УДК 622.243.1; 541,13

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ БУРОВОЙ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Ю.Г. Задорожный, К.У. Мязитов, В.А. Герасимов

НПО "ЭКРАН", г. Москва, НВНИИГГ, г. Саратов

Стабильность буровой промывочной жидкости, улучшение качества буровых растворов при электрохимической активации.

Буровые растворы, разность потенциалов, рН, электрохимическая активация, экологические технологии.

Одним из важнейших условий качественной проводки скважины является обеспечение стабильности оптимальных параметров буровой промывочной жидкости во времени при различных, изменяющихся с глубиной, физико-химических агрессивных факторах воздействия: температуре, давлении, минерализации.

Под стабильностью буровой промывочной жидкости понимается отсутствие термодинамически необратимых реакций переноса заряда как между жидкостью в целом и окружающей средой, так и между частицами и фазами самого промывочного раствора. Если такие реакции отсутствуют, то не происходит никаких изменений в интенсивности взаимодействия компонентов бурового раствора между собой и его параметры остаются неизменными в течение сколь угодно длительного интервала времени.

Анализ сущности процессов переноса заряда показывает, что основной причиной являются различные электрохимические потенциалы взаимодействующих объектов, т.e. их различные электрохимические потенциалы, определяемые в буровом растворе величинами рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Для буровых растворов известных и применяемых в настоящее время типов, характерные области распределения значений рН и ОВП находятся в пределах: 8 - 12 ед. рН и –100…+ 350 мВ соответственно.

Для соответствия буровых растворов горно-геологическим условиям используются различные системы растворов и различные добавки.

Для предохранения реагентов от деструкционных и конфармационных превращений необходимо принять меры по удалению агрессивных солей и поддержанию определенной щелочности дисперсной среды.

Для используемых в буровой практике органических реагентов-понизителей водоотдачи и разжижителей оптимальные значения рН составляют 8,5 - 9.

Поскольку между ОВП системы промывочной жидкости и рН существует четкая корреляционная связь, то увеличение рН среды приводит к увеличению её восстановительного потенциала и, следовательно, предохраняет молекулы органических соединений от разрушения.

Чем более агрессивной является среда для органических веществ -регуляторов технологических свойств буровых растворов, тем большие значения рН раствора нужно поддерживать для обеспечения нормальных условий их работы.

В процессе бурения нефтяных и газовых скважин показатели свойств промывочных жидкостей меняются, в виду влияния разбуриваемых горных пород, флюидов, содержащихся в пластах и изменяющихся физико-химических условий. Для этой цели используются различные методы и средства.

Методы химического регулирования свойств буровых растворов являются весьма дорогими и, корме того, лишены универсальности. Большинству химических реагентов присуща та избирательность действия, которая не позволяет использовать их с равным успехом для регулирования параметров буровых растворов различных типов. Большинство буровых растворов приготовленных на водорастворимых полимерах малоэффективны при высоких концентрациях электролитов в растворе. Все растворы, в особенности те, которые приготовлены на пресной воде, очень чувствительны к кальцию и магнию. Ионы этих металлов вызывают обезвоживание частиц бентонита, способствуя флокуляции и агрегатированию частиц, что отрицательно сказывается на возможности регулирования водоотдачи. Кроме того, многие реагенты, применяемые для обработки буровых растворов, также чувствительны к жесткости воды. Кальций осаждает лигнин, а у большинства водорастворимых полимеров при повышенной жесткости понижается растворимость или образуются поперечные связи. Поэтому эффективное использование этих реагентов возможно только при высоких значениях рН бурового раствора, для чего в него вводят каустическую соду, а также, с целью нейтрализации ионов кальция - кальцинированную соду. Однако введение этих добавок происходит увеличение минерализации бурового раствора, приводящее к обезвоживанию частиц глины, в результате этого повышается фильтрация, которую можно компенсировать путем добавления глины, а это приводит, обычно, к увеличению вязкости бурового раствора и толщины глинистой корки.

Методы электрохимической активации при обработке бурового раствора позволяют нейтрализовать вредное влияние многовалентных ионов и перевести соли одновалентных металлов в основания путем повышения рН бурового раствора, что позволяет полностью отказаться от применения кальцинированной и каустической соды и уменьшить расход полимерных реагентов на 30-70 %.

При загустевании буровых растворов, вызванном перенасыщением глинистой фазой и электролитной агрессией, производится обработка его водой без ввода каких-либо реагентов,

Проведенные эксперименты показали, что ввод электрохимически активированного раствора (католита) дает лучшие результаты в восстановлении и улучшении качества буровых растворов, чем добавки обычной воды. Электрохимически активированные растворы намного эффективнее стабилизируют показатели свойств бурового раствора, наряду с необходимым разжижением системы, они также снижают водоотдачу, например, добавление в буровой раствор с вязкостью 160 - 180 с католита в количестве 30-40% от объема промывочной жидкости позволяет снизить её вязкость до 30-40 с при сохранении водоотдачи практически без изменения ( 4-6см³ за 30 сек).

Таким образом, использование электрохимической активации при обработке бурового раствора, по сравнению с традиционными способами обработки, характеризуется следующими преимуществами:

• сокращение расхода химических реагентов;
• упрощение рецептурного состава буровых растворов;
• влияние на биогидролитическую деструкцию компонентов буровых растворов;
• дезактивация агрессивных солей;
• улучшение экологичности буровых работ;
• повышение производительности труда;
• уменьшение расхода материальных и трудовых средств на строительство скважины.

В Нижне-Волжском научно-исследовательском институте геологии и геофизики проводятся работы по разработке экологически безопасных технологий приготовления и использования буровых растворов в результате их электрохимической активации.