Характеристика и области применения эмульсионных промывочных жидкостей

При бурении повсеместно используются прямые эмульсии типа «масло в воде». Обратные эмульсии типа «вода в масле» из-за невысокой стабильности и повышенной пожароопасности  геологоразведчиками практически не применяются.

Таким образом, обязательным компонентом эмульсионных промывочных жидкостей является масляная фаза («масло»). В понятие «масло» в эмульсиях для бурения входит значительная группа нефтяных масел (трансмиссионных, машинных, трансформаторных, веретенных и др.), жировых гудронов, талловых масел. Для улучшения смазочных свойств эмульсий различные масла в них смешиваются, компаундируются.

Масляная фаза является одним из важнейших компонентов эмульсии, обуславливающим ее смазочное действие. Механически раздробленные капельки масла, распределенные в воде, довольно быстро сливаются (коалесцируют) в единый слой, эмульсия расслаивается на две самостоятельные фазы — масляную и водную и разрушается. Такие нестабильные эмульсии не оказывают необходимого влияния на процесс бурения. Поэтому для обеспечения стабильности и, следовательно, смазочных и других требуемых для бурения свойств в состав эмульсий необходимо вводить поверхностно-активные вещества (ПАВ). По существу эмульсии, использующиеся при бурении, представляют собой водные растворы ПАВ, в которых диспергировано и распределено масло.

Другие компоненты концентратов — функциональные присадки и добавки имеют более узкое конкретное назначение. Так, серосодержащие присадки в виде осерненных триэтаноламиновых эфиров, диэтаноламидов жирных и смоляных кислот (ОТП) вводятся как противозадирные компоненты. С целью повышения антикоррозионных свойств используют нитрит натрия. Для повышения стабильности промывочных жидкостей при хранении в условиях отрицательных температур с последующим размораживанием в состав эмульсолов дополнительно вводятся полиалкиленгликоли (отходы производства), которые обладают также смазочными свойствами.

Большинство смазочно-охлаждающих жидкостей, использующихся в промышленности, приготовлены на анионактивных ПАВ — мылах вследствие их дешевизны и недефицитности. Применение эмульсий на основе этих ПАВ при бурении ограничивается жесткостью вод наземных и подземных источников. При взаимодействии с солями кальция, магния, содержащимися в жестких водах, в водорастворимых калиевых и натриевых мылах происходит замещение одновалентных катионов на двухвалентные с образованием нерастворимых кальциевых и магниевых мыл, которые не могут выполнять роль эмульгаторов, в связи с чем эмульсии разрушаются.

Эмульсии с неионогенными ПАВ сравнительно инертны к взаимодействию жестких и минерализованных вод, на которых они приготавливаются, и в среде которой работают. Поэтому такие эмульсии, несмотря на высокую стоимость и дефицитность неионогенных ПАВ, наиболее широко используются при геологоразведочном бурении на объектах со сложными геолого-гидрохимическими условиями, где другие эмульсии разрушаются. Эмульсии с неионогенными ПАВ применяются при бурении толщ многолетнемерзлых горных пород с исследованным уровнем температуры (до —7,4 ºС). Для этих условий эмульсии приготавливаются из растворов электролитов — хлористого натрия или кальция с концентрацией, соответствующей температуре в стволе скважины (до —12 ºС).

Большинство эмульсий приготавливаются из концентратов (прежнее название - эмульсолы), в компонентном составе которых содержание воды минимально. Эмульсии могут быть приготовлены с концентрацией (массовой) от 0,5 до 20—40%. Концентрированные 20—40%-ные эмульсии приготавливаются при централизованном обеспечении ими буровых вышек, где эмульсии разбавляются до рабочих концентраций (0,5—2,5%).