Лекция 18.Инвертные эмульсионные растворы

Кратное уменьшение стоимости (в 2-4 раза), пожарная безопасность достигаются при использовании в качестве растворов на углеводородной основе инвертных (обращенных, гидрофобных) эмульсий.

Эмульсия представляет собой систему, состоящую из двух жидких фаз, одна из которых распределена в другой в виде ка­пелек Жидкость, образующая капельки, называется дисперсной фазой, а жидкость, заключающая эти капельки—дисперсион­ной средой (непрерывная фаза).

Существуют два рода (типа) эмульсий:

эмульсии I рода, пли гидрофильные эмульсии, типа масло в воде, здесь масло (какая-либо углеводородная жидкость) в ви­де капелек распределено в другой жидкости;

эмульсии II рода, или гидрофобные эмульсии, типа вода в масле, здесь в виде капелек находится вода.

Тип получаемой эмульсии во многом зависит от свойств эмульгатора, необходимого для образования устойчивой эмуль­сии Эмульгатор должен смачиваться обеими фазами Сущность образования эмульсии заключается в следующем. При смешива­нии масла и воды растворения их друг в друге не происходит, всегда есть граница раздела фаз. При добавлении эмульгатора последний адсорбируется на этой границе и образует сплошную оболочку Если эмульгатор лучше смачивается водой, то поверх­ностное натяжение на границе обо точка—вода меньше, чем на границе оболочка—масло, и линия раздела фаз стремится изо­гнуться Причем сторона с большим поверхностным натяжени­ем принимает вогнутую форму. В результате жидкость с боль­шим поверхностным натяжением окажется заключенной в виде капелек в другой жидкости.

Инвертные эмульсионные растворы обладают всеми основными преимуществами растворов на нефтяной основе, они более дешевы и пожаробезопасны, но всегда существует опасность обращения фаз. Если происходит обращение фаз, дисперсионной средой становится вода и преимущества растворов на углеводородной основе теряются. Основными дестабилизирующими факторами ИЭР в буровой технологии являются повышенная температура, поступление в раствор избытка воды и гидрофильных материалов, в частности, гидрофильных глин из разбуриваемых пород.

Задача предупреждения обращения фаз в ИЭР решается соответствующим подбором эмульгаторов и стабилизаторов, обеспечивающих высокую дисперсность глобул и устойчивость против их слияния (коалесценции), флокуляции (коагуляции) и седиментации. При этом наиболее эффективным является структрно-механический фактор устойчивости дисперсных систем, т.е. создание на частицах дисперсной фазы (глобулах) пленок, обладающих упругостью, разрушение которых требует достаточной энергии и определенного времени.

Обычно эмульгаторами эмульсий служат соединения с дифильной структурой молекул при определенном соотношении гидрофильной и гидрофобной частей (гидрофильно-липофильный баланс – ГЛБ). Так, эмульгаторы для эмульсий 1рода имеют ГЛБ 8 ¸ 13, для эмульсий П рода – 3 ¸ 6. Эмульгаторы эмульсий 1 рода лучше растворяются в воде, а эмульгаторы эмульсий П рода – в углеводородной жидкости. В качестве эмульгаторов для эмульсий1 рода применяются химические реагенты КМЦ, крахмал, ПАВ типа алкиларилсульфатов, сложных и простых эфиров, гидрофильная глина и др., для эмульсий П рода – мыла жирных кислот, полиамины, амиды и их смеси, ГКЖ, эмультал, ИКБ-2, МАС-200, сажа и др. Указанные эмульгаторы обладают и стабилизирующими свойствами. Если стабилизирующий эффект необходимо повысить, вводятся дополнительно реагенты типа смад-1, увеличивают содержание эмульгаторов. Хорошие результаты по стабилизации ИЭР дает применение органофильных, набухающих в дисперсионной среде, глин.

Технология приготовления ИЭР заключается в следующем. На первом этапе готовится углеводородная часть эмульсии, т.е. основа дисперсионной среды с добавками эмульгатора и стабилизатора. Для перемешивания используется обычное буровое оборудование – гидравлические или механические мешалки. На первом этапе в углеводородную смесь вводится порционно техническая пресная или минерализованная вода. Полученная система перемешивается до устойчивых показаний качества ИЭР по электростабильности, измеряемой обычно на приборе ИГЭР-1.

Особенности технологии бурения скважин с промывкой рас­творами на углеводородной основе следующие:

при монтаже буровой установки наземная часть циркуляци­онной системы выполняется закрытой, устье скважин должно быть оборудовано для сбора раствора в случае его перелива из скважины;

для очистки поднимаемой из скважины колонны труб под ротором устанавливают специальное протирочное приспособление, обмыв труб водой не допускается;

при переходе на промывку раствором на углеводородной ос­нове между ним и вытесняемым из скважины раствором надо закачивать буферную жидкость (нефть, у тяжеленный РНО),

один и тот же буровой раствор на углеводородной основе ис­пользуется многократно при бурении нескольких скважин;

в процессе бурения систематически измеряют электроста­бильность, температуру раствора на выходе из скважины. теу1-пературу вспышки, последняя должна быть не менее чем на 50 ⁰ C выше температуры выходящего из скважины рас­твора.