Силикатное число
В общем случае, все используемые в буровых растворах силикаты состоят из трех компонентов: оксида кремния (SiO2), оксида натрия или калия (Na2O или K2O) и воды (H2O). Промышленные силикаты получаются высокотемпературным сплавлением оксида кремния (обычного кварцевого песка) и соды в открытой печи с последующим добавлением воды. Силикатное число – это массовое отношение оксида кремния к оксиду калия или натрия является одной из самых важнейших характеристик силикатов. Силикатное число прямо влияет на плотность, агрегатное состояние, активность и щелочность готового силиката (см. рис. 2).
Силикаты с низким силикатным числом (обычно называемыми метасиликатами) содержат, в основном, моносиликаты, олигомеры и небольшие линейные или циклические полимер-силикаты (см. рис. 2). Они характеризуются низкой вязкостью, хорошей растворимостью и низкой эффективностью. Именно с такими силикатами и связаны, главным образом, опасения загрязнения продуктивного коллектора, так как моносиликаты и небольшие полимерные структуры могут свободно мигрировать сквозь фильтрационную корку вглубь пласта и вызывать его загрязнение. К системам низких силикатов относятся, например, системы Экссил (ПермНИПИнефть), Barasilc (Baroid Drilling Fluids) и другие.
Силикаты с высоким силикатным числом (значения силикатного числа 2,6 и выше) содержат главным образом, большие циклические молекулы, высокоразветвленные комплексные полимеры с высокой молекулярной массой и лишь небольшое количество моносиликата (см. рис. 2 и 3). Промывочной жидкостью на основе высоких силикатов является система Sildril™ компании M-I Drilling Fluids, именно такие жидкости в настоящей работе и называются силикатными промывочными жидкостями нового поколения или жидкостями на основе высоких силикатов. При образовании фильтрационной корки, такие силикаты почти мгновенно образуют желеобразную структуру внутри фильтрационной корки, которая выполняет роль полупроницаемой мембраны. Такая мембрана пропускает только отдельные ионы и небольшие молекулы, полностью задерживая более крупные молекулы полимеров или полимеризованных силикатов, а также твердые частицы. Скорость образования такой мембраны составляет всего несколько секунд и зависит от температуры, минерализации, щелочности раствора и пластового флюида и состава твердой фазы раствора. На практике это означает, что поступление силикатов вглубь пласта с фильтратом возможно лишь в начальный момент фильтрации, пока не сформировалась фильтрационная корка и силикатная мембрана. Фильтрат Sildril™ в режиме устоявшейся фильтрации либо не содержит силикатов вообще, либо содержит очень малое количество моносиликата или олигомеров, концентрация которых оказывается недостаточной для загрязнения ПЗП в результате полимеризации или адсорбции. Кроме того, фильтрат жидкости содержит значительное количество катионов калия, которые ингибируют гидратацию глинистых минералов в матрице породы коллектора, что помогает максимально сохранить начальную проницаемость. При проектировании и обслуживании силикатной промывочной жидкости важно понимать, что щелочность среды, а также присутствие солей моновалентных металлов в растворе влияет на конформацию и структуру молекул силиката (см. рис. 3).
Подбор оптимального фракционного состава твердой фазы раствора и использование эффективных понизителей фильтрации позволяют еще более ускорить процесс образования полупроницаемой мембраны и снизить объем фильтрата, содержащего силикаты.
