Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 28

 

 

 

 

Факторы, влияющие на выход бурового раствора 

Добавление  сухого  глинопорошка  к  воде  затворения,  содержащей  соли  или  ионы 

различных  металлов,  оказывает  значительное  воздействие  на  гидратацию  и  дисперсию. 
Например, многие буровые растворы готовят на основе морской воды, что очень удобно и 
экономично.  Анализ  морской  воды  показал,  что  в  неё  входят  следующие  химические 
элементы: 

компоненты 

частей на миллион (ч/млн) 

натрий 

10 550 

хлор 

18 970 

сульфаты 

2 650 

магний 

1 270 

кальций 

400 

калий 

380 

бром 

65 

другие компоненты 

80 

*Солоноватая вода может содержать те же компоненты, но в других концентрациях. 

Воду  с  любой  концентрацией  соли  можно  довести  до  степени  насыщения 

добавлением  соли.  Насыщенный  соленый  раствор  содержит  около  315  000  мг/л  натрий 
хлора. Для насыщения пресной воды необходимо около 120 фунт/барр соли. 

 

 

На  рис.5  показано  влияние  различных  концентраций  этих  ионов  на  гидратацию 

бентонита. Как правило, можно  утверждать, что гидратация глин в пресной воде быстро 
понижается с увеличением концентрации этих ионов. 

 

Это  явление  более  чётко  прослеживается  на  рис.6  и  7.  На  этих  примерах  показана 

гидратация  двух  идентичных  кубиков  бентонита,  первого  в  пресной  воде,  второго  в 
солёной воде. На рис.6 показана гидратация кубика бентонита, помещенного в мензурку с 
пресной  водой,  и  затем  через  72  часа  очевидна  гидратация  и  последующее  разбухание 
глины. 

На рис.7 кубик бентонита помешали в раствор соли и наблюдали результат через 72 

часа. Очевидно либо на незначительной гидратации, либо полное отсутствие гидратации. 

Вода, содержащая кальций или магний, называется жёсткой водой. Для повышения 

вязкости  глинистого  раствора  можно  обработать  его  химреагентами,  понижающими 
концентрацию  ионов  металлов  или  же  полностью  выводящими  их  из  раствора  в 
результате  их  осаждения.  При  наличии  в  растворе  высоких    концентраций  хлора 
единственный  способ  понижения  его  концентрации  заключается  в  разбавлении  его 
пресной водой. 

 

Рис.6. Гидратация бентонита в пресной воде. 

 

 

 

Рис.7. Гидратация бентонита в растворе соли. 

В  том  случае,  если  для  затворения  бурового  раствора  используется  соленая  вода, 

применяется  другая  широко  распространенная  глина,  обеспечивающая  необходимую 
вязкость. Эта глина называется аттанульгит (солёная глина). Аттанульгит это уникальный 
минерал,    имеющий  игольчатую  кристаллическую  структуру  (рис.8).  Его  способность 
повышать вязкость не зависит от воды затворения. 

При  одинаковой  концентрации  аттанульгита  в  любом  типе  воды  получится  раствор 

примерно такой же вязкости, как и при добавлении барита в пресную воду. Способность 
повышать  вязкость  не  зависит  от  гидратации,  а  определяется  степенью,  при  которой 
происходит  сдвиг  пучков  иголок  структуры.  Результирующая  вязкость  создается  двумя 
элементами: 

1.  Образованием  структур  в  виде  кистеобразных  пучков  сдвигающими  силами. 

Наиболее простой будет аналогия перемешивания воды опущенной в неё соломинкой. 

2.  Силами  притяжения  между  частицами,  образуемыми  зарядами  разрушенных 

связей на торцах игл, поломан сдвигающими силами. 

 

Рис.8. Микрофотография частиц аттанульгита. 

Ввиду  того,  что  аттанулогитовые  глины  повышают  вязкость  в  любом  типе  воды 

затворенния, то возникает вопрос: “Для чего нужен бентонит?” Ответом будет: (1) более 
высокая  стоимость,  (2)  отсутствие  регулирования  водоотдачи,  обусловленное  формой 
частиц и  (3) сложность контроля реологических характеристик. 

 

 

Существует, однако способ повышения вязкости раствора на основе солёной воды, в 

которые  добавляются  пресноводные  глины.  Это  достигается  прежде  всего  гидратацией 
глины в пресной воде с последующим введением полученного раствора в солёную воду. 
Такой способ (называемый прегидратацией) будет подробно описан несколько позже. Он 
включает в себя не только поддержание определенного уровня рН и введение химических 
динсперсантов  в  раствор  перед  их  добавлением  в  солёную  воду.  Таким  образом  не 
уменьшается  понижение  вязкости  вследствие  дегидратации  в  присутствии  большего 
количества  ионов  металлов.  Этот  процесс  показан  на  рис.  8,  Был  приготовлен  раствор, 
содержащий  30  фунт/барр  бентонита,  которому  дали  возможность  гидратация.  После 
этого  его  ввели  в  воду  объёмом  один  баррель  с  концентрацией  хлорида  натрия  100000 
част/млн. 

Из  рисунка  ясно,  что  глина  была  диспергирована  в  соленой  воде,  а  реологические 

характеристики показывают, что глина выполняет свою функцию. Со временем вязкость 
значительно  уменьшится  вследствие  дегидратации.  Результирующая  вязкость  всегда 
будет значительно выше, чем при введения сухой глины непосредственно в солёную воду. 

Совершенно  другая  реакция  происходит  при  введении  соли  или  кальция 

непосредственно в глинистый раствор, приготовленный и прогидротированный в пресной 
воде.  На  рис.  10  и  11  показана  эта  реакция.  Следует  обратить  внимание  на  начальное 
увеличение и последующее понижение вязкости, рассмотренной выше. 

На рис. 10 показано начальное повышение вязкости вследствие флокуляции, вызван 

ной  добавлением  двухвалентных  катионов  Са

 

.

  Это  в  свою  очередь  приводит  к 

агрегации  частиц  и  понижению  вязкости  вследствие  дегидратации  и  уменьшения 
количества частиц. 

На рис. 11 показано в основном то же самое, за исключением того, что флокуляция и 

агрегация обусловлена массовым влиянием ионов Nа

 

 ввиду них высокой концентрации  

 

Рис.9. Добавление пре— гидратированного  бентонита  к соленой воде