Кальциевые буровые растворы

К этой группе растворов относятся растворы, обработанные сульфатом кальция (гипсовые), гидрооксидом кальция (известковые) и хлоридами кальция (хлоркальциевые). Двухвалентные катионы кальция или магния ингибируют набухание глинистых пород, удерживая глинистые частицы в пакете. Кальциевые растворы применяют с целью предотвращения кавернообразования, обвалов глинистых пород и уменьшения загрязнения продуктивного пласта.

Отработка таких растворов реагентами-разжижителями приводит к образованию дисперсной системы, в которой глинистые частицы агрегированы, а система, в целом, агрегативно устойчива. Таким образом, количество связанной воды в системе уменьшается еще и вследствие взаимного слипания глинистых частиц. Это придает раствору низкие реологические свойства, слабую способность к структурообразованию, но высокую водоотдачу. Обычно необходима отработка раствора понизителями водоотдачи. Дополнительный ввод глины мало влияет на реологические свойства таких растворов. При вводе соединений кальция наблюдается сильное временное загустевание раствора. Однако конечные значения вязкости и статического напряжения сдвига понижаются в процессе ионного обмена и часто становятся ниже значений, которые имел исходный глинистый раствор.

Пониженная вязкость раствора позволяет иметь в нем относительно высокое содержание твердой фазы без серьезных отрицательных последствий. Такие системы часто используются как основа для утяжеленных растворов. Кальциевые растворы устойчивы к действию таких электролитов, как соль, цемент и ангидрит. У них ограниченная термостабильность. Лишь после внедрения лигносульфонатов их стали применять при температурах более 120°С. В течение многих лет применяли высокоизвестковые, среднеизвестковые и малоизвестковые растворы. Эти названия характеризуют количество избыточной извести в растворе. Фактическое содержание ионов кальция в растворе невелико в любой разновидности известковых растворов и выбор определенной разновидности зависит от забойной температуры или других факторов, влияющих на свойства раствора. Чем выше концентрация извести в растворе, тем ниже предел его термостабильности и выше устойчивость к влиянию электролитов и твердой фазы. Для ввода в раствор катионов кальция применяли и хлорид кальция. Однако у таких растворов труднее поддерживать рабочие свойства и поэтому хлоркальциевые растворы применяются редко. В настоящее время обычной практикой является применение известковых растворов с умеренным содержанием извести. Если ожидаются более высокие забойные температуры, то в качестве источника ионов кальция используют гипс. Если гипсовый раствор имеет недостаточную термостабильность, то целесообразно перейти на лигнит/лигносульфонатный раствор.

Лигносульфонатные глинистые растворы

Применявшиеся первоначально для повышения предела термостабильности кальциевых растворов лигносульфонатные системы превратились теперь в самостоятельную разновидность глинистых растворов благодаря их способности успешно работать в различных условиях.

Лигносульфонаты, главным образом, применяют как реагент-разжижитель, хотя после обработки различными ионами металлов им можно придать различные свойства. Было установлено, что хромлигносульфонат является сильным разжижителем глинистых растворов, обладающих высокой термостабильностью. Однако экологические соображения привели к применению ферролигносульфонатов, которые имеют несколько худшую термостабильность по сравнению с хромлигносульфонатами.

Вследствие способности к адсорбции на глинистых частицах лигносульфонаты обладают также способностью понижать водоотдачу. Адсорбционный слой лигносульфоната в фильтрационной корке находится в постоянном контакте с глинистыми частицами и образует вязкий слой. Следовательно, любая твердая частица или жидкая фаза, которые пытаются пройти сквозь корку лигносульфонатного раствора, должны пройти через этот вязкий слой, который мешает их проникновению. Таким образом, можно эффективно понижать водоотдачу без ввода в раствор полимеров и глины, которые могут вызвать нежелательное загущение раствора.

Другим возможным достоинством таких растворов является повышенная вязкость фильтрата, содержавшего большое количество лигносульфоната. По сравнению с фильтратом необратимого глинистого раствора или раствора, обработанного полимерами, фильтрат обладает ингибирующей способностью, что может способствовать сохранению устойчивости стенок скважины в глинистых породах.

Такие глинистые растворы часто неправильно определяют как «диспергированные» или полностью диспергированные системы. Хотя лигносульфонаты действуют как разжижители, они на самом деле предотвращают диспергирование пакетов и агрегатов глинистых частиц на отдельные элементарные чешуйки.

Заметной особенностью лингосульфонатных глинистых растворов является их способность улучшать устойчивость стенок скважины. Лигносульфонаты обладают достаточно высокой термостабильностью. Эта особенность объясняется тем, что лигносульфонаты тяжелых металлов обладают очень прочными связями. Для улучшения и стабилизации реологических и структурных свойств, особенно при высоких забойных температурах, в глинистый раствор можно ввести хромат или бихромат натрия. Такая обработка повышает концентрацию хрома в системе и, следовательно, ингибирует разложение лигносульфонатов. Хроматы и бихроматы могут быть опасны для здоровья. Чтобы правильно обращаться с этими реагентами, нужно пользоваться рекомендациями фирмы-поставщика по безопасному применению реагентов.