Эмульсионные глинистые растворы и растворы на нефтяной основе

Эмульсия – двухфазная система, состоящая из мельчайших капелек «масла», распределенных в воде, или мельчайших капель воды, распределенных в «масле». Под «маслом» подразумевается любое органическое вещество, в частности нефть и ее продукты.

Эмульсионные глинистые растворы. Если смешиваются только вода и «масло», то образующиеся при перемешивании капельки будут сливаться (коалесцировать) после прекращения размешивания и образовывать отдельные слои. Этого не произойдет, если к смеси «масла» и воды добавить в небольшом количестве третье вещество, называемое эмульгатором, которое распределяется на поверхности капель, уменьшая поверхностное натяжение и вызывая отталкивание капель друг от друга. От обычных глинистых растворов эмульсионные глинистые растворы отличаются присутствием в системе дополнительного компонента в виде мельчайших капелек нефти или некоторых продуктов ее переработки.

Бурение с промывкой эмульсионными глинистыми распространено недостаточно, несмотря на их преимущества: 1) увеличение механической скорости бурения; 2) увеличение проходки на долото; 3) сохранение более близких к нормальному поперечных сечений ствола скважины; 4) уменьшение опасности прихвата бурильных труб и наматывания сальников на долото; 5) уменьшение водоотдачи, толщины корки и снижение ее липкости, усиление структуры раствора, улучшение условий регулирования его свойств.

Однако эти растворы имеют и некоторые недостатки: 1) они оказывают воздействие на отбираемые образцы (керны), загрязняя их эмульгированной нефтью; 2) стоимость их высока; 3) некоторые из них нестабильны в присутствии солей; 4) они быстро разрушают резиновые части бурового оборудования.

Эмульсионные глинистые растворы можно приготовлять из самых различных исходных глинистых растворов. В качестве эмульгаторов используют бентонит, крахмал, натровую карбоксиметилцеллюлозу (Na КМЦ), натровые, калиевые и алюминиевые соли высших жирных кислот и другие вещества.

У большинства глинистых растворов эмульгатором является само глинистое вещество, поэтому эмульсия может образоваться и без добавления специального эмульгатора. Однако в этих случаях периодическое добавление эмульгаторов необходимо для получения более устойчивой эмульсии.

Нефть и эмульгатор в раствор следует добавлять, если возможно, после спуска нового долота на забой и немедленно после наращивания, чтобы избежать перерыва в процессе эмульгирования. Химическая обработка эмульсионного раствора при его приготовлении и в процессе бурения производится обычным способом.

В зависимости от заданных параметров (плотности, водоотдачи, структурно-механических свойств) количество нефтяного компонента в эмульсионном растворе может колебаться в значительных пределах (от 8 до 50 %). Для интенсивного эмульгирования вводимых в глинистый раствор нефтяных компонентов применяют ультразвуковой диспергатор.

Растворы на нефтяной основе (РНО). Для бурения в осложненных условиях, а главным образом для вскрытия продуктивных пластов, применяют неводные промывочные растворы, в которых дисперсионной средой является не вода, а нефть и нефтепродукты. Поэтому они получили общее название растворы на нефтяной основе (применяется также название растворы на углеводородной основе).

В отечественном бурении применяются два вида растворов на нефтяной основе:

1. Раствор с дизельным дистиллятом или дизельным топливом в качестве дисперсионной среды, стабилизированный натриевым мылом окисленного парафина; состав раствора: 10–20 % битума, 1,5–3 % натриевого мыла окисленного парафина; 0,7–1,5 % едкого натра, 1–5 % воды, остальные – до 100 % нефтяная основа (дизельный дистиллят или дизельное топливо);

2. Раствор на основе дистиллятных нефтепродуктов (дисперсионная среда), стабилизированный натриевым мылом окисленного петролатума (2–5 %); окисленного битума (15–25 %); остальные компоненты в том же количестве, что и в растворе первого типа.

Плотность РНО может изменяться в широком диапазоне. Неутяжеленный раствор обычно имеет плотность 900 кг/м³ (0,900 г/см³), при утяжелении он может быть доведен до 2200 и даже до 2500 кг/м³.

Процесс приготовления РНО заключается в растворении битума и окисленного нефтепродукта (петролатума или парафина) в дисперсионной среде (дизельном топливе, дистиллятных нефтепродуктах).

Вязкость и статическое напряжение сдвига РНО регулируются изменением концентраций химических реагентов, в качестве которых выступают мыла, а также концентраций твердой фазы – частичек битума. Добавление в систему органических кислот разжижает раствор. Добавление щелочи производит противоположное действие: вязкость раствора увеличивается.

Одним из основных преимуществ РНО является их крайне незначительная фильтрация через пористые породы. Нередко фильтрация полностью отсутствует.

При бурении с промывкой растворами на нефтяной основе необходимо применять детали, изготовленные из резины специальных нефте-(масло)стойких сортов. Нефтяные продукты, используемые для приготовления растворов в качестве основы, не проводят электрический ток, что осложняет проведение электрометрических работ. Так как РНО до- роги, при бурении в обвязке буровых насосов должны быть предусмотрены дополнительные сооружения для предупреждения потерь раствора (крытая желобная система, соответствующее оборудование устья скважин, позволяющее собрать раствор в случае переливания его через устье и т. п.). Особую осторожность следует проявлять в связи с довольно легкой воспламеняемостью нефтяной основы. При работе с этими растворами требуется строго соблюдать правила противопожарной безопасности и проводить необходимые профилактические мероприятия. В этом случае также значительно возрастает требование к охране окружающей среды, поскольку нефтепродукты, входящие в состав буровых растворов (эмульсионных, РНО), как правило, угнетающе действуют на активность биоценозов и могут явиться источником загрязнения подземных и поверхностных вод.