Хлоркальцієві бурові розчини

 

Призначення та умови застосування

 

Хлоркальцієвий розчин – інгібуючий кальцієвий розчин, який вміщує в якості інгібуючої домішки хлорид кальцію. Наявність у фільтраті бурового розчину іонів кальцію допомагають суттєвому зменшеню осипань та обвалювань під час розбурювання нестійких аргілитоподібних відкладів.

При використінні хлоркальцієвих бурових розчинів відбуваються два основних процеси, які знижують гідратацію глинистих мінералів: перехід мінералів у кальцієву форму та коагуляція глини під дією хлоридів кальція.

З підвищенням вмісту іонів кальцію в обмінному комплексі природних глинистих порід ефективність застосування хлоркальцієвих розчинів зменшується, досягаючи мінімума при наявності кальцієвих природних глин. Така зміна характерна для все більш глибокозалягаючих відкладів. Як вийняток складають тріщиноваті або шаруваті аргілити і аргілитоподібні глини з вторинним монтморілонітом, утвореним по площинах спайності цих глин.

Хлоркальцієвий розчин не втрачає стабільності під час розбурювання гіпсоангідритних товщ, циментних стаканів і невеликих виявів високомінералізованих пластових вод.

Термостійкість хлоркальцієвих бурових розчинів обмежена (100-120°С) в зв’язку з відсутністю ефективних реагентів-понижувачів фільтрації, які стійкі до іонів кальцію.

 

Склад і граничні значення показників властивостей

 

Склад хлоркальцієвих розчинів та вміст реагентів приведені в табл.16.1.

Слід мати на увазі, що у вапнистих і гіпсових бурових розчинів, підтримується постійна концентрація вільних катіонів кальцію, а хлоркальцієвому розчині вміст кальцію постійно змінюється. Тому вміст кальцію потрібно постійно поповнювати та підтримувати на рівні 1500¸3500 мг/л.

Таблиця 16.1 – Хлоркальцієві розчини

Склад розчину	Вміст, кг/м^3	Показники властивостей (min-max)
		УВ,с	Q1, дПа	Q10, дПа	Ф, см^3	рН
Глинопорошок ПББ ПБВ ПБГ ПБД	80-100 (80-100) (100-120) (120-160)	25-50	15-40	20-60	4-12		8,0-9,5
Реагенти-стабілізатори КМЦ Крохмаль КССБ КМЦ+КССБ ФХЛС+КМЦ ССБ+КМЦ	10-30 (10-30) (50-60) (10-15)+(20-30) (20-40)+(10-20) (10-30)+(10-20)
Спеціальні добавки Вапно (Ca(OH)2) Піногасник (триксан) МАС-200 (5%) Хлористий кальцій (кристалогідрат)	2-5 1-2   (5-10) 5-10 (7,5-15)
Змащуючі добавки Нафта Графіт	80-100 (10-13)

Густина 1060¸2200 залежно від вмісту глини та обважнювача.

В дужках дані взаємозамінні матеріали

Під час буріння у в’язкопластичних глинах, які легко переходять в простий глинистий розчин і підвищуючи його в’язкісні властивості, вміст іонів кальція у фільтраті хлоркальцієвого розчину повинен знаходитись на рівні 2500-3500 мг/л, а при бурінні в набрякаючих глинистих сланцях, аргілитах - 1500¸2000 мг/л.

Для покращення властивостей хлоркальцієвих розчинів рекомендується обробку хлористим кальцієм зрівнювати з вводом вапна. При вводі гідрооксиду кальція в хлоркальцієвому розчині поряд з простими іонообмінними процесами в комплексі глин, спостерігається молекулярне поглинання вапна, покращується процес ущільнення глинистих сланців в результаті утворення гідрокальцієвих силікатів.

Використання для зниження фільтрації КМЦ, при високому вмісті Са²⁺ погіршується із-за того, що приводить до росту фільтрації. КССБ, хоч і являється кальційстійким реагентом, недостатньо ефективно знижує фільтрацію і до того ж сильно вспінює розчин. При одночасному використанні КМЦ і КССБ підвищується поріг коагуляції КМЦ, покращується стабілізація розчину.

 

Технологія приготування

 

Для отримання хлоркальцієвого розчину глинисту суспензію готують на прісній воді, яку оброблюють КМЦ і КССБ. Одночасно з КССб в розчин додають піногасник. Після отримання оптимальних показників (УВ=25¸30с, Q₁=12¸24 дПа, Q₁₀= 30¸60 дПа, Ф=3¸4 см³) розчин оброблюють хлористим кальцієм і вапном та визначають вміст кальцію у фільтраті.

Для приготування хлоркальцієвого розчину можна використовувати розчин, промивання яким розбурювали вищезалягаючі відклади: прісний, оброблений УЩР, вапняковий, гіпсовий та ін. Можливість переходу з простого розчину, обробленого ВЛР, на хлоркальцієвий залежить від концентрації у вихідному розчині гуматів натрію. При високому вмісті гуматів домішки CaCl₂ можуть викликати різке загущення системи. Для запобігання цього необхідно розчин попередньо обробити 5%-ним водним розчином лігносульфонатного реагенту (ФХЛС, ССБ) нейтралізованого домішкою каустичної соди до рН=9. Витрата реагенту на первинну обробку складає 30-50 л/м³. Після цього необхідно ввести 5-10кг/м³ КМЦ або крохмалю, 10-20 кг/м³ КССБ -2,4; 2-5 л/м³ піногасника, 1-3 л/м³ вапнистого молока густиною 1100-1120 кг/см³, а потім у два-три цикли добавити 10-15 кг/м³ хлористого кальцію. Вапно додається для підтримання рН розчину.

Домішки хлористого кальцю і вапна є причиною загущення розчину, інтенсивність якого залежить від якості підготовки вихідного розчину. При правильному підборі вихідної рецептури тривалість загущення не перевищує 1-2 цикли циркуляції. В ряді випадків хлористий кальцій і вапно можна вводити поетапно, протягом 2-3 довбання, щоб процес приготування не заважав поглибленню свердловини. Найбільш просто перевід здійснюється при малому вмісті твердої фази.(10-15% - для тонкодисперсних глин).

Ввід каустичної соди (NaOH) для підтримання рН розчину в межах 9-11 небажаний, оскільки відбувається утворення гідрооксиду кальція з вилученням іонів кальцію з фільтрату, а також підвищуються структурно-механічні і фільтраційні властивості розчину.

Підвищений вміст хлористого кальцію в розчині не бажано за трьома причинами. По-перше, найбільший ущільнюючий ефект, проявляється при концентрації іонів кальцію в межах до 3500 мг/л і її підвищення більшого ефекту не дає; по-друге, збільшення вмісту іонів кальція підвищує вимоги до реагентів-понижувачам фільтрації; по-третє, значно зростає електропровідність розчину, що ускладнює інтерпретацію геофізичних досліджень.

Приготування хлоркальцієвого розчину з вапнистого і гіпсового розчинів не викликає труднощів, варто тільки обробити розчин полімерним реагентом і КССБ-4, а потім ввести хлористий кальцій. Концентрація катіонів кальцію у фільтраті підтримується в межах 3000-3500мг/л. При зниженні концентрації додають 3-5 кг/м³ CaCl₂. Значення рН регулюється вводом вапнистого молока.

У випадку приготування хлоркальцієвого розчину, який містить акрилові полімери, порядок дій такий же, як і для приготування з гуматних розчинів.