Технологическая характеристика глин

15.07.2019

Глины и глинопорошки, используемые для приготовления и регулирования свойств промывочных жидкостей, обычно состоят из смеси различных глинистых минералов (монтмориллонита, гидрослюды, палыгорскита, каолинита и др.), но существуют месторождения с мономинеральным или близким к мономинеральному составам. К числу мономинеральных относятся аскангель, саригюх, черкасский бентонит, черкасский палыгорскит и др.

Бентониты получили большое распространение в нефтедобывающей промышленности. Бентонитами принято называть такие глины, в которых содержание минералов монтмориллонита и бейделлита превышает 75% и которые образовались из изверженных пород и вулканических пеплов. Иногда бентонитами условно называют глинистые породы, содержащие в основном минерал монтмориллонит, но не имеющие вулканического происхождения.

Бентониты принято подразделять на щелочные бентониты, щелочноземельные бентониты, щелочные суббентониты и щелочно-земельные суббентониты. В составе обменной емкости щелочных бентонитов преобладают одновалентные металлы Na+ и K+- Щелочные бентониты хорошо набухают, увеличиваясь в объеме в несколько раз, суспензии щелочных бентонитов характеризуются высокой тик-сотропностью и высоким осмотическим давлением. При сравнительно низкой концентрации в воде (6—8%)’ щелочные бентониты образуют высоковязкие суспензии, что делает применение натриевых бентонитов в бурении чрезвычайно экономически выгодным. В отличие от суббентонитов коллоидно-химические свойства бентонитов не изменяются после кипячения их с 25%-ной серной кислотой в течение 30 мин с последующей промывкой и обработкой хлористым натрием.

Щелочные бентониты могут переходить в щелочноземельные при обработке их растворами щелочноземельных металлов. Щелочноземельные (кальциевые) бентониты в естественном виде не обладают особыми преимуществами по сравнению с полиминеральными глинами, но после перевода их в натриевую форму (путем обработки кальцинированной содой) приобретают положительные свойства натриевых бентонитов. Щелочноземельные бентониты имеют низкое осмотическое давление, слабо набухают и слабо диспергируются в воде. Устойчивые водные суспензии из щелочноземельных бентонитов могут образоваться при их более высоких концентрациях.

Щелочные и щелочноземельные суббентониты отличаются от соответствующих бентонитов менее выраженными коллоидными свойствами и меньшей набухаемостыо. При кипячении их с серной кислотой 25%-ной концентрации и последующей обработке KaCl суббентониты в отличие от бентонитов резко теряют первоначальные свойства.

В буровой практике США принято делить глины на бентонитовые и «прочие», хотя В.Ф. Роджерс приводит и другую классификацию, основанную на величине выхода глинистого раствора вязкостью 15 спз из 1 т глины. Классификация В.Ф. Роджерса приведена в табл. 23.
Технологическая характеристика глин

Р. Грим приводит более подробную характеристику месторождений глин, используемых для приготовления глинистых растворов в США (табл. 24).

Характеристики некоторых глин и глинопорошков, используемых для приготовления глинистых растворов в СССР, показаны в табл. 25 и 26. Анализируя данные о применении глин и глинопорошков для приготовления глинистых растворов, можно сделать вывод, что основным показателем, определяющим качество глины, является расход ее на приготовление 1 м3 промывочной жидкости или (что одно и то же) выход глинистого раствора из 1 т глины. Можно также заметить, что большой выход глинистого раствора дают бентонитовые глины. Однако и между бентонитами имеется довольно существенная разница. Так, калифорнийский гекторит дает 23 м3 из 1 т глины, вайомингский — 18 м3, саригюхский — 14 м3, а техасский — всего 2,6 м3. Как видим, принадлежность к бентонитам не всегда определяет качество глины.

А.И. Золотарева и др. установили, что химическая активация горбского и городищенского глинопорошков позволяет значительно улучшить коллоидно-химические, структурно-механические и фильтрационные свойства глинистых растворов. Это способствует снижению расхода глинопорошков при бурении. По эффективности влияния изученные реагенты располагаются в следующем порядке: фтористый натрий, кальцинированная сода, пирофосфат натрия, каустическая сода, триполифосфат натрия, сульфат натрия. В промышленных условиях лучше пользоваться кальцинированной содой, оптимальная добавка которой для горбской глины составляет 3%, а для городищенской — 2%. Возможность использования различных глин и глинопорошков для приготовления глинистых растворов и оценка их технологических свойств могут осуществляться но следующим основным технологическим показателям, которые в свою очередь зависят от минералогического состава, величины и состава обменного комплекса глин.

1. Расход на приготовление 1 м3 глинистого раствора или выход глинистого раствора из 1 т глины.

2. Содержание песка в глинистом растворе, т. е. количество Heраспустившихся частиц.

3. Водоотдача глинистого раствора с нормальной концентрацией глины (нормальной концентрацией считается такая, при которой вязкость глинистого раствора составляет 25±1 с).

4. Солестойкость необработанного глинистого раствора с нормальной концентрацией глины.

Водоотдача необработанного глинистого раствора на пресной воде сравнительно легко регулируется и поэтому при выборе глины не имеет столь существенного значения, как расход глины и содержание песка. Однако расход глины и водоотдача связаны между собой: чем меньше расход глины, тем меньше водоотдача и наоборот. Поэтому при выборе сырья отдают предпочтение тем глинам, которые обеспечивают более низкую водоотдачу при одинаковом расходе глины на приготовление 1 м3 глинистого раствора. В зависимости от расхода для приготовления 1 м3 глинистого раствора с нормальной вязкостью (25±1 с по СПВ-5) целесообразно разделить глины (глинопорошки) на четыре сорта. Глинопорошки и глинистые растворы должны иметь показатели, соответствующие приведенным в табл. 27.

Определение тонкости помола глинопорошков целесообразно производить мокрым способом. Для этого берут сита № 05 и № 0075 (с размерами отверстий соответственно 0,5 и 0,075 мм), смачивают их водопроводной водой и устанавливают сито № 05 над ситом № 0075. Затем отвешивают 10 г исследуемого глинопорошка, высыпают его на верхнее сито и промывают слабой струей воды (из промывалки) в течение 5—7 мин. После этого снимают сито № 05, смывают с него остаток в чашку, которую помещают в сушильный шкаф, сито № 0075 промывают еще в течение 5—7 мин и также смывают остаток в чашку, которую помещают в сушильный шкаф. После высушивания остаток глинопорошка взвешивают с точностью до 0,1 г и рассчитывают в процентах к первоначальной навеске.

Определение влажности производят двумя способами.

1. Навеску 50 г глинопорошка (с точностью до 0,1 г) помещают в сушильный шкаф в открытом металлическом или стеклянном сосуде. Толщина слоя не должна превышать 10 мм. Высушивают при температуре 100±5°С, пока разность между двумя последовательными взвешиваниями не будет превышать 0,1 г. Первое взвешивание производят не ранее чем через 6 ч, повторные — через каждый час. Для контрольного взвешивания образец вынимают из сушильного шкафа, охлаждают в эксикаторе с безводным хлористым кальцием или серной кислотой (концентрация не менее 94%, удельный вес 1,84 гс/см3) и взвешивают. Содержание влаги nв (в процентах) вычисляют с точностью до 1% по формуле

где P — вес влажного образца; P1 — вес высушенного образца.

2. Для ускорения определения влажности 10 г глинопорошка помещают в медную или алюминиевую чашку, чтобы толщина слоя не превышала 2 мм, и нагревают инфракрасной лампой, находящейся на расстоянии 15 см от поверхности порошка. Взвешивания производят через каждые 5 мин до постоянства веса. Расчет ведут по вышеприведенной формуле.

Солестойкость глины целесообразно определять путем добавления 20% поваренной соли в глинистый раствор, имеющий вязкость 25±1 с. Если при этом соленый глинистый раствор отвечает приведенным ниже требованиям, то данную глину считают солестойкой:

а) вязкость соленого глинистого раствора не должна превышать вязкость пресного раствора более чем на 15 с и не должна уменьшаться при повторной проверке через трое суток;

б) водоотдача соленого глинистого раствора не должна превышать водоотдачу пресного раствора более чем на 30%.

Для проверки солестойкости берут 400 г солеустойчивой глины или глинопорошка, смешивают с равным повесу количеством воды и оставляют в покое на 30 мин. Затем полученный глинистый раствор размешивают с помощью механической пропеллерной мешалки со скоростью вращения 500—800 об/мин в течение 1 ч. После перемешивания вязкость раствора разбавлением водой доводят до 25±1 с и определяют основные параметры. Для определения солеустойчивости в оставшийся глинистый раствор вводят 20% NaCl, перемешивают в течение 15 мин и вновь определяют параметры. Через трое суток повторяют измерения. Параметры глинистых растворов, приготовленных из солестойких глин, мало изменяются при увеличении концентрации соли. В табл. 28 показаны основные параметры глинистого раствора из солестойкого черкасского палы-горскита.

Следует отличать истинную солестойкость от временной. Некоторые глины проявляют удовлетворительную солестойкость сразу же после добавления соли, однако параметры глинистого раствора, в котором содержится соль, ухудшаются во времени. Такие глинистые растворы не стабильны, что может быть обнаружено при повторном определении параметров через трое суток.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна