в минерализованных водах, придает растворам термостойкость, добавляется в количестве до 2%.

При разбуривании глин в растворы, обработанные гипаном, рекомендуется вводить силикат натрия. Гипаи может изменять свойства в зависимости от сроков хранения.

Р е а г е н т ы К-4, К-6, К-9 являются разновидностями гипана, более устойчивыми к минеральной агрессии, добавляются в количестве до 1 %.

М е т а с — сополимер метакриловой кислоты и метакрила­ мида. Это — белый порошок, растворимый в 1—2%-ном раство­ ре едкого натра, применяется в виде 5— 10%-ного водощелоч­ ного раствора при соотношении метаса и щелочи от 10:3,5 до 10:5. При рН =9ч -10 метас можно вводить в раствор в виде порошка.

Добавки 0,2— 1% метаса эффективно снижают водоотдачу пресных растворов, а 2—2,5% — насыщенных хлористым нат­ рием. При обработке растворов, содержащих ионы кальция, ме­ тас вводится совместно с кальцинированной содой или фосфа­

ленный полимер. Он представляет собой белый порошок, хоро­ шо растворяется в водощелочных растворах при соотношении М-14 и щелочи, равном 10:3. При p H > 1 0 реагент можно вво­ дить в раствор в сухом виде, если р Н < 1 0 — в виде водощелоч­ ных растворов 5%-ной концентрации. Оптимальная концентра­ ция в переводе его на сухое вещество составляет до 1,5%, ис­ пользуется для поддержания структурно-механических свойств и снижения водоотдачи.

Вещества специального назначения

К веществам специального назначения относится большая группа поверхностно-активных веществ, а также некоторые ве­ щества узкоцелевого назначения.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) характеризуются, как правило, многофункциональным действием, которое обус­ ловлено понижением поверхностного натяжения раствора вслед­ ствие адсорбционного эффекта. Однако вследствие специфики их химического состава и строения, особенностей дисперсион­ ной среды и геолого-технических условий применения каждое ПАВ действует наиболее активно в каком-то направлении. Это делает предпочтительным применение вещества для определен­ ного целевого назначения.

Адсорбционный слой ПАВ имеет предельно малую величину (мономолекулярный слой). Д аж е очень небольшие добавки ПАВ могут резко изменить условия молекулярного воздействия на поверхности раздела. Для ПАВ характерно наличие в их мо­ лекуле двух различных по природе групп: полярной (гидрофиль­ ной), растворимой в воде, и углеводородного радикала (гидро-

фобиого), не растворимого в воде, но растворимого в углеводов родных жидкостях. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое происходит вследствие обращения их полярной части к воде, а углеводородного радикала — к менее полярной фазе, на­ пример к твердой, воздуху и т. д. Для проявления поверхност­ но-активных свойств ПАВ должны быть растворены в воде.

По составу и химическим свойствам ПАВ делятся на два класса: ионогенные и неионогенные. Первые в свою очередь делятся на анионоактивные и катионоактивные. В бурении при­ меняются в основном неионогенные и анионоактивные вещества.

По внешнему виду ПАВ представляют собой жидкие или пастообразные вещества. При растворении в воде они придают ей беловатый цвет, добавка их составляет 0,1—2%, реже 3— 5%.

Основное назначение ПАВ сводится к следующему.

1. Поддержание естественной проницаемости продуктивных коллекторов. Вещества, применяемые в качестве добавок к про­ мывочным жидкостям при вскрытии продуктивных коллекто­ ров, должны эффективно снижать поверхностное натяжение фильтрата, растворяться в пресной и пластовой водах, иметь сравнительно небольшую гидрофильную часть, а также не вы­ зывать ухудшения свойств промывочных жидкостей. Больше всех соответствуют перечисленным выше требованиям неионо­ генные ПАВ, наиболее распространенные из них ОП-7 и ОП-Ю, азоляты, УФЭ.

2. Понижение твердости горных пород при бурении. ПАВ избирательно воздействуют на твердость горных пород, и не­ редко наиболее эффективное для конкретной породы вещест­ во удается найти только после длительных лабораторных и промышленных экспериментов. Теоретически в существующем комплексе поверхностно-активных веществ могут быть найдены эффективные понизители твердости бурения для каждой поро­ ды. Наиболее широко применяются провоцелл, сульфонол, диталан, сульфатное мыло.

ПАВ наряду с понижением прочности твердых горных по­ род вследствие адсорбционных явлений уменьшают абразивное действие промывочной жидкости и в связи с этим снижают из­ нос породоразрушающего инструмента.

3. Эмульгирование промывочной жидкости. Задача эмульга­ торов— диспергирование эмульгируемой фазы и создание вок­ руг глобул механически прочного барьера, препятствующего их слипанию. Это способствует снижению водоотдачи и появлению других положительных свойств. Эмульгирование повышает смазочные свойства промывочной жидкости, предупреждая тем самым вибрацию бурильного инструмента и его преждевремен­ ный износ.

Эффективность ПАВ-эмульгаторов значительно зависит от степени минерализации пластовых вод и дисперсионной среды, в которую они вводятся. Оптимальные концентрации их опреде­

ляются конкретными условиями применения, в большинстве случаев добавки составляют 1—2% и могут доходить до 5%.

Наиболее широко применяются композиции из ПАВ и дру­ гих продуктов переработки нефти.

К о ж е в е н н а я п а с т а — товарный продукт, выпускаемый отечественными нефтеперерабатывающими заводами для нужд кожевенной промышленности. Она представляет собой веретен­ ное масло, загущенное натровыми мылами синтетических жир­ ных кислот из продуктов окисленного петролатума, это одно­ родная масса желтого или коричневого цвета. Паста вводится в промывочную жидкость в концентрации 0,5—2%. Получаемая при ее растворении в воде эмульсия имеет светло-кремовый цвет и представляет собой многокомпонентный водный раствов натровых мыл окисленного петролатума и его неомыленного остатка, в котором в виде тонкодисперсной фазы распределено минеральное масло. Паста применяется при жесткости воды до 2,5—3,5 ммоль/л.

М ы л о н а ф т — вещество, представляющее собой смесь натровых мыл нафтеновых (нефтяных) кислот, собственно наф­ теновых кислот, небольшого количества минерального масла и

Оптимальная концентрация его в эмульсии 0,5— 1%, он приме­ няется при жесткости до 2,5—3,5 ммоль/л.

Э м у л ь с о л ЭЛ -4 представляет собой композицию на базе трансмиссионного масла и натрового мыла полимеров кани­ фольно-экстракционного производства с добавкой ОП-7. Это — однородная пастообразная маслянистая масса темно-коричнево­ го цвета, эмульгирует при постепенном введении воды и непре­ рывном тщательном размешивании. Концентрация эмульсола в промывочной жидкости 0,5—6%, он применяется при повышен­ ных жесткости и минерализации.

Э м у л ь с о л ЭН-4 — композиция на базе индустриального масла ИС-20 или ИС-45 и жирных кислот с добавкой ОП-Ю. Это — однородная жирная масса коричневого цвета, эмульги­ рует при введении теплой воды и одновременном перемешива­ нии. Концентрация эмульсола в промывочной жидкости до 5% . Он применяется в жестких водах и при высокой их минерализа­

ров растительного и животного происхождения. Она эмульги­ рует при введении горячей воды с одновременным перемеши­ ванием. Концентрация ее в промывочной жидкости 2—2,5%, применяется в водах с жесткостью до 2 ммоль/л.

С у л ь ф а т н о е м ы л о (СМ) — побочный продукт производ­ ства целлюлозы. Это — мазеобразная темно-коричневого цвета жидкость, хорошо смешивается с водой. Оптимальная концент­

костей дисперсной газовой фазой при помощи физико-химиче­ ских методов. Чрезмерное содержание' газовой фазы ухудшает подачу буровых насосов, а также может привести к выбросам. Д ля дегазации используются ПАВ более поверхностно-актив­ ные, чем вещества, вызвавшие аэрацию. Сюда относятся пеногасители нефтехимического происхождения: нейтрализованные контакты — черный (НЧК), керосиновый, газойлевый; соли сульфонафтеновых кислот; полиметилсилоксан. Оптимальные концентрации этих веществ составляют от 0,05 до 2—3%.

Прочие вещества специального назначения — вещества, не обладающие поверхностно-активными свойствами.

С м а з о ч н ы е и п р о т и в о и з н о с н ы е в е щ е с т в а — нефть и графит в порошке. Оптимальные концентрации: ней­ ти— до 10%, графита — до 2%.

П л а с т и ф и ц и р у ю щ и е в е щ е с т в а — полимеры-акри­

зиновая крошка в смеси с дизельным топливом в соотношении 1:10.

И н г и б и т о р ы к о р р о з и и —главным образом неоргани­ ческие вещества, нейтрализующие окисляющую среду. При ис­ пользовании легкосплавных бурильных труб к промывочной жидкости добавляют силикат натрия.

А н т и ф е р м е н т а т о р ы предупреждают и подавляют про­ цесс разложения (гниения) ферментативно неустойчивых ком­ понентов промывочных жидкостей. Наибольшее распростране­ ние получили формалин и фенолы.

В е щ е с т в а , п о в ы ш а ю щ и е т е р м о с т о й к о с т ь про­ мывочных жидкостей, — хроматы и бихроматы.

Основные требования к специальным добавкам (кроме обес­ печения эффекта, для которого они предназначены) — сохране­ ние и улучшение структурно-механических и фильтрационных характеристик исходных промывочных растворов. Однако вы­ держать это требование удается далеко не всегда. Так, сульфонол, уменьшая трение между металлом и глинистой коркой, од­ новременно снижает вязкость и статическое напряжение сдвига, приводит к вспениванию, а добавка нефти в качестве пеногасителя может вызвать загустевание глинистого раствора. Эти по­ бочные эффекты необходимо учитывать.

§ 5. УТЯЖЕЛИТЕЛИ

Основные виды утяжелителей — барит и железистые утяже­ лители. К железистым утяжелителям относятся гематит и маг­ нетит. Утяжелители характеризуются плотностью, абразив­

ностью, тонкостью помола, содержанием химически активных примесей и утяжеляющей способностью.

шкале Мооса 3—3,5), малую абразивность. В бурении приме­ няют преимущественно баритовые концентраты производства обогатительных фабрик цветной металлургии, реже баритовые руды. Флотационный барит хуже по качеству, так как содепжит вредные примеси флотореагентов и водорастворимые соли. Тонкость помола характеризуется величиной остатка после про­ севания на сите с сеткой № 009/С, который составляет не более 4%. Наиболее распространенный и качественный утяжелитель

Г е м а т и т БегОз — одна из важнейших железных руд. Цвет

абразивности и прочности, но обладает магнитными свойства­ ми. Последнее приводит к взаимодействию магнетита с буриль­ ными и обсадными трубами с образованием плотных слоев и сальников, уменьшающих площадь сечения скважины, что в ко­ нечном счете создает условия для прихватов бурового снаряда.

Железистые утяжелители применяются ограниченно. Подчиненное значение имеют утяжелители, представляющие

собой горные породы плотностью до 3 г/см3 со сравнительно небольшой гидрофильностью. К ним относятся малоколлоидаль­ ные глины, мергели, мел, известняк и др. Вследствие их инерт­ ности они могут быть введены в раствор в значительно боль­ ших количествах, чем обычная глина. Утяжелители этого типа имеют низкий предел утяжеления (не более 1,6— 1,7 г/см3), при этом для приведения остальных параметров раствора в норму требуется большой расход химических реагентов.

§6. НАПОЛНИТЕЛИ

Вкачестве наполнителей используют промышленные отхо­ ды. Наполнители делятся на волокнистые, пластинчатые (хлопьевидные) и зернистые (гранулированные). Их применя­ ют как индивидуально, так и в различных комбинациях.

Наиболее часто применяются опилки, отходы кожевенного производства (кожа — «горох»), слюда, целлофан, резиновая

крошка, подсолнечная лузга, шелуха хлопковых семян, скорлу­ па орехов, текстильные волокна. Часть из них идет без предва­ рительной обработки, некоторые подвергаются дополнительно­ му измельчению. Реже применяют минеральные наполнители: измельченный перлит, вермикулит, гранулированный известняк.

В последние годы стали использовать пламилон — пластмас­ совые микробаллоны, заполненные азотом. Такие микробалло­

ны служат одновременно и наполнителями, и облегченной твевдой фазой, влияющей на реологические свойства раствора.

В зависимости от вида закупоривающих материалов добав­ ки их колеблются в широких пределах: меньше добавляют пла­ стинчатых материалов (0,1— 1,5%), больше— волокнистых (до 8% ), еще больше— минеральных наполнителей (до 10%). Р аз­ меры наполнителей изменяются от 1—5 мм для гранулирован­ ных, до 3—9 мм для волокнистых веществ.

Глава VI

ГОМОГЕННЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ ж и д к о с т и

§ 1. ВОДА И ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ

Из промывочных жидкостей этой группы наиболее широко распространена техническая вода, не требующая никакой пред­ варительной обработки. Ее используют при бурении в устойчи­ вых породах. Вода — основной компонент промывочных жидко­ стей на водной основе.

Солевые растворы

Солевые растворы представляют собой техническую воду с добавлением солей различного целевого назначения. Они при­ меняются как противоморозные жидкости для бурения в зонах многолетнемерзлых пород, как жидкости, понижающие или предупреждающие выщелачивание солей при бурении соленос­ ных толщ. В последнее время все шире распространяются инги­ бирующие растворы для бурения в породах глинистого комп­ лекса. Необходимо отметить, что все солевые растворы обла­ дают комплексным действием. Так, солевый раствор, предназна­ ченный для бурения в многолетнемерзлых породах, оказывает ингибирующее действие и уменьшает размыв солесодержащих пород. Выбор состава раствора обусловлен основным его наз­ начением. Причем для усиления эффекта солевые растворы мо­ гут содержать комбинации солей и некоторые другие добавки.

С о л е в ы е р а с т в о р ы д л я б у р е н и я в м н о г о л е т н е - м е р з л ы х породах — наиболее простые растворы. Примене­ ние солевых растворов обусловлено их пониженной температу­ рой замерзания. Д ля этих целей используют в основном NaCl или КС1 в количестве от 4 до 15%. Чащ е используют растворы хлористого натрия. Количество NaCl в растворе для бурения в различных температурных условиях можно определить по дан­ ным табл. 1.

С о л е в ы е р а с т в о р ы д л я б у р е н и я в с о л е н о с н ы х т о л щ а х , как правило, представляют собой насыщенные раст­ воры соответствующих солей. Однако такие растворы не всегда

обеспечивают нормальный процесс бурения и необходимый вы­ ход керна, так как все же образуются каверны, суживается верхняя часть ствола вследствие отложения солей. В таких ус­ ловиях применяются растворы нескольких солей или односоле­ вые с добавками структурообразующих веществ. Известен сле­ дующий состав на 1 м3 раствора: насыщенный раствор NaCI—■ 800 дм3, крахмальный реагент— 150 дм3, КССБ — 50 дм3. Ком­ поненты не имеют видимых поверхностей раздела, но раствов

ния размыва керна и стенок скважины рекомендуется использо­ вать водные растворы системы NaCI—К О —M gCb с добавками 0,5—3% каустического магнезита и 2—3% крахмала. Соотноше­

сильные ингибиторы: соли калия, кальция, магния, алюминия, железа, силикат натрия или их комбинации. Концентрация со­ лей колеблется от 1—2% для алюминиевых и железных до 6— 8% для калиевых.

Многообразие минералогического состава горных пород и условий бурения часто обусловливает необходимость примене­ ния комбинированных жидкостей: растворов, обладающих комп­ лексным действием за счет многокомцонентности состава. В та­ ких растворах эффект действия основного активного компонен­ та усиливается другими добавками, нередко иногда функцио­ нального назначения.

В породах глинистого комплекса используют чаще комби­ нированные ингибирующие солевые растворы с добавками структурообразующих компонентов, главным образом полиме­ ров в количестве до 1%. Такие растворы удерживают в своем составе некоторый избыток соли.