Агрегация кальциевых и магниевых глин

Агрегации подвергаются в большей степени кальциевые и магниевые глины. При повышенных температурах также происходит агрегация частиц за счет интенсивного броуновского движения и их дегидратации. При вводе, например,  кальцинированной соды, и механическом диспергировании, всегда наблюдается интенсивный рост вязкости и ПСНС, за счет разрушения крупных частиц на более мелкие и, как следствие, увеличению их контактов. Еще одним источником роста вязкости является связывание кальцинированной соды или фосфатами избыточного содержания поливалентных катионов, в результате которого дополнительно образуются нерастворимые в воде карбонаты.  Так как высокие структурно-механические свойства буровых растворов отрицательно влияют на технико-экономические показатели бурения и уменьшают гидростатические давление на пласт из-за «зависания» раствора, то для их снижения применяются специальные добавки, называемые понизителями вязкости (пептизаторами, или более точно – мицеллярными электролитами). Эти добавки способствуют уменьшению объемного расхода (объемной скорости течения) раствора, тиксотропного структурообразования, потребной суммарной гидравлической мощности насосов, потерь давления, суммарного противодавления в затрубном пространстве, возможности произвольного гидроразрыва. Ввод понизителей вязкости позволяет снизить гидравлические сопротивления на 16-18%, проходку на долото и механическую скорость. Механизм действия понизителей вязкости основан на уменьшении энергии взаимодействия глинистых частиц по контактам «ребро-ребро» за счет их хемосорбции на положительно заряженных ребрах кристаллов с образованием нерастворимых солей или комплексонов с алюминием, магнием и железом в глинистых частицах. Причем снижение вязкости зависит от массовой доли хемосорбированного глиной понизителя вязкости, а не от его концентрации в водной фазе. При диссоциации ионов натрия поверхность ребер приобретает отрицательный заряд, что препятствует структурообразованию за счет связей между положительно заряженными ребрами и отрицательно заряженными базальными поверхностями (гранями). При этом понизители вязкости натриевого типа (лигнины, фосфаты) могут применяться только в пресных растворах, так как они теряют эффективность при наличии избыточного количества различных солеей, ввиду расхода реагента полностью или частично на связывание катионов. И если учесть, что эти реагенты вводятся совместно со щелочью для образования водорастворимых щелочных солей, то адсорбция гидроксил-ионов на глинистых частицах может привести к повышению вязкости. Основной механизм этого явления заключается в увеличении отрицательного заряда глинистых частиц и отталкивания их друг от друга, превращении некоторых частиц кальциевой глины в натриевую и увеличении количества частиц вследствие повышения их степени дисперсности щелочным реагентом. Некоторые из отмеченных недостатков относятся относятся и к лигносульфонатам натриевого и аммониевого типа, эффективность которых значительно ниже, чем лигносульфонатов кальция и которые не могут составить конкуренции лигносульфонатам, обработанным солями хрома и железа. Механизм действия этих понизителей вязкости заключается в адсорбции и катионообмене между FeАгрегация кальциевых и магниевых глин и СаАгрегация кальциевых и магниевых глин глины, в связи с чем они проявляют достаточно высокую солестойкость. Лигносульфонаты уменьшают набухание глин за счет образования полупроницаемой мембраны, снижающий проникновение жидкости к глинистым частицам и дают возможность получить недиспергированные растворы, в комбинации с ГКЖ-11Н. Лигносульфонаты являются эмульгаторами углеводородных жидкостей, а в щелочных растворах ведут себя как поглотители кислорода, снижая коррозию от сульфидного растрескивания. Понизители вязкости должны иметь относительно низкую молекулярную массу и гидрофилизировать поверхность частиц. Некоторые органические разжижители также способны защищать в обменном комплексе глин натрий и кальций. Понизители вязкости способствую увеличению прочности и плотности глинистой корки, пепетизируют глинистые частицы (поэтому нежелательно их применение при вскрытии продуктивных пластов), уменьшают их флокуляцию и коагуляцию и частично снижают фильтрацию буровых растворов при рН=8-10. Минерализация и температура снижает эффективность разжижителей, термосолестойкость которых может быть повышена добавками хроматов, НТФ, АМ-5 и МАС-200, а также квасцов, извести и т.д.

Расход понизителей вязкости в буровом растворе происходит по следующим направлениям:

- на первоначальное насыщение поверхности глинистых частиц;

- на насыщение поверхности вновь образованных глинистых частиц в результате пептизации или диспергирования;

- потери реагента в связи с термоокислительной деструкцией и химическими реакциями при высоких температурах;

- потери со шламом при осаждении из раствора;

- избыточное содержание реагента, не влияющего на подвижность раствора.

За рубежом выпускаются понизители вязкости на основе акриловых полимеров с низкой молекулярной массой, устойчивых к температуре до 150º С, причем их расход в 40 раз меньше лигносульфонатных разжижителей. Краткая информация о понизителях вязкости изложена ниже.

Social Like