Гидрофобные эмульсии

Применяют преимущественно при бурении скважин на нефть и газ, реже используют для борьбы с поглощениями, а также при бурении в соленосных и неустойчивых глиносодержащих породах, частицы которых легко переходят в промывочную жидкость. Большим преимуществом гидрофобных эмульсий являются повышенная вязкость, пониженный удельный вес, возможность регулирования вязкости в широких пределах.

Известна гидрофобная эмульсия с использованием солярового масла (керосина) и нетоксичных стабилизаторов-алкилоламидов синтетических жирных кислот фракции С₁₀ – С₁₆. Состав эмульсии: 10 % солярового масла, 89 % воды, 1 % эмульгатора. Удельный вес такой эмульсии составляет 0, 95 – 0, 98 гс/см³, вязкость – 350 сПз, статическое напряжение сдвига – 70 мгс/см³. Структурно-механические свойства эмултьсии зависят от соотношения гидрофобной жидкости (солярового масла) и воды (возрастают с увеличением количества воды, чем и вызван эффект предотвращения поглощения промывочной жидкости при бурении). При контакте с пластовыми водами в трещинах горных пород вязкость эмульсии резко увеличивается, что предупреждает поглощение промывочной жидкости и водопроявления пластовых вод.

Важным свойством гидрофобных эмульсий является их нейтральное отношение к солям, что обусловливает возможность их применения при бурении солесодержащих пород.

Диспергирование глинистых пород в эмульсии происходит очень медленно. Вязкость эмульсий при этом уменьшается.

Приготовление гидрофобных эмульсий осуществляется в глиномешалках.

При бурении в отложениях ангидрита и соли, а также в породах с высоким содержанием кальция применяют нефтеэмульсионные растворы типа «нефть в воде». Эмульгатором и стабилизатором в таких растворах служит солестойкий реагент – крахмал. Состав промывочной жидкости следующий: 76 % воды, 20 % моторной нефти, 4 % крахмала и 0, 5 % каустической соды (от веса крахмала). Эмульсия имеет удельный вес около 1 гс/см³, водоотдачу 2 см³/30 мин, вязкость 30 с. Приготавливают нефтеэмульсионный раствор в глиномешалке путем размешивания в воде крахмального реагента с последующим введением нефти. Общее время приготовления эмульсии составляет 20-30 мин.

Известково-битумный раствор (ИБР) является безводным РУО (раствор на углеводородной основе), дисперсионной средой которого служит дизельное топливо или нефть, а дисперсной фазой – высокоокисленный битум, гидроокись кальция, барит и небольшое количество эмульгированной воды (3-5 %). Применяют при разбуривании легко набухающих, склонных к обвалам глинистых пород, разбуривании соленосных отложений, представленных высокорастворимыми солями (преимущественно поливалентных металлов), а также при вскрытии продуктивных пластов с низкими коллекторскими свойствами. Благодаря хорошим смазочным свойствам такой раствор повышает стойкость долот. Раствор обладает высокой термостойкостью (200-220 º С); разработан в МИНХиГП им. И. М. Губкина. Содержание компонентов в 1 ИБР различной степени утяжелителя приведено в табл.5.2

Таблица 5.1

Состав ИБР, кг на 1 раствора, плотностью

Учитывая непостоянство состава и свойств большинства исходных материалов, используемых для приготовления ИБР, указанный в табл. 5.1 компонентный состав в каждом конкретном случае уточняют в лаборатории. При этом оптимальное соотношение извести и битума должно варьировать от 1: 1 до 2: 1. Для ИБР характерны нулевая и близкая к ней фильтрация и содержание воды, не превышающее 2-3 %. Необходимое условие приготовления ИБР – возможность тщательного и интенсивного перемешивания исходных компонентов для равномерного распределения их в растворе, гидрофобизации твердой и эмульгированной водной фаз. Основное внимание уделяют равномерности ввода исходных компонентов, перемешиванию и нагреванию.

Эмульсионный известково-битумный раствор (ЭИБР) является инвертным эмульсионным раствором, приготавливаемым на основе известково-битумного раствора, содержащего в качестве дисперсной фазы минерализованную воду до 30-50 % и твердые компоненты (битум, известь, барит). Такой раствор по свойствам близок к ИБР, но имеет и некоторые отличия, обусловленные высоким содержанием воды. В частности, имеет более высокий показатель фильтрации и пониженную термостойкость (180 – 190 ⁰С).

Параметры, характеризующие качество ЭИБР:

Электростабильность (напряжение электропробоя), В...........................................................250 – 300

Глиноемкость (максимальная добавка бентонита, не приводящая к снижению

электростабильности), %.........................................................................................................20

Показатель фильтрации, см³ за 30 мин................................................................................................1

Наличие воды в фильтрате..................................................................................................................Нет

Высококонцентрированный инвертно-эмульсионный раствор (ВИЭР) разработан и предназначен для бурения скважин с забойной температурой, не превышающей 70 ⁰С. В указанных условиях ВИЭР устойчив при наличии большого количества выбуренной породы и отличается высокой стабильностью свойств.

Состав в расчете на 1 м³, в л: дизельное топливо или нефть – 450; водный раствор соли MgCl₂, CaCl₂ или NaCl – 450; СМАД – 30-40; эмульгатор (эмультал) – 15-20; бентонит (10-15) кг; барит – до получения необходимой плотности раствора.

Термостойкость такого раствора можно повысить введением в его состав окисленного битума в виде 15-20 %-го битумного концентрата. При температуре до 100 ⁰С концентрация битума должна составлять 1 % (10 кг/1 м³), при 100-120 ⁰С – 2 % (20 кг/1 м³), при более высокой температуре (140-150 ⁰С) – 3 % (30 кг/1 м³).

Параметры, характеризующие качество ВИЭР:

Электростабильность, В.............................................................................................................................100

Глиноемкость, %............................................................................................................................................20

Показатель фильтрации, см³ за 30 мин....................................................................................................0, 5

Наличие воды в фильтрате........................................................................................................................Нет

Термостойкий инвертно-эмульсионный раствор (ТИЭР) – раствор на основе омыленного солеогеля (жирных кислот окисленного петролатума), катионоактивных ПАВ и органофильных глин, получаемых путем модификации бентонита; предназначен для бурения скважин при забойной температуре до 200 ⁰С. Преимущества этих растворов – низкая эффективная вязкость, высокая степень разжижения и хорошая выносная способность.

Оптимальные составы базового раствора с различным пределом термостойкости приведены в табл. 5.3, сведения о термостойкости утяжеленных эмульсий в зависимости от их плотности, водомасляного отношения и концентрации глины – в табл. 5.4.

Таблица 5.3. Составы и свойства ТИЭР

Таблица 5.4. Оптимальные составы утяжеленных ТИЭР

Параметры, характеризующие устойчивость эмульсии, для ТИЭР:

Электростабильность, В..................................................................................................................250-450

Показатель фильтрации, см³ за 30 мин............................................................................................2-3

Наличие воды в фильтрате.................................................................................................................Нет

Параметры ТИЭР: пластическая вязкость (µ) – 60-90 МПа • с; θ ₁ = 12-85 дПа,

θ ₁₀ = 24-110 дПа.

Пластическую вязкость и статическое напряжение сдвига снижают добавкой небольших количеств дизельного топлива или неутяжеленной базовой эмульсии.

Разбуриваемые глинистые породы не накапливаются в циркулирующей эмульсии, а полностью выносятся из скважины и легко отделяются от нее с помощью вибросит, имеющих размеры ячеек не более 0, 6 – 0, 8 мм.