Лекция 15. Буровые растворы с конденсированной дисперсной фазой

В основе получения растворов с конденсированной дисперсной фазой лежат химические или физические процессы возникновения новой фазы при соединении ионов и молекул в гомогенной среде. В буровой технологии применяются два способа получения растворов с конденсированной дисперсной фазой: 1) конденсация гидрогелей или солегелей из перенасыщенных водных растворов солей; 2) смывка органических высокомолекулярных соединений низкомолекулярными неорганическими или органическими соединениями.

Гидрогелевые минерализованные буровые растворы

При конденсации дисперсной фазы из перенасыщенных водных растворов солей основу дисперсной фазы составляют или гидраты солей (гидрогелевые растворы), или образующиеся в процессе конденсации нерастворимые соли (солегелевые растворы). Наибольшее применение имеют гидрогелевые растворы, в частности гидрогели магния.

Гидролевые растворы с конденсированной фазой попугают по следующей схеме: растворение в рассоле солей поливалентных металлов—обработка щелочью—интенсивное перемешивание в течение определенного времени обработка химическими реа­гентами. Рассолы образуют обычно из пресной или минерали­зованной пластовых вод растворением в них галита. В качестве солей поливалентных металлов можно использовать водораство­римые соли кальция, магния, цинка, железа, алюминия.

Наиболее перспективные—природные соли: бишофит (MgCl2-6H20) и карналлит (KCl-MgCl2-6H20), а также некото­рые отходы промышленности. В частности, имеется опыт при­менения на площадях Башкирии отходов содоцементного про­изводства для получения солегелевого раствора. Обычно кон­центрация солей поливалентных металлов в рассоле составляет не менее 12—15 г/л по катиону После растворения солей поли­валентных металлов вводят 1,5—2% едкого натра или извест­ковое молоко из расчета 2—3% сухой окиси кальция. При взаи­модействии щелочи с солями поливалентных металлов образуются гидраты:

MgCI₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ + 2NaCl.

Гидраты—центры основных структурообразующих элемен­тов, так называемых оксихлоридов (например, nMg(OH)₂×mMgCl₂zH₂O), для появления которых необходимо интенсивное перемешивание раствора в течение определенного времени. По истечении этого времени раствор приобретает гелеобразный вид. Если необходимо, снижают показатель фильтрации обработкой раствора солестойкими химическими реагентами, вводят противоизносные и смазочные добавки. Для того, чтобы гидраты выпадали в осадок, выполняли функцию центров кристаллообразования, необходимо поддерживать нейтральный или щелочной уровень рН среды. При этом, чтобы органические химические реагенты, ПАВ, смазочные добавки не блокировали рост нитей оксихлоридов, вводить их в раствор можно только после наработки необходимого уровня структурно-механических свойств.

Гидрогелевые растворы особенно эффективны при разбуривании сложных неустойчивых разрезов, представленных чередованием склонных к обвалам пропластков терригенных пород и водорастворимых солей.

Недостатками гидрогелевых растворов являются высокая материалоемкость и низкая термостойкость, не превышающая практически 100 – 110⁰С. Кроме того, при недостаточно эффективной системе очистки от шлама, эти растворы могут резко загущаться.