Использование оснований, солей для приготовления буровых растворов и модифицирования их свойств

1.

Презентация на тему: Использование оснований, солей для
приготовления буровых растворов и модифицирования их свойств
Выполнил: Ершов Я. В.
1курс, группа Э-398
Предмет: Химия

2.

Использование оснований, солей для приготовления буровых растворов и
модифицирования их свойств

3.

Основания и соли используют для приготовления буровых растворов и придания им необходимых свойств.
Некоторые основания, которые применяют:
· Каустическая сода (NaOH). Используется для повышения вязкости и статического напряжения сдвига буровых растворов, чтобы предупредить осаждение в них частиц утяжелителя.
· Гидроксид калия (КОН). Применяется для повышения рН и частичного носителя иона К+ в калиевых буровых растворах, приготовления химреагентов и жидкости затворения при
цементировании.
· Гидроксид кальция (Ca(OH)2). Используется как гашёная известь.
Некоторые соли, которые применяют:
· NaCl. Применяется для искусственной минерализации раствора, стабилизирует стенки скважины, переводя глинистые минералы в более стабильную ненабухающую форму.
· Карбонат натрия (Na2CO3). Используется для удаления агрессивных ионов кальция и магния, попадающих в раствор с пластовыми водами, гипсом, ангидритом и цементом, а также
для повышения рН пресных буровых растворов.
· Хлористый кальций (CaCl2). Применяется при бурении скважин в ММП, концентрация соли в растворе выбирается в соответствии с температурой ММП.
Для приготовления и обработки буровых растворов также используют другие химические реагенты, например, структурообразующие коллоиды, понизители фильтрации,
термостабилизирующие добавки и антиоксиданты.
При бурении скважин, особенно в нефтегазовой и горнодобывающей отраслях, буровые растворы играют ключевую роль. Они выполняют несколько функций, таких как охлаждение и
смазка бурового инструмента, вынос шлама на поверхность, поддержание давления в скважине и предотвращение обрушения стенок.

4.

Определение буровых растворов
Буровой раствор - это сложная многокомпонентная дисперсная система суспензионных, эмульсионных и аэрированных жидкостей, применяемых для промывки скважин в процессе
бурения.
Качество строительства скважин, в т. ч. и качество вскрытия продуктивного пласта, во многом зависит от применяемого бурового раствора, поскольку буровой раствор технологическая жидкость, вступающая во взаимодействие с вновь вскрываемой породой.
Фильтрат бурового раствора:
нередко проникает в поры и трещины горного массива, влияя на изменение геомеханических характеристик в околоскважинном пространстве;
фильтрат на водной основе, проникающий в нефтеносный пласт, вытесняет нефть.
Параметры бурового раствора при проводке скважины принимаются, исходя из горно-геологической характеристики разреза и опыта проводки скважин в сходных горногеологических условиях.
Согласно ПБ в НиГП 2013, плотность раствора рассчитывается, исходя из создания столбом раствора гидростатического давления на забой скважины и вскрытия продуктивного
горизонта, превышающего проектное пластовое давление на величину не менее:
10 % для скважин глубиной до 1200 м (интервалов 0 - 1200 м);
5 % для интервалов от 1200 м до проектной глубины.
При необходимости может устанавливаться большая плотность бурового раствора, но при этом максимально допустимая репрессия (с учетом гидродинамических нагрузок) должна
исключать возможность гидроразрыва пород или поглощения раствора на любой глубине интервала совместимых условий бурения.
В интервалах, склонных к потере устойчивости стенок ствола и текучести пород, параметры бурового раствора устанавливаются исходя из необходимости обеспечения устойчивости
стенок скважины.
При этом противодавление на горизонты в процессе циркуляции не должно превышать давления гидроразрыва пласта для всего интервала совместимых условий бурения.
В процессе бурения необходимо производить контроль реолологических параметров бурового раствора с целью предупреждения обвалов стенок и размыва устья скважины.
После утяжеления раствора за счет выбуренной породы до необходимой плотности необходимо обеспечить качественную очистку бурового раствора.
В случаи поглощения бурового раствора применять вязкие пачки с наполнителем (кордовое волокно, резиновая крошка, древесные опилки, ореховая скорлупа).
Перед спуском обсадной колонны рекомендуется обработать буровой раствор смазывающей добавкой FK-Lube или иными смазывающими добавками.

5.

Химические свойства оснований и солей
Основания: химические свойства и роль в буровых растворах
Примеры оснований, используемых в буровых растворах:
NaOH (гидроксид натрия, каустик)
KOH (гидроксид калия)
Химические свойства:
Реагируют с кислотами (нейтрализация):
NaOH + HCl → NaCl + H₂O
Обеспечивают щелочную среду (pH > 7)
Способны гидролизовать некоторые соли, влияя на вязкость и дисперсию
Роль в буровом растворе:
Регулируют pH раствора (щелочная среда препятствует коррозии оборудования и стабилизирует глинистые минералы)
Способствуют диспергированию глины, предотвращая её слипание
Улучшают смачивание твердых частиц
Повышают стабильность раствора
2. Соли: химические свойства и роль в буровых растворах
Примеры солей:
NaCl (поваренная соль)
CaCl₂ (хлорид кальция)
KCl (хлорид калия)
Na₂CO₃ (карбонат натрия, сода)
NaHCO₃ (гидрокарбонат натрия)
Химические свойства: Растворяются в воде, изменяя ионный состав раствора, обмениваются ионами с глинистыми минералами, взаимодействуют с кислотами или щелочами:
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂ ↑

6.

Приготовление образцов буровых растворов
Приготовление образцов буровых растворов — это важный процесс, который позволяет оценить их физико-химические свойства и эффективность в различных условиях бурения. Вот
основные шаги, которые следует учитывать при приготовлении образцов буровых растворов:
1. Определение состава раствора
Перед началом приготовления необходимо определить состав бурового раствора, который будет использоваться. Это может включать:
• Воду: обычно используют пресную или морскую.
• Соли: такие как NaCl, CaCl₂, MgSO₄ и другие, в зависимости от требуемой плотности и химических свойств.
• Полимеры: для повышения вязкости и контроля фильтрации (например, ксантановая камедь).
• Добавки: для регулирования pH (например, NaOH или Ca(OH)₂) и других свойств.
2. Подготовка оборудования
Необходимо подготовить все необходимые инструменты и оборудование:
• Мешалка (или другой способ перемешивания).
• Измерительные приборы (весы, мерные цилиндры, термометры).
• Контейнеры для хранения образцов.
3. Процесс приготовления
1. Измерение компонентов:
• Отмерьте необходимое количество воды в соответствии с рецептом бурового раствора.
• Отмерьте нужные количества солей и полимеров.
2. Смешивание:
• Вылейте воду в контейнер.
• Постепенно добавляйте соли, тщательно перемешивая раствор, чтобы избежать образования осадков.
• Добавьте полимеры и другие добавки, продолжая перемешивание до получения однородной массы.

7.

Методы модификации свойств бр
Регулирование реологических свойств (вязкость, тиксотропия)
Позволяет управлять способностью раствора удерживать выбуренную породу и переносить её на поверхность.
Методы:
Добавление вискозификаторов (бентонит, КМЦ, КССБ, КССХ)
Использование полимеров: полиакриламид, ксантановая камедь
Применение дефлокулянтов (NaOH, лигносульфонаты) — снижают вязкость при переувлажнении
Температурная обработка — влияет на вязкость (при высоких температурах разрушаются полимеры)
2. Управление фильтрационными свойствами
Контроль фильтрации бурового раствора через стенки скважины — важен для минимизации потерь раствора и формирования прочной фильтрационной корки.
Методы:
Добавление уплотнителей фильтрации (крахмал, КМЦ, PAC)
Использование полимеров с хорошей способностью к образованию плёнки
Применение мелкодисперсных твердых веществ (тонкий кальцит, мела, глины)
Корректировка рН и ионного состава
3. Понижение / подавление набухания глин
Набухающие глины (например, монтмориллонит) могут вызвать прихваты, нарушения циркуляции, обвалы стенок.
Методы:
Использование ингибиторов (KCl, CaCl₂, гликоли, амины)
Повышение солености раствора
Применение масляных или инверсионных систем (масло/вода)

8.

Влияние оснований и солей на характеристики растворов
1. Регулирование pH и щелочности
Основания (например, NaOH, KOH, Ca(OH)₂) применяются для повышения pH бурового раствора.
Оптимальный pH важен для:
стабильности глинистых частиц,
предотвращения коррозии оборудования,
улучшения работы ингибиторов и полимеров.
Пример:
NaOH добавляется в растворы на водной основе для поднятия pH до 9–11
2. Электролитный состав и взаимодействие с глиной
Соли (NaCl, KCl, CaCl₂ и др.) влияют на:
ингибирование гидратации глин (особенно монтмориллонита),
контроль диспергирования — предотвращение разжижения раствора из-за разрушения глинистой структуры.
KCl часто используют как ингибитор — он стабилизирует глину, заменяя Na⁺ в межслоевой решётке.
2. Влияние на реологические свойства
Соли и основания влияют на:
вязкость,
тиксотропные свойства,
гелеобразование (восстановление структуры при остановке циркуляции).
Например:
При добавлении CaCl₂ — уменьшается гидратация глин → снижается вязкость.
При добавлении NaOH — усиливается щелочная реакция → может повыситься вязкость за счёт активации глины.

9.

1. Плотность бурового раствора
• Соли: Добавление солей (например, хлорида натрия или хлорида кальция) увеличивает плотность раствора, что может быть полезно для предотвращения выбросов пластовых
флюидов.
• Основания: Некоторые основания могут незначительно влиять на плотность, но их основное влияние заключается в изменении других свойств раствора.
2. Вязкость
• Соли: Соли могут изменять вязкость растворов за счет ионного взаимодействия. Например, добавление определенных солей может увеличить вязкость, что может помочь в
удержании шлама и предотвращении его оседания.
• Основания: Основания, такие как гидроксид натрия, могут изменять вязкость за счет образования коллоидных систем.
3. Фильтрация
• Соли: Они могут снижать проницаемость породы и уменьшать фильтрацию бурового раствора в пласт, что важно для защиты продуктивного горизонта.
• Основания: Изменение pH может влиять на размер частиц и их агрегацию, что также может снизить фильтрацию.
4. pH и коррозия
• Соли и основания: Уровень pH бурового раствора влияет на коррозионные свойства. Высокий pH (щелочная среда) может защищать металл от коррозии, тогда как низкий pH (кислая
среда) может ускорять коррозионные процессы.
5. Стабильность суспензии
• Соли: Некоторые соли могут улучшать стабильность суспензий за счет изменения взаимодействия частиц.
• Основания: Изменение pH может влиять на дисперсию частиц, что также сказывается на стабильности суспензий.
6. Экологические аспекты
• Важно учитывать влияние как солей, так и оснований на окружающую среду. Некоторые компоненты могут быть токсичны для водоемов или почвы, поэтому выбор химических
добавок должен учитывать экологические риски.