бр. Лекция 10 Полимерноглинистые растворы

• Название: Лекция 10 Полимерноглинистые растворы
• Дата: 17.01.2022
• Размер: 270.25 Kb.
• Имя файла: Lekciya_10.docx
• Тип: Лекция; #333425

Лекция 10

Полимерно-глинистые растворы.

Это растворы на водной основе с невысоким содержанием твердой фазы. Содержание глины не превышает 2-2,5% объема. Общее содержание твердой фазы с учетом выбуренных глинистых пород может достигать 5-7%.

Полимерные растворы предназначены для массового бурения скважин в не глиносодержащих породах с устойчивостью стенок скважины. В этих разрезах глинистые породы представлены аргиллитами.

Эти растворы также называют:

- МГПР – малоглинистые полимерные растворы;

- растворы с малым содержанием твердой фазы;

- полимерно-бентонитовые растворы.

Для того чтобы повысить эффективность бурения применяют следующие составляющие:

1. 
   Полимерный структурообразователь.
   

г линистые частички


- ГИПАН

- ГПАА (РС-2)

2. Флоккулянт – реагент, который способствует агрегатированию частиц выбуренной породы и способствует лучшей очистке бурового раствора в элементах циркуляционной системы.

К-4, К-9, РС-2, РС-4, ПД-4, ПД-9.

3. Понизители водоотдачи (Ф₃₀↓)

- КМЦ – 350, 500

- МК-1

Требования к бентониту:

1. 
   Выход раствора должен быть не менее 10 м³ из 1 тонны глины;
   
2. 
   Должен быть предварительно гидратирован;
   
3. 
   При заметном присутствии поликатионовCa, Mg, Fe необходимо проводить содирование раствора (Na₂CO₃ – кальциевая сода).
   

Водно-полимерные растворы.

Растворы, которые не содержат в своем исходном составе глинистой частицы и приготавливаются на основе полимера и воды + ХОК (хром органический комплекс).

БП-1 – биополимер отечественного производства 0,3-0,4%

Затем вводится ХОК – 1-3% (КССБ – 1 часть, CrCl₃ – 0,5).

Эффективно применяется для бурения в условиях высокой минерализации и поликатионовCa и др.

При бурении сульфатных, карбонатных пород добавляют еще ГППА – 0,1÷0,01%, чтобы улучшить очистку бурового раствора в качестве флокулянта.

Водно-полимерные растворы:

- водно-гипановые;

- водно-акриламидные.

1. При бурении в устойчивых горных породах;

2. Вскрытие водоносных песчаных горизонтов.

Преимущества:

1. 
   Невысокая стоимость раствора, так как в этом растворе содержится от 0,5 до 5% полимера. При этом, если Т=15с, при добавлении 5% гипана Т=23-24с;
   
2. 
   Сохраняется за счет введения полимеров. Хорошая выносящая способность раствора при промывке скважины;
   
3. 
   При наличии в разрезе глиносодержащих горных пород полимер в растворе стабилизирует глинистые породы в стенках скважины, препятствую их набуханию, гидратации и обвала стенок скважины;
   
4. 
   При перебуривании песчаных горизонтов, в том числе водоносных, за счет гелеобразования стенки скважины поддерживают устойчивое состояние;
   
5. 
   Эффективное вскрытие водоносных горизонтов и освоение.
   

Полимерно-солевые растворы (ПСР).

Это растворы, которые предназначены для бурения в мощных отложениях глин скважин средней и небольшой глубины (полимерно-электролитные растворы).

NaOH 1-2% –pH↑

Na₂CO₃ 0,6-1,5% – для связывания Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ и др.

KCl (NaCl) 1-3% – отвечает за создание минерализации

+

Б иополимер 0,1÷0,3% стабилизаторы глины

Акриловые полимеры 0,3÷1%

+

КМЦ – 0,5÷1,5%, Ф₃₀↓

Эмульсионные растворы.

Это растворы на основе двух несмешивающихся жидкостей.

I тип эмульсионных растворов: растворы «масло в воде» (ЭРВО) – эмульсионные растворы на водной основе.

Эмульсионно-глинистые растворы применяются для бурения во вмещающих породах, глинистых породах. При контакте с другими растворами набухают.

Эмульсионно-безглинистые растворы, водноэмульсионные растворы применяются в случаях, когда нужно уменьшить трение в стенках скважины.

II тип эмульсионных растворов: растворы типа «вода в масле». Глинистые растворы на УВ основе (РУО).

1. 
   Безводные РУО – до 5% воды.
   

ИБР – известково-битумные растворы, загущенные нефтью.

Применяются для бурения в сложных условиях.

2. 
   Обращенные или инвертные РУО – до 50-60% воды. Применяются для весьма сложных разрезов.
   

ВИЭР (высококонцентрированный инвертный эмульсионный раствор);

ГЭР (гидрофобный эмульсионный раствор);

ТИЭР (термостойкие инвертные эмульсионные растворы) – это те растворы, которые предназначены для перебуривания УВ залежей с высокой температурой, свыше 200⁰С.


Процесс эмульгирования – процесс

получения эмульсионной жидкости

Стадии нестабильности эмульгированного раствора.




Стабильный




Флоккуляция – сцепление частиц дисперсной фазы





Коалесценция – слияние частиц дисперсной фазы


масло

Расслоение

вода

Процесс получения эмульсии делится на 2 этапа:

1. 
   Эмульгирование
   
2. 
   Стабилизация
   

Способы получения эмульсий:

1. 
   Механическое перемешивание
   

- глиномешалка;

- ФСМ – фрезерно-струйные мельницы;

- коллоидная мельница;

2. Гидравлический способ – основан на создании потоков воды и эмульсола.

3. Ультразвуковой – позволяет создать высокочастотные колебания, приводит к возникновению пустот с последующим их захлопыванием.

Для облегчения получения эмульсии используют эмульгаторы.

ПАВ:

- облегчает процесс эмульгирования за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела «масло-вода»;

- стабилизирует получаемые эмульсии.

Мыла
ж ирная

к ислота NaOH




вода

углеводородная

жидкость RCOONa (ПАВ)
омыление

RCOOH + NaOH → RCOONa
RCOONa →эмульгирование

стабилизация
Свойства ПАВ:

1. 
   ПАВ – те вещества, молекула которых состоит из двух частей (имеет дифильное строение): гидрофильной и органофильной
   

Это обусловливает адсорбцию молекул ПАВ на границе раздела, в соответствии с их частями.

масло




В


вода в масле (II тип)




Пример: стеариновая кислота CH₂COOH

гидроксил – СООН СН₂ – алкил


.





О

С – СН₂ – СН₂ – СН₂ – …

ОН

2. 
   Адсорбция – способность молекул ПАВ увеличивать свою концентрацию на границе раздела, что способствует:
   

- σ ↓

- эмульгирование

- стабилизация эмульсионного раствора

Твёрдый эмульгатор



защитный слой «броня»

мозаичное строение




Жидкие



защитный слой

3. 
   ГЛБ – гидрофильно-липофильный баланс
   

« липос» - жир

Г ЛБ - ∑ групп + ∑ групп - чисел + 7

ГЛБ = 1 ÷ 40

Метод растворимости

Состояние в ГЛБ

водном растворе

нерастворимый 1÷4

(сгусток)

слабая дисперсная 3÷6 – IIтип ( для эмульсий вода в масле _
молочно-дисперсная 10÷13

прозрачная дисперсия > 13 – I тип (для эмульсий масло в воде)

4. 
   Солюбилизация – коллоидное растворение в водной эмульсии масла
   

масло (проникает внутрь мицелл)



Признаком солюбилизации является прозрачность раствора.

5. 
   Классификация ПАВ по химическому состоянию
   

1. 
   Ионогенные – ПАВ, молекулы которых, попадая в водный раствор, диссоциируют с образованием заряженных частиц.
   

а) Анионактивные

металл

- + RSO₃ – сульфонат

RSO₄ – сульфонол
RCOO Me

RCOOMe – соли жирных кислот

С ₁₅H₃₁COONa – стеаратNa Iтип

C₁₇H₃₄COONa – пальмитат Na (масло в воде)

RCOOCa – II тип (вода в масле)

б) Катионные ПАВ – насыщение раствора этими ПАВ приводит к коагуляции




+ -

2. 
   Неионогенные ПАВ – не являются носителями зарядов, в воде не диссоциируют.
   

RCOOH – жирные кислоты

ROH – спирты

ОП – 4, ОП – 7, ОП – 10 – образователи пены (оксиэтилированныеалкилфеноны)

- свойства от рН-среды не зависят

- можно изменять ГЛБ:

а) 3÷6 – II типа

б) 8÷18 – I типа

- не зависят от минерализации

6. 
   Влияние концентрации ПАВ
   

σ














Сккм с, %
ККМ – концентрация критического мицеллообразования

Виды эмульсионных растворов

ЭГР – эмульсионно-глинистые растворы. Используются при образовании сальников, затяжек, обваливаний.

Нефть – средство борьбы с сальниками, желобами и т.д. Добавляют 10÷15 %

КССБ, КМЦ, УЩР, МК-1 – эмульгаторы. При использовании ЭГР увеличивается механическая скорость бурения, уменьшается износ ПРИ, уменьшается число аварий и осложнений, уменьшение Ф₃₀↓ так как диспергированные частички нефти попадают на пористую перегородку и препятствуют прониканию воды.

ИБР – II вид (вода в масле) безводный РУО, применяется в разрезах с мощной глинистой толщей с переслаиванием галогенных пород и хемогенных пород, для вскрытия продуктивных залежей. ИБР на основе дизельного топлива 100% с вводом 20÷25% СаО, битум – 15÷20%, вода 3÷5%, ПАВ-эмульгатор (СМАД-1, НП-1). ИБР применяют при высоких температурах (300 ⁰С)

Для разогрева дизельного топлива и расворения в нем битума вводят воду: СаО + Н₂О → Са(ОН)₂ + t⁰↑ (до 90⁰С)

RCOOCa – жирные кислоты (омыление)

Виды эмульсолов.

Э мульсол-концентрат 40÷60%

С одержит:

- смазывающая добавка (ЭЛ, ЭН и др.)

-
М
ПАВ эмульгатор

- присадки:

а) ингибиторы коррозии

б) сульфатостойкая (SO₄⁺²и др.)

в) антифризы

Виды эмульсолов:

- эмульсол для бурения в условиях различной минерализации

- для бурения в многолетних мёрзлых породах

Эмульсол добавляется от 0,5% до 2,5%.

Для КССК применяют полимерно-эмульсионные растворы.