Хлоркальциевые глинистые растворы

Глинистые растворы, в которые введен хлористый кальций (CaCl2), получили наименование хлор кальциевых. В периодической литературе иногда их называют высококальциевыми глинистыми растворами. В отличие от других ингибиторов хлористый кальций хорошо растворим в воде, в результате чего его ингибирующая способность значительно превосходит действие таких ингибиторов, как известь и гипс. Ингибирующее действие извести и гипса достаточно для того, чтобы защищать глинистые растворы от загрязнения выбуренной породой и недостаточно для сохранения устойчивости стенок скважины. Хлористый кальций эффективно повышает устойчивость стенок скважин, что объясняется более высокой концентрацией свободных катионов Ca2+. Растворимость хлористого кальция настолько велика, что позволяет увеличивать концентрацию Ca2+ до любых необходимых пределов.

Химическая основа крепящего действия высококальциевых глинистых растворов определяется главным образом способностью ионов кальция вступать во взаимодействие с глинистыми породами, в результате чего повышается связность и снижается набухаемость глинистых пород. Кроме того, благодаря увеличенной концентрации Ca2+ достигается более эффективное предупреждение самозамеса, т. е. перехода выбуренной глины в состав промывочной жидкости.

В отличие от известковых и гипсовых глинистых растворов, в которых поддерживается постоянная концентрация свободных катионов Ca2+, в хлоркальциевых глинистых растворах содержание Ca2+ постоянно изменяется. Катионы Ca2+ адсорбируются выбуриваемыми породами и стенками скважин, выпадают в осадок при взаимодействии с некоторыми химическими реагентами, фильтруются в проницаемые пласты. Поэтому для сохранения крепящего действия необходимо пополнять концентрацию CaCl2.

Для обеспечения крепящего действия хлоркальциевых глинистых растворов необходимо поддерживать концентрацию 3500— 5000 мгс/л катионов Ca2+. Минимальная концентрация Ca2+, обеспечивающая некоторое повышение устойчивости глинистых пород, равна 350—400 мгс/л. При введении в хлоркальциевый глинистый раствор извести благодаря повышению pH ускоряется ионный обмен. Оптимальное соотношение между хлористым кальцием, известью и лигносульфонатами равно 1:3:3.

Однако высокая концентрация Ca2+ создает серьезные трудности и в регулировании свойств самого глинистого раствора. В той же степени, в которой повышается крепящее действие, возрастают коагуляционные процессы в глинистом растворе: повышается водоотдача, растет или, наоборот, понижается вязкость, теряется стабильность. Для регулирования параметров хлоркальциевого глинистого раствора нужны химические реагенты, которые, с одной стороны, не выпадают в осадок при взаимодействии с Ca2+ и, с другой, - достаточно эффективно противодействуют коагуляции, вызываемой CaCl2. До последнего времени химические реагенты, удовлетворяющие этим двум условиям, не были известны. ССБ, не выпадающая в осадок при взаимодействии с CaCl2, недостаточно эффективна в этих условиях, а УЩР, КМЦ, крахмал, гипан, нитролигнин и многие другие химические реагенты образуют при взаимодействии с CaCl2 нерастворимые соли.

При промышленных испытаниях хлоркальциевых глинистых растворов с использованием КМЦ эти трудности проявились в полной мере. КМЦ, добавляемая для снижения водоотдачи, вызывала уменьшение содержания Ca2+ в фильтрате, а после введения CaCl2 повышалась водоотдача. Новая обработка глинистого раствора КМЦ снижала концентрацию Ca2+ и т. д. Таким образом, хлоркальциевые глинистые растворы на первом этапе их применения оказались экономически невыгодными из-за чрезмерно больших расходов КМЦ.

Разработанные во ВНИИБТ рецептуры хлоркальциевых глинистых растворов предусматривают введение 0,5% СаСl2, 0,1— 0,75% (СаОН)2, 0,5% ССБ и 1,5—2% КМЦ при первичной обработке, что обеспечивает концентрацию Ca2+ в пределах 800— 1500 мгс/л. Таким путем можно получить неутяжеленные глинистые растворы с водоотдачей до 5 см3 и хорошими реологическими свойствами. Добавки оксиэтилированного фенола ОФ-30 также способствуют снижению водоотдачи хлоркальциевых глинистых растворов и повышению ингибирующего действия.

Значительно проще и эффективнее система хлоркальциевых глинистых растворов с использованием в качестве понизителя водоотдачи КССБ, разработанная в Волгограде. Конденсированная сульфит-спиртовая барда не выпадает в осадок при взаимодействии с хлористым кальцием, что позволяет использовать КССБ для снижения водоотдачи хлоркальциевых глинистых растворов. Однако увеличение концентрации КССБ свыше 5% без пеногасителя приводит к вспениванию.

Переход на хлоркальциевые глинистые растворы осуществляют за 50—100 м до вскрытия неустойчивых глинистых пород для того, чтобы иметь запас времени для регулирования состава и свойств промывочной жидкости. Первичная обработка заключается во введении 10% КССБ (20%-ной концентрации), 0,75—1,5% CaCl2, 0,2—0,5% извести и 2—3% пеногасителя. В качестве последнего в данном случае применяют суспензию резины в дизельном топливе (PC), которую приготовляют путем смешивания резинового порошка с дизельным топливом в соотношении 1:10. Вместо резинового порошка можно использовать и суспензию порошка полиэтилена в дизельном топливе (ПЭС), которая приготовляется, так же, как и PC.

Повторные обработки производят при уменьшении концентрации Ca2+ в фильтрате, повышении водоотдачи или изменения реологических свойств. Увеличивать концентрацию катионов кальция можно двумя способами: добавками хлористого кальция и добавками извести. При этом необходимо учитывать, что небольшие добавки извести повышают pH и способствуют снижению вязкости, но с увеличением концентрации извести свыше 0,5% происходит резкое увеличение вязкости и предельного статического напряжения сдвига. При использовании меловых хлоркальциевых глинистых растворов повышение pH существенно ухудшает все параметры промывочной жидкости и особенно водоотдачу, которая резко увеличивается с увеличением pH (в несколько раз).

Расходы химических реагентов на регулирование свойств хлоркальциевых растворов значительно превосходит по величине расходы на обработку даже высокоминерализованных глинистых растворов. Так, при обработке хлоркальциевых растворов КССБ расходы достигают 90—100 кг/м проходки, а расходы КМЦ 50—60 кг/м.

Хлоркальциевые растворы с феррохромлигносульфонатом приготовляют следующим образом. Вначале в глинистый раствор добавляют 0,25-—0,5% ФХЛС, затем 1—1,2% CaCl2 и непрерывно в течение нескольких циклов еще 1—1,2% ФЛХС. Хлоркальциевые растворы должны иметь pH не выше 8, что достигается введением небольших количеств извести или щелочи. Повторные обработки в процессе бурения заключаются в ежесуточных добавках 0,1 — 0,25% CaCl2 и 0,15—0,20% ФЛХС или смеси его с КМЦ.

Хлоркальциевые глинистые растворы наиболее целесообразно применять при бурении в неустойчивых глинистых породах и особенно при чередовании глинистых пород с проницаемыми, так как присутствие свободных катионов будет способствовать повышению устойчивости глинистых пород, а низкая водоотдача — уменьшению толщины фильтрационной корки.