Химические реагенты для буровых растворов

Основным средством регулирования свойств буровых растворов (T₅₀₀ - вязкость бурового раствора, Ф₃₀ - величина фильтрации, ρ_б.р - плотность бурового раствора, СНС - статическое напряжение сдвига и др) является химическая обработка их с помощью различных реагентов. Кроме того, в процессе бурения появляется необходнмость придать растворам смазочную и эмульгирующую способность, уменьшить коррозионное и пенообразующее действие и т.д. Выбранные буровые растворы должны обрабатываться по-возможности доступными и дешевыми реагентами.

Ниже приводятся сведения о назначении и оптимальных добавках основных химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов.

Понизители водоотдачи

Стабилизируют дисперсную систему, снижают проницаемость фильтрационной корки и в зависимости от состава могут влиять на реологические свойства бурового раствора. К ним относятся:

• углещелочной реагент (УЩР) жидкий или порошкообразный (УЩР). Кроме снижения Ф30 оказывает общее улучшающее действие на растворы различных типов и назначений. Оптимальная добавка (ОД): 15÷20% жидкого и до 5% порошкообразного;
• торфощелочной (ТЩР). Аналогичен УЩР, но менее активен как понизитель водоотдачи. ОД - до 4%;
• конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ). Растворы, обработанные КССБ образуют тонкие плотные фильтрационные корки. ОД-3110% жидкой, 1÷5% сухой;
• крахмал (модифицированный крахмал МК - 1). Эффективно снижает водоотдачу. ОД - 0,5+3% (в переводе на сухое вещество);
• карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Снижает водоотдачу растворов различной  минерализации, в т.ч ингибированных. ОД - 1,8÷2,5%;
• полиакриламид (ПАА) - гидролизованный (ГПАА): PC - 2 - снижает водоотдачу неминерализованных буровых растворов. ОД - 0,2÷0,5%; РС - 4 - для высокоминерализованных растворов и растворов на основе выбуренных пород. ОД - 0,2÷0,5%;
• гипан (и его аналоги К - 4 и К - 9). Снижает водоотдачу пресных и  среднеминерализованных вод. ОД   0,5÷0,75% (при Т≤100°С);
• метас (и реагент М-14) то же, что и гипан. ОД - 0,2+1% для пресных растворов; 2-2,5% - соленасыщенных;
• лакрис - 20. Снижает водоотдачу пресных и насыщенных NaCI растворов при Т≤260-280°С. ОД - 0,1÷0,3%, а для соленасыщенных 1÷2%.

Понизители вязкости (разжижители)

Создают мощные гидратные оболочки на частицах твердой фазы, блокируют их активные участки.

Значительная часть реагентов снижает водоотдачу и влияет на качество фильтрационной корки.

К ним относятся:

• сульфит-спиртовая барда (ССБ). ОД - 1÷3% в пресных растворах, 5÷6% в среднеминерализованных;
• окзил. Разжижает растворы, загустевшие от действия выбуренных глинистых пород; особенно эффективен в растворах, содержащих глины, гипсы и ангидриты. ОД - 0,2÷0,5% и 1,5÷2% для поддержания низких
  значений водоотдачи.
• феррохромлигносульфонат (ФХЛС). Разжижает растворы, загустевшие от действия глины, солей и температуры, снижает водоотдачу среднеминерализованных растворов. ОД - 2÷3% для первичной обработки раствора.

Ингибиторы гидратации глин и глинистых пород

Ингибируют гидратацию глин и глинистых пород используются для повышения вязкости и прочности структуры раствора при борьбе с поглощениями. К ним относятся:

• силикат натрия или калия (жидкое стекло) Na;SiOi. ОД - 4÷5% (может доходить до 10%);
• сульфат кальция CaSО4-2H2О (гипс). Для получения гипсовых ингибированных растворов. ОД - до 2%;
• хлористый натрий NaCl. Для приготовления соленасыщенных растворов и при бурении в многолетнемерзлых породах. ОД-до 15%;
• хлористый калий КCl. Для приготовления калиевых растворов, эффективных при бурении в неустойчивых породах глинистого комплекса. ОД - до 7%;
• хлористый кальций. Для приготовления ингибированных хлоркальциевых растворов. ОД - 1,8÷2%;
• минерализатор МИН-1. Ингибитор растворов при бурении в обваливающихся терригенных породах. ОД - в виде насыщенного раствора 35%-ной концентрации;
• сернокислый алюминий Al2(SO4)3. Для приготовления алюминатных ингибированных растворов. ОД - до 3%;
• сернокислое железо Fe2(SО4)3 Сильный ингибитор, для приготовления ферросульфатных ингибированных растворов. ОД-до 1÷1,5%.

Регуляторы жесткости жидкой фазы

Создают предпосылки для более активного влияния компонентов бурового раствора. Наиболее распространенный регулятор - кальцинированная сода Na2CО3 снижает жесткость исходной дисперсионной среды. ОД - 0,5÷0,75% в сухом виде и 2÷3% в виде раствора 10-15%-ной концентрации.

Регуляторы щелочности

Создают среду, обеспечивающую эффективность действия материалов, используемых для приготовления буровых растворов. К ним относятся:

• гидроксид натрия NaOH (едкий натрий, каустическая сода). Регулирует рН буровых растворов и реагентов, обеспечивает диспергацию глин. ОД - до 0,1% увеличивает диспергацию глин; до 0,5% - вызывает коагуляцию глинистого раствора;
• гидроксид калия КОН. Регулирует рН ингибированных калиевых растворов. ОД - аналогично NaOH.

Смазочные добавки

Уменьшают коэффициент трения бурового инструмента о горные породы; снижают крутящий момент, прилагаемый к бурильной колонне; повышают стойкость породоразрушающих инструментов; уменьшают вероятность прихватов. К ним относятся:

• СМАД - 1. Для бурения с промывкой водой, пресными и минерализованными NaCl или КС1 растворами с рН<100.Д. -1÷4%;
• сульфонол НП - 1. ОД - 0,2% в виде 1%-ного водного раствора.

Эмульгаторы

Для получения эмульсионных растворов с антивибрационными свойствами, а также растворов на углеводородной основе. К ним относятся:

• эмульгирующая кожевенная паста (ЭКП). эмультал. эмульсол лесохимический ЭЛ - 4, эмульсол нефтехимический ЭН - 4. Добавка ЭКГ, эмультала, ЭЛ - 4 приводит к повышению механической скорости бурении и стойкости бурильного инструмента, снижению коэффициента трения и, как следствие, к уменьшению мощности, затрачиваемой на вращение бурильной колонны, сокращению энергетических затрат. ОД ЭКП - 0,5÷2% (с увеличением частоты вращения бурового инструмента концентрация повышается) эмультала - 0,5÷1,5%; ЭЛ - 4 -0,5÷5%; ЭН-4- 1÷5%;
• омыленная смесь гудронов ОСГ. ОД - 1÷2%;
• морозол - 2. Приготовление эмульсий на соленой (до 12%) и любой жёсткости воде при высокоскоростном алмазном бурении многолетне-мерзлых пород с температурой до - 7,4°С. ОД - 2÷5%.

Термостабилизирующие реагенты (хроматы и бихроматы щелочных металлов). Сохранение подвижности (разжижение) растворов, повышение эффективности защитных реагентов при высокой забойной температуре (выше 100°С) ОД - 0,05÷0,2%.

Пенообразователи (венениватели)

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), применяющиеся для получения аэрированных буровых растворов и пен; повышают механическую скорость бурения, стойкость буровых коронок и долот, несколько снижают коэффициент трения. К ним относятся: ОП- 10 - ОД -0,2÷0,3%; «Прогресс» - ОД - 0,1÷0,5%.

Пеногасители

Предупреждают пенообразование буровых растворов при обработке их пенообразующими реагентами и физико-химическом взаимодействии с различными солями, поступление газа в раствор при разбуривании газовых и газоводонефтяных горизонтов. К ним относятся: соапсток и ПВ- 1. О.Д. соответственно0,3÷0,5% и 0,01÷0,03%.

Реагенты (ПАВ), повышающие буримость горных пород. Повышают эффективность разрушения горных пород. К ним относятся: ПТП - 4 К с О.Д. - 0,5÷1% и УФЭ - 8. ОД - 0,4÷0,5%.

Ингибиторы коррозии бурильных труб. Подавляют процессы, приводящие к разрушению стальных и легкосплавных бурильных труб.

К ним относятся: ДС, Фенолы эстонских сланцев (ФЭС) и И-1-Д. ОД соответственно 1÷2%. 2% и 0.5%.

Утяжелители. Повышают плотность бурового раствора с целью регулирования гидростатического давления в скважине в зависимости от давления вскрываемых нефтегазовых и водоносных пластов и порового давления глинистых пород.

К ним относятся: барит BaSО4 (наиболее широко используемый), гематит Fe2O3 и магнетит FeO Fе2O3. О.Д. - определяется расчетным путем.