Солестойкость глин и химических реагентов

15.07.2019

Попадание водорастворимых солей в глинистые растворы приводит к резкому изменению параметров: загустеванию или разжижению, повышению водоотдачи, потере стабильности. Меньше других подвержены указанным явлениям палыгорскитовые глинистые растворы. Однако палыгорскитовые растворы имеют довольно высокую водоотдачу и поэтому могут быть использованы в том случае, если разрез скважины сложен в основном непроницаемыми породами. Если же соленосные породы сочетаются с проницаемыми породами, имеющими большую мощность, то повышенная водоотдача недопустима. При большой водоотдаче на стенках скважины образуется толстая фильтрационная корка, которая при остановке циркуляции быстро нарастает и упрочняется под действием температуры и перепада давлений и может привести к прихвату бурильной колонны. Кроме задачи поддержания низкой водоотдачи минерализованных глинистых растворов, не меньшее значение имеет регулирование вязкости и предельного статического напряжения сдвига. В одних случаях эти задачи связаны с необходимостью уменьшения Т, 01 и 010, в других — повышения и сохранения стабильности глинистых растворов. Указанные явления в первую очередь зависят от концентрации солей в глинистом растворе. Поэтому необходимо рассмотреть регулирование параметров глинистых растворов по группам в зависимости от концентрации солей.

Минерализованные глинистые растворы можно разбить на четыре группы в зависимости от концентрации солей: слабоминерализованные 1—3% NaCl; минерализованные 3—10% NaCl; высокоминерализованные 10%— до насыщения NaCl; минерализованные хлористым кальцием — больше 0,2% CaCl2.

Химическая обработка слабоминерализованных глинистых растворов не вызывает особых затруднений. Па слабоминерализованные глинистые растворы действуют- практически все понизители водоотдачи и понизители вязкости, но с несколько меньшей эффективностью, чем в пресных глинистых растворах. При 3%-ной концентрации NaCl особенно заметно снижается эффективность таких реагентов, как УЩР, нитролигнин, хлорлигнин, ПФЛХ. Действие NaCl на глинистые растворы из саригюхского бентонита, кудиновского монотермита и нефтеабадского глинопорошка показано в табл. 40.

Небольшие добавки NaCl вызывают повышение вязкости и предельного статического напряжения сдвига и увеличение водоотдачи. У бентонитовых глинистых растворов максимум Т и 0 наблюдается при более низких концентрациях NaCl (1%), а при дальнейшем увеличения концентрации NaCl происходит коагуляционное разжижение. Для глинистых растворов, содержащих в основном минералы группы каолина, максимум Г и 0 наступает при значительно более высоких концентрациях NaCl (свыше 10%) и, следовательно, в данном случае повышение минерализации вызывает повышение вязкости и предельного статического напряжения сдвига.

При максимальной для данной группы концентрации соли большинство щелочных реагентов, в которых преобладают гидроксильные группы ОН-, перестают действовать. К числу таких реагентов относятся нитролигнии, ПФЛХ. Для снижения водоотдачи слабоминерализованных глинистых растворов можно использовать КССБ, сунил, КМЦ, водорослевый реагент, гипан. При концентрации NaCl до 3% и при приготовлении глинистых растворов на морской воде может быть использован УЩР, хотя его активность при этом уменьшается. Действие перечисленных реагентов на параметры глинистых растворов показано в табл. 41.

Наибольшее снижение водоотдачи достигается при использовании гипана, водорослевого реагента и КМЦ. Однако гипан и водорослевый реагент повышают Т и 0, а КМЦ снижает предельное статическое напряжение сдвига. Поэтому использование гипана, КМЦ и BP для обработки слабоминерализованных утяжеленных глинистых растворов ограничено. Наиболее перспективными химическими реагентами для обработки слабоминерализованных глинистых растворов являются КССБ и сунил, а при низких концентрациях NaCl (до 1,5%) — УЩР, нитролигнин и ПФЛХ.

Минерализованные глинистые растворы, содержащие 3—10% NaCl. В этом интервале минерализации происходит разжижение глинистых суспензий из бентонитов и загустевание глинистых суспензий, содержащих минералы группы каолина, что можно проследить по данным табл. 42 в сравнении с данными табл. 40.

Для снижения водоотдачи минерализованных глинистых растворов могут быть использованы следующие реагенты: КССБ, КМЦ, BP, KP, гипан, сунил. Однако действие перечисленных реагентов на реологические параметры различно. Водорослевый и крахмальный реагенты, а также гипан вызывают повышение вязкости. Поэтому гипан, BP и KP могут быть использованы только при комбинированной обработке совместно с КМЦ, которая в данном случае выступает как понизитель вязкости и особенно предельного статического напряжения сдвига. Однако при использовании КМЦ для химической обработки минерализованных глинистых растворов существует опасность деструкции с потерей стабильности, приводящей к выпадению твердой фазы из промывочной жидкости. Больше других соответствуют задачам химической обработки минерализованных глинистых растворов КССБ и сунил, которые снижают водоотдачу, но не вызывают деструкции. Хорошие результаты могут быть получены при совместном использовании КМЦ, КССБ и сунила. В этом случае достигаются низкие водоотдачи и необходимая вязкость без опасности деструкции. Непременным спутником КССБ являются пеногасители.

Химическая обработка высокоминерализованных глинистых растворов вызывает наибольшие трудности, особенно в случае насыщения водной фазы растворимыми солями. Действие высоких концентраций NaCl на глинистые растворы показано в табл. 43 (в сравнении с табл. 40).

В концентрированных растворах KaCl и KCl, по-видимому, не содержится свободной воды, так как вся вода, из-за высокой концентрации солей вошла в их первые сольватные оболочки. Границы полной гидратации (ГПГ), по К.П. Мищенко, для NaCl и KCl имеют значения (при 25°С), указанные в табл. 44.
Солестойкость глин и химических реагентов

Химические реагенты в большей мере подвержены действию водорастворимых солей. При увеличении концентрации солей в растворе наблюдается переход от растянутой формы молекулы к глобулярной. При образовании клубка расстояние между отдельными звеньями молекулы уменьшается, что приводит к возникновению внутримолекулярных связей. Глобулярная (сжатая) конформация молекул в растворе характеризуется минимальным эффективным гидродинамическим объемом и высоким содержанием внутримолекулярных связей, тогда как развернутая конформация характеризуется большим гидродинамическим объемом молекул и отсутствием спирализованных участков. Концентрация внутримолекулярных карбоксил-карбоксильных Н-связей в глобулах значительно выше, чем межцепных, потому что локальная концентрация их внутри клубка намного выше средней концентрации в растворе.

Свойства молекул полиэлектролитов, как показали исследования, в солевых растворах аналогичны свойствам незаряженных молекул в хороших растворителях. Между цепями молекул или их отдельными звеньями образуются в основном гидрофобные связи, агрегаты молекул уменьшаются в объеме, происходит свертывание молекул в клубки. Это подтверждается результатами исследований зависимости вязкости водных растворов от концентрации NaCl, приведенными на рис. 60. На рис. 60 отчетливо видно резкое уменьшение вязкости водных растворов реагентов при увеличении концентрации NaCl, что свидетельствует о глобулизации большинства химических реагентов. Глобулизация начинается уже при небольших концентрациях NaCl, и для разных реагентов заканчиваются в интервале 10—15% соли. При дальнейшем повышении концентрации NaCl до 20—25% возникают ассоциации молекул, что можно наблюдать по повышению вязкости водных растворов реагентов в этом интервале концентраций. Обращает на себя внимание различие в способности исследованных полимеров сохранять высокую вязкость при повышении концентрации NaCl в растворе. Как показали исследования, способность полимеров сохранять высокую вязкость при увеличении минерализации связана с их способностью снижать скорость фильтрации глинистых суспензий: полимеры, водные растворы которых имеют более высокую вязкость, более эффективно снижают скорость фильтрации глинистых суспензий.

С целью изучения механизма снижения водоотдачи минерализованных глинистых суспензий высокомолекулярными водорастворимыми полимерами в глинистые суспензии, приготовленные из глинопорошка Биклянского глинокарьера и содержащие 20% NaCl, вводились водные растворы химических реагентов: крахмального (KP), одного из акриловых полимеров (К-4) и карбокси-метилцеллюлозы со средней степенью полимеризации 600 (КМЦ-600). Были получены зависимости водоотдачи суспензий В, коэффициентов преломления центрифугатов n1 и фильтратов n2 глинистых суспензий от концентрации каждого из полимеров (в пересчете па абсолютно сухое вещество), которые представлены на рис. 61—63. На рис. 63 показана также зависимость водоотдачи от концентрации водного раствора крахмального реагента без глины (кривая 2). Рефракция водных растворов, центрифугатов и фильтратов глинистых суспензий определялась с помощью рефрактометра ИРФ-22.

Анализ результатов экспериментов позволил выяснить ряд особенностей, из которых наиболее интересной оказалась взаимосвязь между водоотдачей и концентрацией реагентов в фильтратах глинистых суспензий. С уменьшением рефракции фильтратов уменьшается также и водоотдача. При введении небольших количеств полимеров (до 0,5%) в минерализованные глинистые суспензии происходит некоторое увеличение В и n2, что свидетельствует о глобуляции полимеров. При дальнейшем повышении концентрации полимеров в суспензии уменьшается их концентрация в фильтрате и одновременно снижается водоотдача. В то же время концентрация полимера в центрифугате глинистой суспензии закономерно растет с ростом концентрации полимера в суспензии. Расхождение кривых, отображающих величины n1 и n2, исключает вероятность адсорбции полимеров глиной, так как в случае адсорбции уменьшилась бы величина n1, которая, как мы убедились растет. Следовательно, уменьшение концентрации полимеров в фильтратах глинистых суспензий при увеличении их концентрации в самой суспензии свидетельствует о том, что при более высоких концентрациях благодаря гидрофобным связям растут размеры ассоциаций полимеров и они становятся настолько большими, что не проходят через тонкие каналы в фильтрационной корке.

О том, что причиной снижения водоотдачи является укрупнение молекул полимеров, свидетельствует также изменение скорости фильтрации водных растворов самих полимеров (без глины). Как видно из рис. 63 (кривая 2), водоотдача самого водного раствора KP также уменьшается с увеличением концентрации полимера. Одновременно с этим уменьшается и показатель преломления профильтровавшейся части этого водного раствора.

Проведенные исследования позволяют считать, что основой механизма снижения водоотдачи минерализованных глинистых суспензий является образование ассоциаций молекул полимеров при достижении определенной их концентрации в суспензии. Большое значение имеет также глобулизация молекул полимеров, которая приводит к заметному изменению свойств реагентов.

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