Палыгорскитовые глинистые растворы

Химическая обработка минерализованных глинистых растворов представляет весьма трудную задачу и приводит к значительным расходам дорогостоящих химических реагентов. Одним из путей уменьшения стоимости промывочных жидкостей при разбуривании соленосных отложений является применение палыгорскитовых растворов.

Палыгорскиты (аттапульгиты) обладают полезными свойствами. Глинистые растворы, приготовленные из палыгорскита, отличаются тем, что при попадании в них соли основные параметры (В, Т, 0) мало изменяются, не происходит ни резкого загустевания, ни коагуляционного разжижения. Палыгорскитовые растворы, по зарубежным данным, имеют и ряд недостатков, главными из которых являются большой расход химических реагентов для снижения водоотдачи по сравнению с глинистыми растворами из обычных глин и трудности, возникающие при попытках снижения вязкости и статического напряжения сдвига, что особенно важно при бурении газовых скважин.

Исследования солеустойчивости палыгорскитов, отобранных на месторождениях, не имеющих промышленного значения, показали, что палыгорскит одинаково хорошо набухает в пресной воде и соленой, суспензии палыгорскита отличаются повышенной агрегативной устойчивостью по сравнению с суспензиями, приготовленными из других глин. Добавки исследованных палыгорскитов к деструктурированным глинистым растворам (содержащим 25% соли и 2% КМЦ) в количестве всего 5—8% приводят к резкому их загустеванию, в то время как добавки кудиновской глины или аскангеля не оказывают заметного воздействия на структурно-механические свойства суспензии.

В 1959 г. Е.Г. Куковский и А.Б. Островская впервые обнаружили промышленные запасы палыгорскитов, входящих в состав Черкасского месторождения. Последующими исследованиями было установлено, что наибольшее содержание минерала палыгорскита приурочено к третьему слою Черкасского месторождения. Достаточно большое скопление палыгорскита (около 50%) наблюдается и в четвертом слое.

Исследования свойств глинистых растворов, приготовленных из черкасских палыгорскитов, показали, что черкасские палыгорскиты набухают сильнее в пресной воде, чем в минерализованной, и их набухаемость уменьшается с увеличением концентрации соли. Отмечается повышенная седиментационная устойчивость черкасских палыгорскитов в минерализованных глинистых растворах.

С целью изучения особенностей минерализованных глинистых растворов, приготовленных из различных по минералогическому составу глин, нами были проведены исследования. Нa рис. 55 представлены зависимости вязкости глинистых растворов, приготовленных из различных глин, от концентрации поваренной соли. При добавлении соли вязкость глинистого раствора, приготовленного из часовъярского монотермита, резко повышается уже при содержании 1,5—2% NaCl, вязкость суспензий палыгорскита мало изменяется при увеличении концентрации NaCl до 20%, а вязкость суспензий бентонита несколько понижается.

На рис. 56 показаны зависимости вязкости глинистых растворов от содержания соли для глинопорошка из часовъярской глины, выпускаемой Константиновским заводом «Утяжелитель», и для смесей этого порошка с черкасскими палыгорскитами. Как видно из рис. 56, вязкость глинистого раствора из часовъярского глинопорошка становится неудовлетворительной уже при попадании в его состав свыше 1% NaCl. Добавка 10% палыгорскита к часовъярскому глинопорошку обеспечивает стабилизацию вязкости при наличии не более 2% соли. Повышение содержания палыгорскита до 30% (от общего количества глины) стабилизирует вязкость уже при минерализации 5%. Количество палыгорскита, которое нужно добавить к часовъярскому глинопорошку для стабилизации вязкости глинистого раствора при разной минерализации, приведено в табл. 39.

Вязкость глинистых растворов, приготовленных из черкасских палыгорскитов, остается удовлетворительной даже при насыщении глинистого раствора солью.

Изменение водоотдачи глинистых растворов, приготовленных из разных глин, показано на рис. 57. Из рис. 57 видно, что глинистые растворы из черкасских палыгорскитов при отсутствии минерализации имеют большую водоотдачу, чем растворы, приготовленные из краснодарского глинопорошка и саригюхского бентонита. С увеличением минерализации (NaCl) водоотдача палыгорскитовых глинистых растворов почти не изменяется, в то время как водоотдача глинистых растворов, приготовленных из бентонита, увеличивается в 5—6 раз.

Изучение солестойкости глин разных месторождений и пластов показало, что наибольшей коагуляционной устойчивостью обладают черкасские палыгорскита (3-й и 4-й слои). Глинистые растворы из бентонитовых глин под действием NaCl быстро теряют рабочие свойства (повышается водоотдача и понижается стабильность). Глинистые растворы из часовъярских глин под действием даже небольшого количества NaCl сильно загустевают. Таким образом, при использовании бентонитовых глинистых растворов для бурения в соленосных отложениях основной задачей является снижение водоотдачи и повышение стабильности. При использовании глин с пониженным монтмориллонитовым составом основной задачей является снижение вязкости.

Действие добавок черкасских палыгорскитов к минерализованным глинистым растворам изучалось в сравнении с действием бентонитового глинопорошка, выпускаемого Краснодарским заводом. Для этого готовился исходный глинистый раствор из кудиновской глины на соленой воде. Часть его обрабатывалась 1% КМЦ. Затем обе части приготовленного таким образом раствора делились пополам. К одной части добавлялся глинопорошок из палыгорскита, а к другой, для сопоставления,— бентонитовый глинопорошок. Результаты, представленные на рис. 58, показывают, что хотя палыгорскит несколько сильнее загущает раствор, но большой разницы в действии черкасского палыгорскита и обычного бентонита на структурно-механические свойства глинистых растворов не наблюдается. При добавках палыгорскита, так же как и бентонита, заметный рост структурно-механических показателей глинистых растворов наблюдается только после введения 20% глины. Эти результаты свидетельствуют о большом различии между теми образцами, которые были использованы в работе и глинами Черкасского месторождения. Следует отметить снижение водоотдачи при введении глины в соленый раствор, не содержащий КМЦ (см. рис. 58).

Причем при добавках палыгорскита водоотдача снижается на большую величину, чем при добавках бентонитового глинопорошка.

В другом случае (рис. 59) водоотдача повышается с увеличением концентрации глины, когда глинопорошки добавлялись в соленый раствор, содержащий КМЦ.

Таким образом, в результате исследований было установлено, что использование черкасского палыгорскита для повышения структурно-механических показателей глинистых растворов не является особой функцией исследуемых глин, так как эту задачу с тем же успехом можно решать и с помощью обычных глин. Для повышения структурно-механических свойств глинистых растворов (в случае необходимости) более целесообразно применять обычный глинопорошок, например из часовъярской глины. Суспензии этой глины, как и других глин группы каолина, характеризуются резким повышением вязкости при минерализации. Черкасский палыгорскит набухает и диспергируется больше в пресной воде, чем в соленой, и с увеличением концентрации соли набухание замедляется.

Результаты исследований черкасских палыгорскитов дали возможность рекомендовать проведение промышленных испытаний в районах, где в результате попадания соли (NaCl) в глинистый раствор требуется большой расход химических реагентов-понизителей водоотдачи. Вследствие того, что параметры глинистых растворов из палыгорскитов при попадании в них соли изменяются незначительно, применение таких растворов при разбуривании соленосных отложений должно способствовать снижению расхода химических реагентов.

Первые промышленные испытания палыгорскитового раствора, проведенные автором совместно с А.М. Лазукиной в тресте Станиславбурнефть, подтвердили правильность этих выводов. Скв. 517 была пробурена в соленосных отложениях без химической обработки. На этой скважине было достигнуто сокращение стоимости промывочной жидкости, значительно повысилась устойчивость стенок, скважины, что отразилось на резком сокращении числа проработок. Подобные результаты были также достигнуты при использовании палыгорскитовых глинистых растворов в Казахстане и Узбекистане. Благодаря применению палыгорскитовых растворов при бурении наклонной скважины в соленосных породах на месторождении Урта-Булак были достигнуты значительная экономия химических реагентов и ускорение работ. На основе промышленных испытаний разработаны следующие рекомендации по применению палыгорскитовых глинистых растворов.

1. Палыгорскитовый глинистый раствор приготовляют с помощью обычных механизмов (фрезерно-метательная мельница, глиномешалка и т. п.) путем перемешивания палыгорскитового порошка (или комового палыгорскита) с пресной водой с последующим насыщением солью в случае необходимости.

2. Снижение вязкости палыгорскитового раствора достигается разбавлением минерализованной (или пресной) водой.

3. Повышение вязкости осуществляется путем добавления свежеприготовленного на пресной воде палыгорскитового раствора с повышенной концентрацией глины.

4. Если во время бурения водоотдача повысилась, то ее снижают путем введения свежеприготовленного палыгорскитового раствора.

5. При бурении рекомендуется добавлять в палыгорскитовый раствор около 10% нефти.

6. Производить химическую обработку палыгорскитовых глинистых растворов, за редким исключением, нецелесообразно.

Химические необработанные палыгорскитовые глинистые растворы могут быть использованы при разбуривании соленосных и глинистых пород в том случае, если в разрезе не встречаются проницаемые пласты большой мощности.