С некоторой долей условности полимерные водорастворимые реагенты для регулирования свойств промывочных жидкостей можно разделить на несколько групп по функциям, которые они играют в промывочном растворе:
- Регуляторы водоотдачиИнгибиторы разбухания глинМодификаторы реологических свойствСмазывающие агентыЗагустителиРазжижителиДетергенты (моющие средства)Специальные добавки
Например, использование растворов с добавками полимерных реагентов (КМЦ) для понижения вязкости глинистых растворов позволило улучшить состояние стенок скважин и повысить качество цементирования скважин.
Решение проблемы сокращения сроков строительства скважины, снижения осложнений и других вопросов обусловило применение полимерглинистых буровых растворов с добавками акриловых полимеров, в основе защитного действия которых лежат ряд физических и химических явлений, связанных со структурой полимера, его концентрацией.
Обилие реагентов под торговыми марками различных производителей, часто без детальной информации о свойствах данного продукта, существенно усложняет выбор нужного реагента. Здесь необходимо помнить, что среди разных групп полимерных реагентов есть разновидности, при смешивании которых может произойти разрушение структуры раствора с потерей или существенным ухудшением его свойств. Кроме того, иногда совместный ввод в раствор реагентов одного типа (касательно анионо- или катионоактивности) может приводить к взаимодействию между ними и существенному отличию от ожидаемых параметров раствора. Поэтому перед вводом того или иного реагента враствор необходимо протестировать его в лабораторных условиях на ротационном вискозиметре и фильтр-прессе.
Существуют бентонито-полимерные композиции для применения в качестве промывочной жидкости типа «готовая универсальная смесь в одном мешке», а также предлагается ряд реагентов, которые используются для регулирования свойств раствора при бурении в различных условиях.
Типичный набор выглядит следующим образом:
Бентонито-полимерная смесь универсальная (низкое содержание песка, высокая вязкость при низких скоростях сдвига);Полианионная целлюлоза, производные крахмала и т.д. — для снижения водоотдачи раствора при проходке в песчаных грунтах;Полиакриламиды — для ингибирования глин при проходке в глинистых грунтах;Биополимер ксантановой группы — для изменения реологических показателей с целью усиления выносной способности раствора и повышения устойчивости ствола скважины. Смазывающие реагенты – для уменьшения крутящего момента;Детергенты – для снижения налипания глин на инструмент.Сода кальцинированная Na2CO3 – для повышения щелочности раствора (pH).Регенты второй, третьей и четвертой групп являются загустителями бурового раствора, но они по разному влияют на его реологические характеристики.
Специалисты утверждают, что нет универсальных грунтов, и именно поэтому нет универсальных полимеров и тем более не может быть готовых смесей в одном пакете на все случаи. Правильно было бы составлять рецептуру раствора под конкретные условия бурения, но такой подход требует наличия у потребителя серьезноголабораторного оборудования и специалистов соответствующей квалификации. Поэтому на сегодняшнем рынке расходных материалов востребованными оказались продукты типа «готовая смесь в одном мешке», свойства которых можно подрегулировать в каких-то пределах путем дополнительного ввода того или иного реагента.
Целлюлозные реагенты в основном используются для снижения показателя водоотдачи раствора, но при этом они выполняют также роль загустителей и смазывающих агентов, а также частично улучшают реологические показатели раствора – увеличивают предел текучести. Содержание этих реагентов в растворе целесообразно увеличивать при проходке в песчаных грунтах в тем большей мере, чем более грубозернистый песок.
Реагенты группы полиакриламида применяются для снижения разбухания глинистых пород и предотвращения таким образом сужения ствола скважины, а также чрезмерного загущения раствора вследствие наработки глинистой фазы из вмещающих пород. При этом полиакриламиды в небольших концентрациях могут выполнять функцию загустителя, но чрезмерное количество этих реагентов приводит к резкому росту водоотдачи раствора и снижению предела текучести. Обычно эти реагенты применяют при проходке глинистых, интенсивно разбухающих пород. При проходке высоковязких глин бывает достаточно приготовить раствор полиакриламида в воде.
Биополимеры ксантанового ряда являются очень эффективными загустителями как в пресной, так и в соленой воде, но основная их ценность состоит в корректировке реологического профиля раствора. Их ввод в раствор увеличивает его выносную способность без увеличения вязкости при высоких скоростях течения (в насосе, буровых штангах, соплах) и значительно улучшает условия очистки горизонтально ориентированной скважины от выбуренного шлама, особенно при остановках проходки и при расширениях скважины. Главным недостатком реагентов этой группы является их склонность к биологическому разложению, вследствие чего могут ухудшится реологические показатели раствора. Для предотвращения этого процесса в раствор добавляют защитные бактерициды или же предварительно обрабатывают ими биополимеры.
Смазывающие добавки являются обязательным компонентом промывочных жидкостей при проходке скважин. Ввод в раствор этих компонентов позволяет значительно уменьшить крутящий момент при расширении скважины, а такуже облегчить затяжку трубы в скважину.
Детергенты (Поверхностно-активные вещества или ПАВ, моющие средства) позволяют уменьшить налипание грунта на буровой инструмент и штанги, что в комплексе с использованием смазывающих добавок приводит к значительному снижению скручивающих усилий при бурении и тяговых усилий установки при затяжке трубы. Сода кальцинированная – используется для увеличения щелочности раствора до уровня рН=8-9 единиц, поскольку такой уровень щелочности является наиболее оптимальным для большинства полимерных реагентов используемых при бурении. Ввод соды блокирует активность ионов Са2+.
Таким образом, применение полимерных буровых растворов в практике бурения скважин свидетельствует об совершенствовании рецептур в части их технологичности. Наряду с усложнением рецептур за счет большого количества реагентов и удорожанием, тем не менее при использовании безглинистых полимерных растворов достигаются высокие технико-экономические показатели бурения. Это благодаря комплексу положительных свойств: сравнительно слабых реологических, удовлетворительных смазывающих, ингибирующих, флокулирующих и других, которые можно регулировать в зависимости от конкретных горно-геологических условий.