/м³; в'язкість — 45— 55 с; СНЗ — 90—100 дПа; показник фільтрації — менше 5 см³/30 хв; вміст К⁺ — 35—75 г/л; рН= 10-11.

► Приготування розчину зводиться до такого: вихідний розчин на основі прісної води роз­бавляють до густини 1100 кг/м³. Додають необхідну кількість хлориду калію (для отримання концентрації калію 1 г/л необхідно додати 1,91 кг хлориду калію на 1 м³).

► Хімічна обробка. На 1 м³ розсолу хлориду калію додають такі реагенти: каустичну соду 1—1,5 кг; високов'язку КМЦ 5 кг; малов'язку КМЦ 5 кг; обважнювач — у відповідності з розрахунком.

Для підтримки граничного ДНЗ іноді додають 1—2 кг полімеру на 1 м³ бурового розчину.

Оскільки іони калію взаємодіють з глинами або глинистими сланцями, необхідно постійно додавати хлорид калію для підтримки певної концентрації калію. Тому вміст калію слід вимірювати кожні 4 год.

Під час буріння на хлоркалієвому буровому розчині необхідно оптимально використати обладнання для вилучення твердої фази та забезпечити контроль за густиною. Оскільки вибурена глина в калієвому середовищі не набухає, то не виникає особливих проблем з гелеутворенням.

У таблиці 6.9 наведено перелік хімреагентів і матеріалів, які використовуються в хлоркалієвих бурових розчинах.

Таблиця 6.9− Хімреагенти і матеріали для обробки хлоркалієвих розчинів

Карбонатний буровий розчин

► Карбонатний буровий розчин застосовують під час буріння продуктивних зон.

Середні показники розчину є такими: густина 1010—1500 кг/м³; в'язкість 45—60 с; показник фільтрації близько 2 см³/30 хв.; рН = 10—11; вміст Сl від 0 до 180 г/л.

Для того, щоб найменше пошкодити пласт, в якості обважнювача використовують доломіт, який розчиняється в кислоті. Найбільша густина розчину обмежується 1500 кг/м³. Солоність карбонатного розчину залежить від необхідної густини.

► Розчин готують таким чином. На 1 м³ прісної води додають: хлорид натрію (залежно від гус­тини); каустичну соду 1—1,5 кг/м³; високов'язку КМЦ близько 5 кг/м³; малов'язку КМЦ 10— 20 кг/м³; доломіт — у відповідності з розрахунком.

Для зменшення вмісту твердої фази густина розсолу, на якому готується буровий розчин, має бути на 0,05 меншою від необхідної густини бурового розчину. У такий розчин додають 1—2% (об'ємних) мастильних речовин.

Для одержання карбонатних розчинів в Україні застосовують такі способи:

через фрезерно-струминні млини додають до вихідного глинистого розчину крейду. Якщо вміст глини великий, то краще додавати крейду у вигляді суспензії; крейдяну суспензію готують у глиномішалці з додаванням невеликої кількості глинопорошку і потрібної кількості реагентів-стабілізаторів.

Прісні карбонатні розчини краще готувати на 10-процентному розчині ВЛР.

Часто приготування таких бурових розчинів проходить шляхом самозамісу під час розбурювання карбонатних відкладів із застосуванням технічної води. В розчині проходить нагромаджен­ня дрібнодисперсних фракцій крейди, вапняків і доломітів, а пізніше проводять їх пептизацію шляхом порційного додавання 4-процентної каустичної соди (NaOH).

Для зменшення ймовірності прихватів бурильних труб за рахунок перепаду тиску необхідно підтримувати показник фільтрації на максимально низькому рівні (близько 2 см³/30 хв). У розчин вводять 1—2% (об'ємних) мастильних речовин.

► Хімічна обробка. Стабільність одержуваної системи підвищують, додаючи до 1% NaCl або до 5% рідкого скла і ВЛР. При збільшенні мінералізації як стабілізатор застосовують КССБ.

У таблиці 6.10 вміщено перелік хімреагентів і матеріалів, які використовують зарубіжні фірмами для обробки карбонатних розчинів.

Таблиця 6.10 − Хімреагенти і матеріали зарубіжних фірм для обробки карбонатних розчинів

Силікатний буровий розчин

► Призначений для підвищення стійкості стовбура свердловини під час буріння в гірських породах, складених з аргілітів та глинистих сланців, схильних до осипання.

► Приготування. Силікатні глинисті розчини готують із звичайних глинистих розчинів шляхом додавання рідкого скла та реагентів, які знижують показник фільтрації і в'язкість.

Наприклад, безпосередньо на буровій заготовляють 5—6-процентний розчин КМЦ з таким розрахунком, щоб загальна кількість сухої КМЦ складала 0,5—1,0% від об'єму циркулюючого глинистого розчину. Далі розчин КМЦ змішують з рідким склом і додають в циркулюючу систему. Окремо їх додають у випадку приготування силікатного розчину до розкриття відкладів, що осипаються.

Залежно від природи реагенту-стабілізатора їх можна умовно поділити на такі типи:

• гуматно-силікатний;

• силікатний, оброблений КМЦ;

• силікатний, оброблений гіпаном;

• силікатний, оброблений крохмалем.

► Технологія приготування, наприклад, гуматно-силікатного розчину, полягає в тому, що спочатку вихідний розчин обробляють кальцинованою содою, додають рідке скло і ВЛР.

Під час буріння для обробки даного розчину застосовують їх суміш як реагент, що має такий склад: в 50—60% води розчиняють 20—25% ВЛР, потім додають 20—25% силікату натрію (рідкого скла).

На 1 м³ гуматно-силікатного розчину витрачають 40—80 л рідкого скла густиною 1480— 1500 кг/м³; 120—200 л ВЛР густиною 1040 кг/м³; 720—840 л води.

► Хімічна обробка. Ці розчини з часом схильні загущуватися. Тому необхідно додавати знижувачі в'язкості (поліфосфати, лігніни, ПФЛХ, суніл та ін.).

Зміцнююча дія силікатних розчинів в значній мірі залежить від концентрації рідкого скла; її підтримують у межах від 50 до 100 г/л. Підвищують зміцнюючу дію рідкого скла збільшенням модуля, тобто відношення SiO₂: Na₂0.

Силікатний розчин, який містить 15% рідкого скла, 0,5—1,0% КМЦ та невелику кількість розріджувача в'язкості, має такі властивості: умовна в'язкість — 25—40 с; показник фільтра­ції — 8—10 см³/30 хв; кірка - 1-2 мм; СНЗ за 1 хв/10 хв - 4-20/40—100 дПа; рН= 12—13.

Недоліком цих розчинів є надто велика чутливість до катіонів Са²⁺ і Mg²⁺, які утворюють з рідким склом нерозчинні сполуки.

Разом з тим силікатні розчини вирізняються з-поміж інших типів бурових розчинів високою термостійкістю.

Гіпсовий буровий розчин

► Гіпсові бурові розчини застосовуються при розкурюванні нестійких глинистих горизонтів.

Ці роз­чини (в порівнянні з глинистими) мають такі переваги:

• можливість роботи з високим допустимим відхиленням вмісту твердої фази в системі бурового розчину з густинои 1200 кг/м³ в порівнянні зі звичайним типом глинистого розчину на воді;

• висока стійкість стінок свердловини досягається за рахунок зменшення набухання глин;

• агрегація диспергованих частин глини іонами Са²⁺;

• здійснюється дефлокуляція агрегованих глин лігносульфонатами, що забезпечує низькі показники ДНЗ і усуває необхідність застосовувати розбавники;

• розчини є менш дорогими в порівнянні з інгібованими системами.

При бурінні на гіпсових розчинах відзначено, що:

• перетворення натрієвої глини на кальцієву глину не завжди буває повним, оскільки це залежить від часу та температури навіть при оптимальному вмісті Са²⁺ в фільтраті;

• допустиме відхилення вмісту твердої фази в системі гіпсового лігносульфонатного розчину більш високе в порівнянні з глинистим розчином на основі прісної води;

• робота з цим розчином є більш складною;

• при розбурюванні деяких пластів (практика США, Республіки Казахстан) спостерігалося намотування на долото глинистого сальника.

Усереднені параметри розчину: густина (максимальна) — 1300 кг/м³; в'язкість — 50 с; пластична в'язкість — 20 мПа-с; ДНЗ-72дПа; СНЗ (10хв) -96 дПа; рН- 10-11; лужна властивість фільтрату P_f — 0,5; показник фільтрації — 5—10 см³/30 хв.; вміст іонів кальцію Са²⁺ — 1000—1500 мг/л.

► Приготування. Для переведення глинистого розчину в гіпсовий практикують таку технологію: розбавляють глинистий розчин водою до в'язкості 30—35 с, відтак додають 1,1 — 1,7% ФХЛС і 0,15—0,30% лугу, а за наступний цикл — 1,2—1,5% гіпсу і захисний реагент-стабілізатор показника фільтрації.

Свіжий розчин готується так. На 1 м³ прісної води необхідно додати реагенти: 20 кг бентоніту, 1—1,5 кг каустичної соди, 10—15 кг гіпсу, 5 кг високов'язкої КМЦ, 2—4 кг малов'язкої КМЦ, обважнювач (барит або доломіт) — у відповідності з розрахунком.

Якщо розчин готують з того розчину, на якому починалося буріння, тоді його треба роз­бавити у співвідношенні 1:2 або 1:3 (залежно від лабораторного аналізу) та додати на 1 м³ розчину 1 — 1,5 кг каустичної соди, 10—15 кг гіпсу, 5 кг високов'язкої КМЦ, обважнювач — у відповідності з розрахунком.

► Хімічна обробка. У вітчизняній практиці буріння в'язкість гіпсових розчинів знижують добавками окзилу, феррохромлігносульфонату (ФХЛС), а показник фільтрації — конденсованою ССБ (КССБ), інколи — КМЦ. Для зниження коефіцієнта тертя додають 5—10% нафти, рН= 8,5—10,0 підтри­мують додаванням вапна, що одночасно сприяє додатковому інгібуванню набухання глини в розчині.

Вміст іонів Са²⁺ в гіпсових розчинах становить 700—1200 мг/л.

Під час буріння на гіпсовому буровому розчині необхідно оптимально використовувати обладнання для вилучення твердої фази та постійно контролювати густину і в'язкість. Будь-яка добавка в систему бурового розчину має містити гіпс (10 кг/м³) і каустичну соду (1 кг/м³).

Надлишок гіпсу необхідно контролювати кожні 8 год. Про його зменшення свідчить витрата кальцію, отже потрібно додати гіпсу.

Концентрацію Са²⁺ у фільтраті необхідно вимірювати кожні 4—8 год. Вміст розбавника по­трібно підтримувати на рівні 10 кг/м³. Зменшення вмісту розбавника може знизити межу флоку­ляції частинок глини, що збільшить загальну флокуляцію та призведе до збільшення в'язкості та СНЗ.

Показник рН має становити 10,5—11,5. При нижчому рН може збільшитися в'язкість та СНЗ через флокулюючу дію іонів Н⁺.

У таблиці 6.11 вказані хімреагенти і матеріали, які використовуються в гіпсовому лігносульфонатному буровому розчині.

Таблиця 6.11 − Хімреагенти і матеріали, що використовуються в гіпсовому розчині

Суспензії з конденсованою твердою фазою

Конденсаціяна відміну від диспергування є способом одержання колоїдних систем, який полягає в тому, що до розчину електролітів (розсолів) додають луги, які утворюють з іонами солей важкорозчинні сполуки.

Суспензії з конденсованою твердою фазою одержують з водних розчинів ряду солей (NaCl, KCl, MgCl₂, CaSO₄ та ін.) при додаванні лугів (NaOH, КОН, Са(ОН)₂)і невеликої кількості органічного реа­генту (крохмалу, лігносульфонатів, ефірів целюлози), а іноді і азбес­ту.

Найпоширеніші суспензії на базі MgCl₂,які називають гідрогелем магнію.

Буровий розчин на основі гідрогелю магнію.Ці розчини належать до дисперсних систем з конденсованою твердою фазою.

► Завдяки високій концентрації солей, суспензії з конденсованою твердою фазою володіють великою інгібуючою дією на глинисті породи, тому їх доцільно застосовувати при розбурюванні глинисто-хемогенних і хемогенних порід(загальна мінералізація яких становить 250—300 г/л із вмістом магнію 10—15 г/л).

Колоїдна фаза в них утворюється в результаті хімічних реакцій солі та лугу, тобто шляхом конденсації з рідких розчинів. Ці сполуки існують тільки при висо­кій загальній мінералізації розчину і вмісті іонів магнію не менше 10 г/л. У розсолах нижчої мінералізації утворюється тільки гідроксид магнію, про що може свідчити збільшення рН гідро­гелю до 10—11 і зниження міцності структури.

Азбест сприяє утворенню тіксотропної структури, а органічний реагент − роль сповільнювача процесу кристалізації.

Переваги цих роз­чинів (в порівнянні з глинистими) полягають у:

Суспензії на основі гідрогелю магнію (в порівнянні з глинистими розчинами) мають ряд переваг:

• низьку корозійну активність;

• не змінюють параметрів при попаданні в них цементного розчину і пластових вод; дозволяють проводити всі види геофізич­них досліджень;

• не знижують проникність продуктивних пластів;

• володіють високою морозостійкістю і обважнюючою здатністю;

• легко дегазуються.

До вад гідрогелей магнію належить відсутність ефективних за­ходів для попередження рекристалізації солей і збереженню на усті одержаної у вибійних умовах зрівноваженої системи.