Четырьмя основными элементами буквально каждого бурового раствора являются бентонит, полимеры, водный кондиционер и вода. Зная основные свойства этих элементов, можно разрабатывать эффективный раствор для определенной операции.
1. Бентонит
Бентонит – это природное образование из глины, которое при смешивании с водой образует буровой раствор. Бентонит образуется из отложений конкретного вида глины – натриевой монтмориллонитовой. И поэтому этот минерал называют монтмориллонит. Некоторые функции бентонита могут быть усилены – например, чтобы усилить вязкость, добавляют определенные полимеры – бентонит и др.
Сам бентонит в основном используется для контролирования неустойчивых образований, таких, как галька и песок. Полезен будет при работе в суглинке и выносной глине, которые приводят к тому, что образуется буровой шлам. Закрепляя скважину и обеспечивая ей гелевую прочность, бентонит помогает выносить твердые вещества из скважины.
При горизонтально направленном бурении (ГНБ) в основном пользуются двумя типами бентонита. Первый тип – обладающий хорошей текучестью, модифицированный глинопорошок бентонита. Для того чтобы он впитывал в себя больше влаги, используют специальный полимер с короткой цепочкой. Можно провести сравнение между чистым и модифицированным бентонитом. Чистый бентонит имеет текучесть 3,360 галлонов раствора на тонну, а модифицированный – аж 8,400 галлонов бурового раствора на тонну.
Второй часто применяемый тип бентонита образно называется «смесь из одного мешка». Такая смесь содержит водный кондиционер, и это уменьшает необходимость в дополнительном кондиционировании воды и увеличения содержания в растворе высокого уровня pH. Хотя в любом случае оператор обязан всегда проверять уровень pH до начала и после смешивания бурового раствора для того, чтобы добиться необходимой консистенции раствора.
Для того чтобы придать буровому раствору необходимые свойства, используют полимеры и бентонит.
2. Полимеры
Полимеры – это встречающиеся во многих продуктах природные, биологические, модифицированные и синтетические химикаты. Многие товары, начиная от вкусного мороженного и заканчивая резиновым бампером на вашем автомобиле, в основном состоят из разных полимеров. Такие полимеры, как крахмал, гуаровая смола, целлюлоза и прочие естественные и модифицированные полимеры, еще в давние времена использовались для придания воде маслянистости и вязкости.
Полимеры состоят из связей, которые называются цепочками, а эти цепочки напоминают соединение молекул. Классификация полимеров проходит по форме цепочки и числу повторений, которые встречаются в этой цепочке. И от определенной разновидности полимера будет зависеть то, каким в итоге получится буровой раствор.
Обычно полимеры добавляют в основной буровой раствор, который уже содержит бентонит и водный кондиционер, для того, чтобы еще больше увеличить его вязкость до необходимого уровня. Но иногда полимеры могут использоваться отдельно от раствора. В зависимости от необходимости получить определенный раствор, полимеры добавляют для придания буровому раствору маслянистости, вязкости, для сдерживания глинистого сланца и обычной глины, для того, чтобы не образовались окатыши. Помогают полимеры также и контролировать потерю воды.
Существует два самых распространенных полимера, которые применяются в буровом растворе – PAC и PHPA, полимеры бентонита.
Полимер PAC помогает справиться с потерей воды и уменьшить количество бентонита, используемого для контроля за буровой скважиной, повышает маслянистость и помогает предотвратить возникновение окатышей. Этот полимер очень сильно повышает качесто бурового раствора.
Полимер PHPA является ингибитором сланца и глины. Цепочка этого полимера позволяет легко присоединяться именно к сланцам и глине и закреплять это все таким образом, чтобы вода не смогла просочиться в стенки и вызвать в результате их разбухание, а в итоге (что значительно хуже) и разрушения. Добавляется полимер PHPA часто в подпиточную воду с целью придать ей уровень маслянистости и вязкости.
Эти два вида полимера часто используются для бурения скважин небольшого диаметра без применения бентонита, и их целью тоже является придание скважине маслянистости и вязкости.
3. Водный кондиционер
Для образования бурового раствора используется вода, которая подается из коммуникаций города. В такой городской воде уровень pH колеблется между значениями 5 и 7. А необходимый уровень pH для раствора должен равняться 9, и для того, чтобы увеличить уровень pH, в качестве кондиционера для воды добавляется кальцинированная сода.
4. Вода
Вода влияет на процесс химической реакции и от нее зависит многое в получении хорошего бурового раствора. Перед тем как добавлять бентонит и полимеры бентонита, необходимо привести уровень pH к значению, равному 8 или 9. А это значение можно урегулировать до нужной цифры, используя воду.
