Даются основные положения теории агрегативной устойчивости и
структурно-механические свойства дисперсий глин, используемых в качестве
промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, (так
называемые «буровые растворы») и тампонажных жидкостей при
капитальном ремонте скважин и для повышения нефтеотдачи пласта. <...> Агрегативная устойчивость суспензий достигается за
счет образования сольватных оболочек на поверхности частиц. <...> Твердые золи,
Твердые
Твердые пены,
сплавы
эмульсии,
пористые тела
пористые тела
Дым, пыль,
Туман, капли
Флуктуации
порошки
газовых
молекул (в
атмосфере
Земли)
С коллоидной точки зрения буровые растворы (БР)
относятся по данной классификации к категории «суспензии», а
исходные глинистые материалы следует причислить к категории
«порошки». <...> Пользуясь этим методом, получают некоторые
коллоиды, например глинистые суспензии в фарфоро-фаянсовом
производстве, специальные виды цементов, некоторые пищевые
продукты. <...> Наиболее
широко
распространенный тип бурового раствора – это суспензия глины
в воде. <...> Тонкоизмельченную глину (бентонит) смешивают с
водой, в результате образуется сравнительно мягкая однородная
смесь. <...> Седиментационная
устойчивость рассматриваемых полидисперсных суспензий во
многом определяется возможностью и условиями возникновения
пространственной
структуры,
обладающей
определенной
прочностью. <...> В качестве промывочных жидкостей на водной основе
широко применяют глинистые растворы, которые представляют
собой сложную многофазную полидисперсную систему,
состоящую из следующих частей: мелко раздробленных
глинистых частиц, определяющих основные физико-химические
свойства системы; химических реагентов, улучшающих качество
глинистых растворов и защищающих их от воздействия
агрессивных солей, высоких температур и других факторов;
частиц утяжелителя необходимой плотности для достижения
плотности системы, мелких частиц разбуриваемой <...>
Коллоидно-химические_основы_создания_глинистых_суспензий_для_нефтепромыслового_дела._Монография.pdf
УДК 541.182.4/6: 665.612.2
ББК 33.36
Крупин С.В.
Коллоидно-химические основы создания глинистых суспензий
для нефтепромыслового дела : монография / С.В. Крупин; Казан.. гос..
технол. ун-т; Ф.А.Трофимова ; ФГУП ЦНИИ геолнеруд; Казань, 2010,
411 с.
ISBN 978-5-7882-0894-7
Излагаются материалы прикладного характера о суспензиях глин на
водной основе, используемые в нефтепромысловом деле в качестве буровых
растворов и тампонажных жидкостей. В основу излагаемых материалов
положены коллоидно-химические пути создания глинистых суспензий,
механохимическое активирование дисперсной фазы и дисперсионной среды
глинистых суспензий для разнообразных технологий, а также методики
исследования прикладных свойств глинистых дисперсий.
Даются основные положения теории агрегативной устойчивости и
структурно-механические свойства дисперсий глин, используемых в качестве
промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин, (так
называемые «буровые растворы») и тампонажных жидкостей при
капитальном ремонте скважин и для повышения нефтеотдачи пласта.
Монография предназначена для специалистов инженерного корпуса
нефте- и газодобывающих компаний, для научных работников научноисследовательских
институтов и высших учебных заведений, а также для
преподавателей,
аспирантов и студентов химико-технологического
нефтепромыслового и геолого-разведочного профиля.
Подготовлено к изданию по решению редакционно-издательского
совета Казанского государственного технологического университета
Под редакцией д-ра хим. наук, В.П.Барабанова и
д-ра геол.-минер. наук Т.З. Лыгиной
Рецензенты: д-р хим. наук, Г.В. Романов
д-р геол.-минер. наук. Е.М. Аксенов.
ISBN 978-5-7882-0894-7
© С.В Крупин., Ф.А.Трофимова, 2010
© Казанский государственный
технологический университет, 2010
2
Стр.2
Содержание
№п/п Часть 1 Коллоиднохимические основы дисперсий глин
Краткая характеристика суспензий и их основных свойств
Общая характеристика дисперсных систем
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Промывочные жидкости и тампонажные растворы
1.3.1. Назначение глинистых и цементных растворов
1.3.2. Строение и коллоидно-химические свойства глинистых
минералов
Водорастворимые полимерные реагенты, используемые при
бурении
Флокуляция охры (со)полимерами в режимах свободного и
стесненного оседания
1.5.3. Флокулирующие системы на основе катионных
полиэлектролитов
Часть 2. Активирование глинистых дисперсий для
технологий нефтепромыслового дела
2.1
Дезинтеграторная активация природных глин
в нефтепромысловом деле
2.1.1 Технология приготовления глинопорошков для
бурения скважин
2.1.2 Технология получения глинопорошков
2.1.3 Дезинтеграторная
технология
(модификации) глинопорошков
2.1.4 Коллоиднохимические предпосылки применения
дезинтеграторной обработки глин
2.1.6 Влияние влажности глины на свойства буровых
растворов при их дезинтеграторной обработке.
2.1.7 Дезинтеграторная обработка глинистых суспензий
2.1.8 Методы определения коллоидно-химических и
структурно-механических свойств глинопорошков и
их суспензий.
408
подготовки
Стр.
3
6
17
19
1.5.1. Флокуляция в режиме свободного (нестесненного) оседания 42
1.5.2. Флокуляции в режиме стесненного оседания
23
34
39
56
63
71
71
71
75
77
79
2.1.5 Исследование влияния режима дезинтеграторной
обработки на технологические свойства местных глин 82
88
91
93
Стр.408
2.2
Обоснование
технологического модифицирования
бентонитовых глин
2.2.1 Получение высокодисперсных модифицированных
бентонитов
2.2.2 Минералогические и технологические критерии
оценки качества бентонитов и бентонитоподобных
глин
2.2.3 Краткие сведения о
свойствах бентонитов
2.2.4
составе и технологических
Разработка эффективных способов модифицирования
глинопорошков для буровых растворов
2.2.5 Физико-химические изменения свойств глин при
комплексном воздействии химических реагентов и
механоактивации
2.2.6 Исследование способов диспергирования глин с
целью
получения
глинопорошков
2.2.7 Влияние водной фазы на коллоидно-химические и
технологические свойства модифицированных глин
механоактивации
2.2.8 Влияние
на
2.2.9 Органомонтмориллонитовые комплексы
2.3
2.3.1
2.3.3
структурные параметры механоактивированных глин
Водоограничительные материалы для увеличения
нефтеотдачи на основе активированных дисперсных
систем
Роль наноминеральных систем нефтяного пласта в
процессах повышения нефтеотдачи пласта (ПНП)
2.3.2 Методы увеличения нефтеотдачи пласта и
оптимизация технологии их применения
Глинистые
дисперсии
водоограничительного материала
2.3.4 Сущность и физико-химические основы активации
коллоидных систем
2.3.5 Влияние активационной обработки на свойства
дисперсий глин
2.3.5.1 Характеристика глинопорошков
2.3.5.2 Влияние ультразвуковой активации на седиментацию
и водоотдачу глинистых дисперсий
409
194
215
217
222
в
качестве
минералоговысококачественных
127
133
143
151
164
164
170
185
106
120
124
95
96
98
Стр.409
2.3.5.3 Влияние электрохимической активации на на
седиментацию и водоотдачу глинистых дисперсий
2.3.5.4 Влияние электрокинетических свойств глинистых
частиц и временного фактора на агрегативную
устойчивость дисперсий глин, сформированных на
электрохимически активированной воде
2.3.5.5 Седиментационная устойчивость дисперсий глин в
зависимости от времени ультразвуковой активации
2.3.5.6 Исследование влияния активационной обработки на
вязкость глинистых дисперсий
2.3.5.7 Исследование влияния совместного воздействия
химических реагентов и активационной обработки на
характеристики глинистых дисперсий
2.3.6 Исследование влияния активационной
водоограничительных
материалов
2.3.6.1 Измерение
гидроизолирующие свойства.
напряжения
сдвига
высокомодульного растворимого стекла
2.3.6.2 Исследование влияния водорастворимых полимеров
на прочность гелей высокомодульного растворимого
стекла, сформированных
активированной воде
2.3.6.3 Влияние
электрохимической
активации
на
гидроизолирующие свойства гелей высокомодульного
растворимого стекла
2.3.7 Промысловые испытания технологии ограничения
водопритоков в добывающих скважинах при помощи
активированных дисперсных систем (АДС)
2.4
Коллоидно-химические
свойства
Бехтеревского месторождения
2.4.1 Анализ влияния концентрации ПАВ и растворимых
стекол на седиментационную устойчивость суспензий
бентонитов
410
бентонитов
276
281
269
271
в электрохимически
265
обработки
на
их
гелей
250
260
228
234
241
243
248
Стр.410
2.4.2 Оценка влияния стабилизирующих материалов на
электрокинетический потенциал глинистых частиц
2.4.3 О перспективности использования электрогидравлической
активации дисперсий глин
Часть 3. Методики исследования прикладных
свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды
дисперсий глин
3.1
Изучение водоотдачи глинистых дисперсий и буровых
растворов
3.1.1 Измерение водоотдачи глинистых растворов
3.2 Определение удельной поверхности глин
3.2.1 Основы метода адсорбционно - люминесцентного
анализа
3.2.2 Пример определения удельной поверхности
3.3
3.3.1 Кинетики капиллярного впитывания
3.4
292
297
300
300
307
320
320
327
Изучение кинетики впитывания жидкостей в пористые 329
333
3.3.2 Методика эксперимента и обработка результатов
Кинетика седиментации охры в режиме свободного
3.4.2 Построение кинетических кривых седиментации в
присут присутствии флокулянта и количественная оценка
эффект эффективности действия флокулянта
3.5.
Бехтер Бехтеревского месторождения
растворрастворов,
3.6
электрохимической активации
3.6.1 Капиллярный
метастаметастабильности
За ключение
Цитируемые публикации
411
подвергнутых
способ
335
оседан оседанияя в присутствии полиакриламидных флокулнтов 340
3.4.1 Порядок выполнения работы
Результаты исследований проб монтмориллонита
Методика измерения уровня метастабильности водных
измерения
униполярной
уровня
3.6.2 Примеры измерения уровня метастабильности водных
растворрастворов
352
356
360
370
372
375
378
388
Стр.411