Глинен прах - материал за сондажни течности

Развитието на дълбокото сондиране изисква разширяване на научните изследвания в областта на създаването на материали за сондажни течности. Тази работа беше особено интензивна в САЩ, където дълбоките сондажи започнаха да се развиват още през 30-те години.
Големите компании, произвеждащи материали за приготвяне на сондажни течности през следвоенните години, драстично увеличиха обема на научните изследвания и разработките.
Всичко това доведе до значително разширяване на гамата от химикали и добавки, които придават на сондажната течност необходимите свойства. В момента САЩ произвеждат над 600 вида реактиви и добавки за сондажни течности. С усилията на API, химическите реагенти, тежестите и глинените прахове бяха стандартизирани и бяха разработени необходимите препоръки за тяхното използване. В момента американските фирми продължават да работят по създаването на нови, по-ефективни материали за сондажни течности.

Първите сондажни течности са смес от вода и всякакъв вид глина, чиито твърди частици могат да бъдат суспендирани за значително време. Вискозни, лепкави глини, наречени "гумбо", считани за качествени глини за приготвяне на сондажна кал; добавянето им към вода се препоръчва около 20% от теглото на глина.

През 1921 г. е направен първият опит за регулиране на свойствата на сондажни течности чрез използване на специални добавки. Започвайки през 1920 г., използваните баритно претеглени разтвори имат вискозитет и структурни свойства, които са недостатъчни, за да могат баритовите частици да бъдат стабилно суспендирани в разтвор. Това беше причината за началото на обработката на разтвори с химически реагенти, предназначени само за увеличаване на вискозитета на разтвора, за да се предотврати утаяването на частиците на тежестите. Първите химически реактиви са сода каустик и натриев алуминат.

През 1929 г. са издадени патенти на Крос и Харт, които предлагат да се използва бентонитови глини с магнезиев оксид като добавка за подобряване на структурните свойства на разтвора. Пригодността на глините за пробивни флуиди се определя от добива на разтвора, от якостта на гела, която се характеризира с разликата в ограничаващото статично напрежение на срязване непосредствено след смесването и след 10 минути почивка, от образуващи кори свойства . Добивът на разтвора се определя от количеството разтвор с определен вискозитет (обикновено 15 cP), получен от 1 тон глина, смесена в прясна или морска вода. По този начин добивът е качествен показател при приготвянето на разтвора и много потребители изискват бентонитите да дадат 14,3 m3 разтвор с вискозитет 15 cP на 1 тон глина. Този добив е общ за най-чистите форми на натриев бентонит, като например Уайоминг, но не може да се постигне с калциеви бентонити или суббентонити. Те обикновено имат добив на разтвор от около 4,8-9,5 m3/t.

В тази връзка са правени опити за обработка на глини, за да се увеличи добивът на разтвора. Предлаганите реактиви за обогатяване на глини могат да бъдат разделени в две групи:
- неорганични (калцинирана сода, перманганати, натриев алуминат, магнезиев оксид);
- органични (водоразтворими полиакрилови киселини, етилен малеинов анхидрид в комбинация с други вещества).

В някои случаи се препоръчва комбинирана употреба на органични и неорганични реактиви.
Един от широко използваните методи за обогатяване на калциеви глини е методът за добавяне на пептизиращ агент към глината, като натриев карбонат (калцинирана сода) в количество от I до 10%. Оптималното количество е 3-5%. Този метод на основен обмен на калциеви йони с натриеви йони не винаги е бил успешен, може би защото йонообменът не може да бъде завършен. Не всички глини са добре обогатени със сода.
Препоръчително е да се използват перманганати за онези глини, които са слабо обогатени със сода. Количеството на перманганатни соли е малко - 0,2-0,4%. Добивът на разтвора от Вайоминг бентонит се увеличава от 13,55 м3/т до 18,75 м3/т при обработка на 0,4% KMnO4, а добивът на разтвора на Вайоминг бентонит с първоначален добив 17,0 м3/т се увеличава до 22,05 м3/т, т.е. с 29,7%. Перманганатът обогатява добре натриевите бентонити.

За увеличаване на добива на разтвор от калций бентонит и суббентонит използвайте съполимери на етилен малеинов анхидрид със съединения на алкални метали, които са водоразтворими, йонизируеми и имат анион, който може да реагира с калций, образувайки неразтворима във вода утайка.
Най-добри резултати се получават при използване на сода. Смята се, че функцията на тази добавка е да създава натриеви йони за обмен с калциеви йони в калциев монтморилонит, превръщайки последния в натриев монтморилонит. Подобен обмен обаче не позволява превръщането на калциев монтморилонит в истински натрий, като например Вайоминг бентонит; следователно, съполимери на етилен малеинов анхидрид с хексаидиен (1,5%) или диалил етер се използват за допълнително увеличаване на добива на разтвора. Количеството калцинирана сода е 3-5%; съполимер - 0,02-0,12% от теглото на глината. Търговското наименование на етилен малеинов анхидрид със специфичен вискозитет 0,1 е DX-840-31, а натриевата сол на етилен малеиновия анхидрид със специфичен вискозитет 0,1 се нарича DX-849-54.

При обработка Уайоминг бентонит с реагент DX-840-31 добивът на разтвора се увеличава до 22,7 m3/t; докато обработвате това бентонит реагент DX-840-31 с добавяне на 0,9% MnO4, добивът на разтвора се увеличава до 30,3 m3/t.
Добри резултати се получават при обработката на глини с водоразтворими полиакрилни киселини.
Acrisol A-3 е търговската марка на водоразтворима полиакрилова киселина със средно молекулно тегло 7500. Когато Wyoming бентонитът се обработва с 0,06% реагент Acrisol A-3, добивът на разтвора се увеличава до 30,8 m3/t. Съвместната обработка има добър ефект бентонит полимер Акризол А-3 и оцетна киселина соли на калций или натрий.

Въвеждането на обогатяващи реактиви, като правило, се случва по време на смилането, понякога директно в сондажната течност.
За определяне на вискозитета широко се използва ротационен вискозиметър Fann, който може да се използва за измерване на структурния вискозитет, ограничаване на динамичното и статично напрежение на срязване и други показатели на разтвора. По-точно и удобно устройство е ротационният вискозиметър Fann VG-34, който директно показва вискозитета в сантипуаз и напрежението на срязване (статично и динамично) без никакви преизчисления.
Загубата на течност се определя с помощта на устройство Baroid.
Основните видове глинени прахове, произведени в САЩ. От общия брой глинени прахове, произведени в САЩ, 68,4% са направени от бентонит, 24,4% от други глини и 7,2% от атапулгит.

Най-печелившата суровина е бентонит, давайки голяма производителност на разтвора (12,0 m3 от 1 тон прах). Бентонитовите прахове (търговски марки - aquajel, magkojel) имат съдържание на влага не повече от 10%, много фино смилане (92% от прахообразната проба трябва да премине през сито от 200 меша), лесно се накисва; от 1 тон прах при минимална плътност (1,03 g/cm3) се получава 15,25 m3 глинеста суспензия с вискозитет най-малко 15-20 cP (според Stormer), със загуба на течност 15-20 cm3. Цена на 1 тон бентонит $ 30.

Заедно с производството на прахообразен бентонит, праховете се произвеждат от местни глини от два вида: със среден (6 -12 m3) и малък (до 6m3) разтворът излиза от 1 т.
Глини с ниско цъфтеж са необходими, когато е необходимо да се получи висока плътност и да се пренебрегнат вискозитетът и свойствата на образуването на кора на разтвора. В някои случаи праховете от местни глини са половината от цената на праховете от бентонит. Глиненият прах с нисък добив на разтвор е например прахът ER-95, произведен в Калифорния: от 1 тон от този прах се получават 1,5 m3 разтвор с плътност 1,44 g/cm3. Глинен прах "ksatkley", чиято цена е с 20% по-висока от ER-95 на прах, също така дава нисък добив на разтвор: 4,4 m3/t, загуба на вода в разтвор 15 cm3 съгласно API. Понастоящем консумацията на този вид глина е намалена до 3 хиляди тона годишно.

Фирма Magcobar произвежда комбинирани глинени прахове, състоящ се от смес от 80-85% прах нискокачествена глина тип "ksatkley", 15-20% бентонит и 2,5% калцинирана сода. Тази смес е с 27% по-евтина от първокласния бентонит. При 10% концентрация на тази смес в разтвор, нейният добив е около 8,8 m3/t.
За приготвянето на сондажни течности за солена вода се използва широко от 20 години атапулгит. Тази глина, когато се разтвори напълно в солена вода, създава същия вискозитет като в прясна вода. Бентонитът и другите видове глина не притежават тези свойства.

Атапулгитовите суспензии имат достатъчен вискозитет и носещи свойства, но, за съжаление, те се характеризират с голяма загуба на течност (140 cm3 за 30 минути). На практика тази висока загуба на течност обикновено се кондензира чрез добавяне на предварително желатинизирано нишесте, лигносулфонат или квебрачо. От I t ат-тапулгит, когато се разтвори в солена вода, могат да се получат 2I m3 сондажна кал с вискозитет 15 cP. За сондажни течности, смесени в солена вода, атапулгитната глина изисква по-малко от монтморилонит.
Атапулгит в сондажната течност доста бавно увеличава нейния вискозитет и следователно отнема известно време, за да се увеличи вискозитетът на сондажната течност след добавяне на атапулгит.

Основните доставчици на материали за сондажни течности в САЩ са Baroid и Magcobar. Фирмата Baroid произвежда следните видове глинени прахове: aquagel, baroque, quickjel, tseojel.

Aquagel - глинен прах, разработен от компанията през 1928 г., е фино смляна бентонитова глина. На външен вид това е бял или светлосив прах. Плътност 2,5 g/cm3. Използва се като обикновен желиращ колоид за контрол на вискозитета, СНС и намаляване на загубата на течности.
Производителност на разтвора - 15,9 m3/t с вискозитет 15 cP на 1 тон.

Барок - сух смлян суббентонит, използван за сондажни течности с ниска до умерена концентрация на сол, добивът е 7,2 m3 разтвор с вискозитет 15 cP на 1 тон глина, смесена с прясна вода. Добри резултати се получават чрез добавяне на вода, съдържаща 1,5% сол.

Quicktjel - модифициран бентонит, който дава 2 пъти по-голям добив на разтвор от конвенционалния бентонит в Уайоминг (32 m3/t).
Особено често се използва за пробиване на сеизмични и водни кладенци.

Магкоджел - чист уайоминг бентонит.

Куйктич - специално приготвен стабилен ефективен бентонит с добив на разтвор около 31,8 m3/t с вискозитет 15 cP. Бързо образува тънък филтър.

Saltjel - високи степени на атапулгитова глина с добив 15,9 m3/t наситен със сол разтвор с вискозитет 15 cP. Под ефекта на флокулация на пластовите води, разтворите на основата на солтел не променят своите свойства.

S. A. Ryabokon - Монография - Технологични течности за инжектиране и ремонт.