4.2. Буровые растворы с конденсированной твердой фазой.

Известно, что коллоидные системы могут быть получены двумя спо­собами: диспергированием (измельчение) и конденсированием (уплот­нение, укрупнение). Принципы, лежащие в основе этих двух способов, подробно изучаются в дисциплинах "Химия промывочных и тампонажных жидкостей" и "Буровые растворы", поэтому здесь не рассматриваются. Необходимо отметить тот факт, что буровой раствор с конденсирован­ной твердой фазой, как и раствор, получаемый обычным путем, отно­сится к стабильной тиксотропной системе.

Для приготовления таких буровых растворов, как известно, ис­пользуется метод химической конденсации, при которой при смешива­нии двух и более электролитов образуется новое соединение, имеющее растворимость значительно меньшую, чем исходные вещества [1]. Тог­да в системе создается пересыщение по отношению к этому соединению, и оно начинает выделяться в твердом виде. В зависимости от основно­го состава выделившейся фазы полученные системы подразделяют на гидрогели (гидроксиды поливалентных металлов) и солегели (диспер­сии труднорастворимых солей).

Типы гидрогелей конкретизируют по названию катиона (гидрогели магния, железа, алюминия, цинка и тому подобное).

Солегели называют в зависимости от аниона (карбонатный, сульфатный, силикатный и другие). Основные составы и область применения различных буровых растворов с конденсированной твердой фазой представлены в таблице 12. Однако, перечисленные системы не исчерпывают все разнообразие растворов, полученных этим способом.

Тем не менее, конденсированная дисперсная система, не обработанная защитными реагентами (несмотря на интенсивное перемешивание), со временем утрачивает агрегативную устойчивость, то есть происходит "старение" геля (переход системы из неравновесного состояния в равновесное). Дело в том, что свежеобразованные осадки обычно обладают сильно развитой поверхностью и соответственно избыточным запасом свободной энергии, вследствие чего они являются неустойчивыми образованиями (аморфное состояние). Но при образовании новой фазы из пересыщенных растворов имеет место и другой процесс – упорядочение кристаллической решетки, и осадок выпадает кристаллическом виде. Скорость перехода аморфных образований в кристаллическое состояние во многом зависит от природы конденсируемой фазы. При этом в системе могут происходить и другие химические превращения, влияющие на свойства дисперсной системы.

Таблица 12.

Составы буровых растворов с конденсированной твердой фазой.

Название раствора	Основные компоненты, входящие в состав бурового раствора.	Область применения.
Гидрогель магния	Вода, бишофит или рапа, щелочная затравка, органический стабилизатор.	Хемогенные отложения. Вскрытие пластов с АВПД.
Калийно-магниевый гидрогель	Вода, карналлит или бишофит, хлорид калия (МИН-1), щелочная затравка, органический стабилизатор.	Глинисто – солевые породы.
Битумно-эмульсионный гидрогель магния	Вода, бишофит или рапа, щелочная затравка, органический стабилизатор, суспензия окисленного битума в дизельном топливе.	Вскрытие продуктивных пластов.
Гидрогель железа	Вода, сульфат железа, щелочная затравка	Хемогенные отложения
Солегель алюминия	Вода, сульфат алюминия, жидкое стекло, каустическая сода, стабилизатор.	Хемогенные отложения
Гидрогель цинка	Водный раствор хлорида цинка, каустическая сода, стабилизатор.	Вскрытие продуктивных пластов.
Гипсовый солегель	Вода, сульфат магния, хлорид кальция, стабилизатор	Хемогенные отложения, вскрытие
Силикатный солегель	Вода, жидкое стекло, хлорид кальция или пластовая вода, стабилизатор	Хемогенные отложения
Карбонатный солегель	Вода, кальцинированная сода, хлорид кальция или хлорид магния, стабилизатор.	Хемогенные отложения

Для предупреждения старения геля и сохранения стабильности системы разработаны различные методы, направленные либо на модифи­цирование поверхности новообразований, либо на увеличение количес­тва центров кристаллизации.

Работы, проведенные под руководством Ангелопуло О.К., показа­ли, что на процесс выделения твердой фазы в солегелях влияют нали­чие в растворе посторонних веществ, их свойства, количество и мо­мент введения в маточный раствор. Для замедления кристаллизации и получения мелких частиц новообразований используются наиболее уни­версальные добавки - органические стабилизаторы. Молекулы органи­ческих веществ адсорбируются на поверхности частиц и препятствуют проникновению к ним пересыщенного раствора. При этом уменьшается и свободная поверхностная энергия. Если адсорбционная активность реагентов невелика, то они накапливаются на гранях частиц, замедляя скорость их роста.

Так как скорость кристаллизации при получении солегелей в промысловых условиях определить достаточно трудно, то предложен способ, по которому органический реагент -стабилизатор вводится непосредственно в один из электролитов еще до смешения его с другими электролитами и образования осадка. Данный способ имеет название способ регулирования дисперсности (способ РД). Чаще всего с этой целью используются небольшие добавки КССБ.

Известно, что зародыши на готовой поверхности образуются легче, чем в объеме раствора, а центры кристаллизации могут образовываться практически на любой поверхности, на которой из пересыщенных растворов сорбируются молекулы кристаллизующегося вещества. Затем этот слой уплотняется, и в нем образуются кристаллы, выполняющие в свою очередь функции затравок кристаллизации. Таким образом, для приготовления стабильных конденсированных дисперсий можно направленно использовать вводимые примеси для управления процессом конденсации. Однако, эти примеси подвергаются предварительной обра­ботке с целью химического активирования.

Способ активированной затравки (способ A3) заключается в том, что раствор реагента -осадителя добавляется в смеси с тонкоизмельченными частицами различных материалов. Так как данный способ обладает селективностью, то затравка должна быть изоморфна с осаждаемыми частицами (иметь сходную структуру и вещественный состав).

В гидрогеле магния щелочной реагент - осадитель наиболее целесообразно смешивать с частицами асбеста, поверхность которого изоморфна с гидроксидами и оксихлоридами, и добавлять в хлормагниевый раствор. Кроме того, функции активированной затравки могут выполнять суспензии предварительно сконденсированных частиц гидроксида магния, тонкодисперсных частиц мела, гидролизного лигнина и тому подобное. Содержание последних в растворе каустической соды состав­ляет 2-3%.

Разновидностью активированной затравки являются частично рас­творимые порошкообразные отходы химического и металлургического производства (шламы, шлаки, частицы извести).