Полімерні бурові розчини
Полімерні розчини для буріння - це розчини високомолекулярних речовин (ВМВ) на основі води. Молекули таких речовин побудовані способом багаторазового повторення мономера - одного і того ж ланки. Приклад на основі мономера поверхнево активної речовини:
У разі чергування різних мономерів в молекулі, таке високомолекулярне речовина називається сополімером. Молекулярний вага високомолекулярних речовин може досягати декількох мільйонів (до 10-14).
Високомолекулярні речовини підрозділяються на поліелектроліти і неелектролітів.
Поліелектроліти - це реагенти на основі акрилових полімерів і на основі водорозчинних ефірів целюлози. Такі реагенти при дисоціації у воді утворюють простий катіон і складний аніон.
Неелектролітів - це крохмальні реагенти, які містять полярні групи, які не мають заряду.
Остання група реагентів через відсутність поліелектролітних властивостей і труднощів в зберіганні для отримання полімерних розчинів використовується вкрай рідко.
Полімерні розчини, вперше знайшли своє застосування в США в 60-х роках, а в нашій країні в 70-х роках.
Основними особливостями полімерних розчинів, що визначають їх успішне застосування для цілей буріння, є:
1. псевдопластичні рідини властивості, завдяки яким полімерні розчини мають гарну очисної, несучої (транспортує) і утримує здатністю.
Це забезпечується тим, що при малих швидкостях зсуву, мають місце в затрубному просторі свердловин, в'язкість полімерних розчинів у багато разів перевищує в'язкість води, а при високих швидкостях зсуву, характерних для промивних каналів доліт, їх в'язкість близька до в'язкості води.
2. Здатність створювати на стінках свердловин полімерну плівку, що перешкоджає проникненню фільтрату в пори гірських порід. Це обумовлено проявом полімерними розчинами поліелектролітних властивостей, що забезпечують, завдяки наявності зарядів, адсорбцію молекул полімеру на стінках свердловин, а також на частинках вибуренной порід. Останнє, тобто адсорбція молекул полімеру на частинках вибуренной порід, забезпечує поліпшення очищення бурового розчину від шламу внаслідок процесу флокуляції.
3. довголанцюжкових полімери мають унікальну здатність знижувати гідравлічні опору при турбулентному режимі течії (ефект Томса, 1949 г.). Експериментально встановлено, що добавки деяких високомолекулярних речовин, дозволяють знизити гідравлічний опір в порівнянні з розчинником (водою) на 80%.
Полімерні розчини за своїми функціональними властивостями істотно перевершують технічну воду, а в ряді випадків, і якісні глинисті розчини, тобто є дуже перспективними очисними агентами при бурінні в умовах відсутності флюідопроявленій (бурінні при рівновазі тиску в системі «ствол свердловини - пласт»).
Недоліки полімерних розчинів:
- дефіцитність вітчизняних високомолекулярних речовин (потреба в полімерних реагентах задовольняється на 35-40%).
- висока вартість імпортних високомолекулярних речовин (3-16 тис. Дол. / Тонна);
- низька стійкість до дії іонів кальцію та інших полівалентних металів;